Οι επαναστάσεις του 20ου αιώνα.
Ο 20ος αιώνας άρχισε δυναμικά για τη Φυσική. Η μορφή που καθορίζει την πορεία της εξέλιξης της Σύγχρονης Φυσικής είναι αυτή του Άλμπερτ Αϊνστάιν (Albert Einstein, 1879-1955). Με δύο άρθρα που δημοσίευσε το 1905, εισήγαγε δύο επαναστατικές έννοιες: τη Θεωρία της Σχετικότητας και ένα νέο τρόπο προσέγγισης της ηλεκτρομα- γνητικής θεωρίας που αποτέλεσε τη βάση της Κβαντικής Θεωρίας.
Αρχικά (1905) ο Αϊνστάιν εισήγαγε την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας στην οποία προσπάθησε να ενοποιήσει τη Μηχανική και την ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας καταργείται η έννοια του χώρου και του χρόνου της κλασικής Φυσικής- χώρος και χρόνος ενοποιούνται στην έννοια του "Χωρόχρονου" που έχει 4 διαστάσεις. Δεν έχει πλέον νόημα να μιλάμε για τον χώρο ξεχωριστά απ' τον χρόνο. Ο χρόνος παύει να ακολουθεί την γραμμική πορεία της κλασικής Φυσικής και γίνεται ελαστικός. Οι έννοιες και τα μεγέθη του χώρου και του χρόνου είναι σχετικά και εξαρτούνται απ' τον εκάστοτε παρατηρητή.
Η θεωρία του Αϊνστάιν προκάλεσε μια αλλαγή στην εικόνα του κόσμου που παρουσίαζε η κλασική θεώρηση της Φύσης. Σαν άμεση συνέπεια της θεωρίας αυτής, ήταν η συνειδητοποίηση ότι η μάζα δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια μορφή ενέργειας. Η διάσημη εξίσωση E = mc2, δήλωνε ότι κάθε υλικό αντικείμενο έχει μέσα αποθηκευμένη μια ποσότητα ενέργειας, αλλά και ότι ένα ποσό ενέργειας ισοδυναμούσε με μια μάζα, με ύλη. Έτσι στην ορολογία των επιστημόνων του 20ου αι. εντάχθηκε η έννοια της "Υλοενέργειας".
Θεμελιώδη σημασία στην εικόνα του κόσμου που διαμόρφωσε η Θεωρία της Σχετικότητας, κλήθηκε να παίξει η παγκόσμια σταθερά c, η ταχύτητα του φωτός. Έτσι κάθε φορά που θέλουμε να μελετήσουμε φαινόμενα που περιλαμβάνουν ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός (όπως οι κινήσεις των σωματιδίων στα πειράματα της Ατομικής και Πυρηνικής Φυσικής), θα πρέπει να παραμερίσουμε την κλασική Φυσική και να υπολογίσουμε τις αρχές της Θεωρίας της Σχετικότητας. Η εμβέλεια της κλασικής Φυσικής περιορίζεται στα φαινόμενα "μεσαίου μεγέθους", δηλ. στα απλά καθημερινά φαινόμενα.
Το 1915 ο Αϊνστάιν δημοσιεύει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, στην οποία συμπεριέλαβε τη βαρύτητα. Η δύναμη της βαρύτητας κύρτωνε τον χώρο και τον χρόνο. Χώρος, χρόνος και ενέργεια δεν είναι πια έννοιες ανεξάρτητες, αλλά τρεις οντότητες που συνυπάρχουν πάντα ενωμένες. Πλέον οι μετρήσεις που αφορούν το χώρο και το χρόνο είναι σχετικές και εξαρτούνται απ' την κατανομή της μάζας στο Σύμπαν. Η κλασική Ευκλείδεια Γεωμετρία δεν μπορεί να περιγράψει τον κυρτό διάστημα που προκύπτει απ' την καμπύλωση που προκαλούν στο διάστημα οι πλανήτες και οι ήλιοι, και περιορίζεται στην περιγραφή δισδιάστατων "γήινων" χώρων. Τον ουράνιο χώρο θα μπορούν πλέον να περιγράψουν άλλες Γεωμετρίες (όπως η γεωμετρία Riemann) και μαθηματικά μοντέλα που είχαν ήδη αναπτυχθεί ή αναπτύχθηκαν μετά τη δημοσίευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.