进入二十一世纪，若有确凿证据指出光速并不是永恒的常量，反而是相对的，那将意味着科学界不得不倒退数百年，退回至牛顿甚至伽利略之前的时代。光速，它是我们理解时空、信息、能量的钥匙，这把钥匙之所以特别，是因为光速的绝对性。
十九世纪，麦克斯韦继牛顿之后奉献了又一科学巨作，他统一了电磁学，并用简洁优雅的四个数学公式概括了所有电磁现象。电磁现象如何？变化的电场产生磁场，变化的磁场又生电场，两者相辅相成，永无止境，这种波动便被称为电磁波，其中可见光是电磁波的一部分。
电磁波的一切皆可通过数学公式求解，然而，一次平凡的求解却引出了一个重大发现：电磁波的传播速度竟然是一个常数，只与两个基本常数（介电常数和磁常数）有关，表达式如下：
为何这发现如此重大？通常情况下，我们计算速度，不是涉及时间和路程，就是涉及速度A、速度B、加速度等，通过加减乘除运算得到新的速度。在这两种情形中，路程实质上代表着相对运动，或是相对于A人（速度A），或是相对于B车（速度B），总之，伽利略告诉我们速度总是相对的。例如，在火星看地球的你似乎移动得很快，其实不是你移动得快，而是地球绕太阳公转的速度快，因此你看起来快。而从你母亲的角度看，她会觉得你躺在床上一动不动，因为视角不同，速度的感知就不同。理解了这一点，我们就能明白那个重大发现的深远意义。
问题来了：光速是相对于什么而言的？
你会发现，光速并不涉及上述那些参照条件，它只关乎电与磁在空间中的特性，在真空中光速为299,792,458米/秒。科学家们面对这一新问题，首先会通过假设（猜想），然后进行实验验证。实际上，可猜测的方向并不多，比较靠谱的有以下两种。
最简单的假设是光源，例如手电筒一按开关，光就以光速从光源射出。这个理论很快被反例反驳，最直接的例子是宇宙中的双星系统，两颗恒星相互环绕（星光）跃动不停。
假设两颗星体的相对速度为u，那么当A星接近我们时，速度为（c+u），B星远离我们时速度为（c-u）。如果双星距离我们足够远，即便u不是很大，不同时间的星光抵达地球的时间也会有差异，因为太遥远，双星应呈现为模糊的光斑。然而，科学家们发现，不论距离多远，看到的双星总是清晰可辨。于是，光速与光源相关的假设被否决了，另一个假设是否成立？如果真是这样，那就不会是个难解的谜题，爱因斯坦的成就也就无从谈起了。
波动是否必须依赖介质？
提到波动，我们首先会想到水波，科学家们也是如此思考的。蜻蜓点水会激起涟漪，水波是通过水面的上下振动扩散的，并非是整个太平洋的水为了拍击海滩而移动。水只是传递波动的媒介，并非波动的物质，实际传播的是能量。
再如，你在操场上喊我，我听到了你的声音，声音是通过空气振动传播的，而非你的声音直接从操场移动到我这里，空气本身并不会因为声波而移动，它只是传播声音的媒介。
于是，科学家们顺理成章地认为，光波的传播也需要媒介。这个媒介被称作“以太”（源于古希腊哲学家亚里士多德，此处不作详述），以太被视作光波的参考系。
我们能够看到夜空中的繁星，因此以太应当充斥整个宇宙。以太的密度也应极低，因为我们觉察不到它，但它又应足够坚硬，因为光速极快，在更硬的媒介中传播速度更快，正如声音在水中传播速度快于空气中。然而，这两者明显相互矛盾。
此外，如果以太在宇宙中均匀分布，与空间等同，那么以太不就是处于绝对静止的状态吗？换言之，所有物体相对以太静止时，就是绝对静止。如果真是这样，物理学自伽利略起就面临崩塌。
想象一艘匀速直线行驶的船上有个没有窗户的房间，岸边同样有个房间。你醒来发现自己在船或岸上的房间中，即使拥有所有工具，只要无法观察外界，哪怕朝各个方向扔球，你都无法判断自己是在移动的船上还是在静止的岸上。
同理，如果没有星光和日月，你能确信地球在自转或公转吗？
伽利略的相对性原理指出，静止和匀速运动是等价的，除非有外界参照，否则无法感知相对运动。
回到之前，如果相对以太的静止等同于绝对静止，那么静止和匀速运动就不再等价。设想在房间内朝各个方向发出光线，如果光相对于以太移动，而船也在相对于以太移动，那么光与船间会产生相对速度，一旦发现船上各向光速不同，那么就能确认自己在移动的船上，而非岸边。如此一来，伽利略的相对性原理就会被推翻，牛顿乃至杨振宁等人的科学成就都将成为谬误，诺贝尔奖也将沦为笑柄。
正当大家一筹莫展、还在苦苦寻找以太之际，爱因斯坦站出来说：为何非要为光速找一个参照系？假设光速是绝对的，不依赖任何媒介，那么一切问题都将迎刃而解，同时许多其他棘手问题也将迎刃而解。
当然，爱因斯坦的主张并非空穴来风，迈克尔逊-莫雷实验证实了以太不存在，其原理与船上开手电筒无异，无论船怎么移动，光速始终恒定。实验原理如下所示：
基于光速不变的原理，爱因斯坦发表了狭义相对论，质能方程，广义相对论，以及光电效应，开启了量子力学，并且得到了大量实验的验证，进一步坚定了光速恒定不变的观点。直到2012年，量子力学才正面回应了光速不变的原因。
世间万物都由更小的粒子组成，如电子、夸克、胶子等，它们通过相互作用形成原子核、原子、分子和物质。用量子场论来描述这些相互作用：物质的质量源于在不同“场”中获取的能量。
起初，科学家认为所有粒子本无质量，是相互作用才形成组合形态的质量，但通过质能方程（E=mc平方）发现，某些粒子质量与能量不符，并不是质量少了，而是质量多了。这意味着额外的质量并非来自相互作用，而是部分粒子本身就有质量。
2012年，欧洲核子研究中心发现，质量的来源是希格斯玻色子，宇宙中遍布希格斯场，粒子在其中获得“自身的质量”，而光子并不与希格斯场发生作用。相互作用束缚着粒子，作用力越大，质量也就越大，例如原子核中胶子与夸克的强相互作用，使得夸克构成了原子的主要质量，而电子因电磁作用较弱，质量几乎可以忽略不计。同时，夸克和电子也因与希格斯场作用而获得部分质量。
光子不受场的束缚，因此能够以宇宙空间中真空传递能量、信息的最快速度传递，也就是绝对速度，并且因为在真空中不受场赋予的能量（质量）而使其减速，光子的静止质量为零，这就是光速恒定不变的缘由。