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書摘2
靈光一閃下，牛頓了解到自己能將地球與天體物理融合為一。將蘋果拉下地面的作用力，一定與遠及月球並引導其路徑的作用力相同。他無意中開啟了新的重力觀點，想像自己坐在山頂上丟石頭，把石頭越越快便可越丟越遠。但是他又做了一項關鍵性的躍進：如果將石頭丟得太快而永遠回不來，那會如何呢？牛頓理解到，在重力作用下持續掉落的石頭將不會撞到地面上，而是會繞圈子，最後回到所有者這邊，並撞上其後腦勺。利用這種新觀點，他把石頭換成月球，月球會持續往下掉落但永遠不會撞到地面上，這是因為月球和石頭一樣，會完全以圓形軌道繞著地球轉。月球並非如教會所稱是靜止在天球（celestial sphere）上，而是不斷像石頭或蘋果一般受重力引導做自由掉落，這是首度對太陽系運動的解釋。
二十年後，一六八二年的倫敦對於照亮夜空的一顆彗星又驚又奇。牛頓用自己發明的反射式望遠鏡，仔細追蹤這顆彗星的運動，結果發現假定彗星是自由落體並受重力作用，則其運動將會完美地符合式子。在業餘天文學家哈雷（Edmund Halley）的幫助下，牛頓可以準確預測這顆（哈雷）彗星何時會再回來，這是對彗星運動的首度預測。牛頓用來計算哈雷彗星與月球運動的重力法則，正是今日美國太空總署（NASA）用來精準指引太空探測器通過天王星與海王星所使用的法則。
根據牛頓，這些力皆屬於瞬時作用。例如，太陽如果突然消失，牛頓相信地球將會立刻脫離軌道，並迷失在深邃的太空裡，宇宙中每個人將會在同一時間知道太陽消失了。因此，我們有可能將每支錶調成同步，讓他們在宇宙裡每個角落整齊劃一地走著，地球上的一秒與火星、木星上的一秒一樣長。和時間一樣，空間也是絕對的，地球上的量尺長度與火星、木星上的一樣長，在宇宙任何角落都不會改變。因此，無論我們旅行到太空何處，分秒與長度都處處相同。
因此，牛頓的觀點建立在時間與空間為絕對的（absolute time and space）這個常識概念上。在牛頓看來，空間與時間形成絕對的參考座標，讓我們可據此判斷所有物體的運動。例如搭火車時，我們相信火車在移動，而地球是靜止的。但是當看到樹木從車窗飛逝而過時，我們也可以猜想或許火車是靜止，而樹木是被運送經過窗戶的。既然火車裡的每件物體似乎都沒有移動，我們可以問：真正在移動的東西到底是什麼，是火車、還是樹木？牛頓認為，絕對參考架構可以找出答案。
馬克士威的場理論
長達兩百多年的時間，牛頓定律一直是物理學的基礎。接著在十九世紀末，電報與燈泡等新發明為歐洲大城巿帶來革命，電學研究也為科學注入新內涵。為解釋神祕的電力與磁力，一八六○年代在劍橋大學研究的蘇格蘭物理學家馬克士威（James Clerk Maxwell），提出一種光的理論，他不是依據牛頓的作用力，而是稱為「場」（fields）的新概念。愛因斯坦寫道，場是「自牛頓之後，物理學上最深奧也最有用的概念。」
當我們將鐵粉灑在一張紙上，便可以看到場效應。若紙面下放置磁鐵時，鐵粉會神奇地排列成蜘蛛網的圖案，鐵線呈北極到南極分布。在任何磁鐵周圍都有磁場，即朝著各方向、看不見的作用力線集合。
電也會製造場。在科學博覽會上，孩童常會因為手碰觸靜電源，使頭髮豎起而開懷大笑，這些頭髮正畫出從靜電源生出、看不見的電場線。
然而，這些電場與牛頓所提出的作用力大為不同。牛頓認為力同時作用於太空各處，所以宇宙某部分的擾動將會同時在宇宙各處感受到。馬克士威則洞察到，磁效應與電效應不會像牛頓的作用力瞬時傳遞，而是以一定速度移動。其傳記作家高曼（Martin Goldman）寫道：「磁作用需要『時間』的概念……，馬克士威似乎是憑空想出。」馬克士威證明，在搖晃磁條時，鄰近的鐵粉需要一段時間才會移動。
想像在風中顫動的一張蜘蛛網，網中某個部分受風擾動時會產生漣漪，進而擴散到整張蛛網；場與蛛網容許以一定速度前進的振動存在，和作用力的情況並不相同。馬克士威進一步計算這些磁、電效應的速度，他利用這個想法解決了光的奧祕，成為十九世紀最具突破性的思考之一。
馬克士威從法拉弟（Michael Faraday）等人早期的研究知道，移動的磁場可製造電場，反之亦然。為世界帶來電力的發電機與馬達，便是這種正逆反應的直接結果。（這項原則被用來照亮家家戶戶。以水壩為例，流水會轉動渦輪，再轉動磁鐵，而轉動的磁場會推動線圈裡的電子，電子在高伏特的線圈裡前進，最後到達客廳牆壁上的插座。吸塵器也一樣，電從插座流出而創造磁場，使馬達葉片旋轉。）
馬克士威的天才之處，在於他將兩種效應結合起來。若變動的磁場會創造電場且反之亦然，則也許兩者能形成循環，電場與磁場彼此不斷生成、變為彼此。馬克士威很快了解到，這種循環模式會創造移動的電磁場序列，一波接一波地不停轉變成彼此，形成諧和的振動波。接下來，他開始計算此波速。
結果他驚訝地發現，這個速度正是光速！他更進一步宣稱這波動正是光，這也許是十九世紀最具革命性的聲明了。馬克士威接著以先知的口吻對同事宣告：「我們難以逃避這項結論：光是由電、磁現象的介質振動所產生的波動。」千百年來人類為光的本質傷透腦筋，科學家終於解開其最深奧的祕密。不像牛頓的作用力是同時發生的，這些場以一定速度，也就是光速前進。
馬克士威的研究濃縮成八個艱難的偏微分方程式（一般稱為馬克士威方程式），成為過去一百五十年來每個電機工程師與物理學家必須背誦的式子。（今日我們可以買到印有八道著名方程式的T恤，開頭寫道：「起初，神說……」，最後一句則是「……於是就有了光。」）
物理學兩大支柱的扞格
在十九世紀末，有關牛頓與馬克士威理論的實驗獲得豐碩成果，使得物理學家十分肯定地預測，這兩大科學支柱已經回答了宇宙的所有基本課題。當普朗克（Max Planck，量子理論之父）對於成為物理學家一事請教導師意見時，導師曾勸他換個方向，因為物理研究基本都已結束，沒有真正新的東西等待發現了。十九世紀偉大的物理學家凱爾文（Lord Kelvin）也呼應這類說法，他宣告物理根本上已完成，除了少數地平線上的小小「烏雲」無從解釋。
但是年過一年，牛頓世界的缺陷變得越加明顯，例如居里夫人對於分離鐳與輻射等研究，正撼動了科學界，並捕捉住大眾的想像力。這種會發亮的稀有元素，即使只有幾盎斯也能照亮漆黑的房間。居里夫人也證明，原子內部某處似乎能夠產生無窮無盡的能量，但這違背了能量守恆法則，因為能量應該無法被破壞或創造的。結果，這些小小的「烏雲」很快催生了二十世紀兩大孿生革命，即相對論與量子理論。
但最令人窘困的是，任何嘗試將牛頓力學與馬克士威理論合併的努力都失敗了。馬克士威的理論肯定了光是一種波動，但是卻留下一個問題：在波動的究竟是什麼？科學家知道光能在真空裡行進（事實上光可以在真空的外太空裡，從遠方恆星傳遞數百萬年之久），但既然真空的定義是「空無一物」，這又留下「沒有東西在波動」的矛盾了。
牛頓派物理學家試圖回答這個問題時，提出光是由在看不見的「以太」（aether）當中振動的波所組成，以太是充滿在宇宙中的靜止氣體。以太應當是絕對參考系，讓我們可以測量所有速度。懷疑論者可能會說，既然地球繞太陽轉、太陽繞銀河系轉，那麼應該不可能知道那一個真正在轉動。牛頓派物理學家回應指出，太陽系相對於靜止的以太運轉，所以可以決定哪一個真正在轉動。
然而，以太開始被賦與越來越多神祕又奇怪的特性。例如，物理學家知道光在密度高的介質裡傳遞更快，所以聲音振動在水裡比在空氣裡傳遞更快。然而，既然光速快得如此神奇（每秒約三十萬公里），意謂以太的密度必定大得不可思議。但這怎麼可能呢？因為以太也應當比空氣更輕啊！在仔細檢視下，以太變成一種神祕的物質：他絕對靜止、沒有重量、無法看見、黏滯度為零、比鋼鐵更硬，而且儀器完全偵測不到！
到一九○○年時，牛頓力學的缺陷變得越來越難解釋。世界準備好革命了，但由誰來領導呢？雖然物理學家知道以太理論的漏洞，但是他們怯生生地在牛頓架構裡試圖修補這些破洞。愛因斯坦沒有擔心失敗的包袱，反倒能夠擊中問題要害：牛頓作用力與馬克士威場論是不相容的！二大科學支柱之一必然有錯。當其中一根支柱最終倒下時，讓二百多年的物理學天翻地覆，並且革新我們對宇宙與真實的視野。牛頓物理將會被愛因斯坦推翻，而他用的概念簡單到小孩都能理解。
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