19世紀，隨著實驗技術的提高，以牛頓力學為首的經典物理理論在解釋很多現象時出現問題。現代物理學的兩大支柱——相對論和量子力學應運而生。其中狹義相對論描述的是物體的運動，它是牛頓力學在高速情形下的擴展。狹義相對論指出光速是物體運動速度的極限，在速度接近光速時，會有許多神奇的現象發生。
1、光速不變
光速不變原理是狹義相對論的兩個基本原理之一，該原理已由邁克耳孫-莫雷實驗所證實，它的內容是：無論觀察者作何種運動，所觀測到的真空中的光都會以常數c運動。
也就是說不管你是在路上奔跑，還是乘坐飛船以99%的光速飛行，你所看到（觀測到）真空中的光仍然以光速c飛行。
2、同時的相對性
這可以由光速不變原理推理得出。假設一輛列車以超高速行駛，在列車中間同時向車頭和車尾發出一束光線。在列車中間的人和列車相對靜止，他會看到兩束光同時到達車頭和車尾。列車相對地面運動，而光速不變，地面上的人會看到光先到達車尾，後到達車頭。
3、質量增加
運動物體的質量會比它靜止時更大，這由狹義相對論的質量公式指出。
質量方程
4、速度極限
有靜質量的物體運動速度的極限是真空中的光速c，而且不能達到，這是由狹義相對論的質能方程和質速關係限制的。通俗地講，就是當給一個物體加速時，所施加的能量有一部分會轉化成物體的質量，更大的質量會進一步阻礙加速。最終無限接近光速就需要無限大的能量。
5、時間膨脹
根據狹義相對論推導出的時間膨脹公式（下圖），運動的物體時間流逝會變慢，速度越接近真空中的光速c，這種變慢的效應越明顯。試想地面上的人看到自己的手錶秒針1秒動一下，根據公式，以1/2光速飛行的飛船上的人，秒針需要1.33秒的時間才動一下。而這種現象不是因為船上的表壞了或者其他實驗誤差，而是真正的“時間流逝變慢了”導致的，或者說“時間膨脹了”。
6、長度收縮
觀察者會觀測到運動物體在運動方向上長度收縮。一條1米長的棍子放在高速飛船裡以接近光速飛行，地上的人會“看”到它的長度不足1米。長度收縮本質上是第2條“同時的相對性”導致的。
通過狹義相對論的公式計算就會發現，地上的人同時測量棍子的兩端，但是飛船裡的人看來，地上的人並不是同時測量棍子的兩端。飛船的人會看到地上的人先測量棍子前端的座標，在棍子前進了一段時間後，再測量棍子後端的座標，所以這兩點的座標差比1米更小。
ps：同時的相對性是真正的“相對性”，並不存在對錯，或者說大家都是對的，並不矛盾。就好像A會看到遠處的B比自己的手更小，遠處的B也會認為A比自己的手更小。這裡並沒有對錯，只是所在角度不同，觀測到的結果會有相對性。
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