一個速度可以直接相加的世界
在一列以時速 100 公里滑行的火車裡以每小時 5 公里向前走，月台上的朋友會看到你以時速 105 公里前進。這是常識：要換參考系，你只要把相對速度加上去。三個世紀以來，這一直是物理學的基石，而且對火車、行星與被拋出的球都運作得很漂亮。
這背後藏著一個深刻而正確的想法。坐在一個以等速平穩前進、沒有窗戶的艙房裡——一個慣性參考系——你在裡面做的任何實驗，都無法告訴你自己走得多快，甚至無法判斷自己到底有沒有在動。只有速度的改變才感覺得到。伽利略最早看出這一點，我們稱之為相對性原理。
伽利略速度相加：在地面系中以 u 運動的物體，在本身以 v 運動的參考系中速度為 u'。很直覺——但對光而言，是錯的。
光帶來的麻煩
在 1860 年代，馬克士威方程組統一了電與磁，並預言存在一種能自我維持的電磁波，以確定的速度 c \approx 3.00\times10^{8} 公尺／秒 行進。但這是相對於什麼的速度呢？其他所有的波——聲音、水面漣漪、弦上的波——都是相對於某個介質以固定速度前進的。物理學家因此假設光也有介質，也就是充滿全部空間、看不見的「發光以太」。
如果以太是真的，地球穿過它的運動應該會產生一陣「以太風」，使光依方向不同而稍快或稍慢。1887 年，邁克生與莫雷造了一台極其靈敏的干涉儀來捕捉這個差異。結果他們什麼都沒找到——不管地球怎麼動，光速在每個方向上都一樣。這個物理史上最著名的零結果，逼著人們給出解釋。
愛因斯坦的兩個假設
1905 年，愛因斯坦做了最大膽的選擇：直接接受這個彆扭的事實。他的狹義相對論只建立在兩個基本假設之上。（一）物理定律在每一個慣性參考系裡都相同——這是伽利略的原理，如今把電磁學也納入。（二）光在真空中對每一位慣性觀察者都以相同的速度 c 前進，與光源或觀察者如何運動無關。
代價：空間與時間必須讓步
速度就是距離除以時間。如果每個人量光速都必須得到同一個數字，那麼彼此相對運動的觀察者就不可能在距離與時間上取得一致。牛頓視為絕對的東西——一座對所有人都以同樣節奏走的宇宙時鐘——正是愛因斯坦所犧牲的。在接下來幾篇指南中，這會化為三個具體效應：運動中的時鐘走得慢（時間膨脹）、運動中的物體變短（長度收縮），以及觀察者對「哪些事件同時發生」意見分歧。