1、從低速到高速——狹義相對論：當物體運動的速度比真空中的光速小得多時，質量、時間和長度的變化很小，可以忽略，經典力學完全適用。但如果物體運動速度可以和光速相比較時，質量、時間和長度的變化就很大，經典力學就不再適用，狹義相對論闡述了物體在以接近光速運動時所遵循的規律。
2、從宏觀到微觀——量子力學：物理學研究深入到微觀世界，發現微觀粒子不但具有粒子的性質，還能產生干涉、衍射現象。干涉和衍射是波所特有的性質。也就是說微觀粒子具有波動性。這是牛頓經典力學無法解釋的。正是在這種情形下，量子力學應運而生，量子力學能夠很好地解釋微觀粒子的運動規律。
3、從弱引力到強引力——廣義相對論：天文觀測發現行星的軌道并不嚴格閉合，它們的近日點在不斷地旋進。這種現象稱為行星的軌道旋進。這是用牛頓萬有引力定律無法得到滿意解釋的。愛因斯坦創立了廣義相對論，根據廣義相對論計算出的水星近日點的旋進與天文觀測能很好地吻合, 愛因斯坦創立的廣義相對論是一種新的時空引力理論，愛因斯坦還根據廣義相對論預言了光線在經過大質量星體附近時會發生偏轉，這也是被天文觀測所證實的。
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