由於古典力學無法解釋光波傳播於以太內的速度，所以進而發展了什麼理論?
狹義相對論
古典力學推翻了絕對空間的概念：即在不同空間發生的事件是絕然不同的。例如，靜掛在移動的火車車廂內的時鐘，對於站在車廂外的觀察者來說是呈移動狀態的。但是，古典力學仍然確認時間是絕對不變的。由伽利略和牛頓等人發展出來的力學，著重於分析位移、速度、加速度、力等等向量間的關係，又稱為向量力學。它是工程和日常生活中最常用的表述方式，但並不是唯一的表述方式：約瑟夫·拉格朗日、威廉·哈密頓、卡爾·雅可比等發展了古典力學的新的表述形式，即所謂分析力學。分析力學所建立的框架是近代物理的基礎，如量子場論、廣義相對論、量子重力等。微分幾何的發展為古典力學注入了蒸蒸日盛的生命力，是研究現代古典力學的主要數學工具。在日常經驗範圍中，採用古典力學可以計算出精確的結果。但是，在接近光速的高速度或強大重力場的系統中，古典力學已被相對論力學取代；在小距離尺度系統中又被量子力學取代；在同時具有上述兩種特性的系統中則被相對論性量子場論取代。雖然如此，古典力學仍舊是非常有用的。因為下述原因：它比上述理論簡單且易於應用。它在許多場合非常準確。古典力學可用於描述人體尺寸物體的運動，例如陀螺和棒球，天體運動，如行星和星系，以及一些微尺度物體如有機分子。雖然經典力學和其他古典理論大致相容，在十九世紀末，還是發現出有些只有現代物理才能解釋的不一致性。特別是，古典非相對論電動力學預言光波傳播於以太內的速度是常數，古典力學無法解釋這預測，因而導致了狹義相對論的發展。古典力學和古典熱力學的結合又導出吉布斯悖論和紫外災變。為解決這些問題的努力造成了量子力學的發展。
物理學是研究物質、能量的本質與性質，以及它們彼此之間交互作用的自然科學。由於物質與能量是所有科學研究的必須涉及的基本要素，所以物理學是自然科學中最基礎的學科之一。物理學是一種實驗科學，物理學者從觀測與分析大自然的各種基於物質與能量的現象來找出其中的模式。這些模式稱為「物理理論」，經得起實驗檢驗的常用物理理論稱為物理定律，直到有一天被證明是有錯誤為止。物理學是由這些定律精緻地建構而成。物理學是自然科學中最基礎的學科之一。化學、生物學、考古學等等科學學術領域的理論都是建構於這些物理定律。物理學是最古老的學術之一。物理學、化學、生物學等等原本都歸屬於自然哲學的範疇，直到十七世紀至十九世紀期間，才漸漸地從自然哲學中分別成長為獨立的學術領域。物理學與其它很多跨領域研究有相當的交集，如量子化學、生物物理學等等。物理學的疆界並不是固定不變的，物理學裡的創始突破時常可以用來解釋這些跨領域研究的基礎機制，有時還會開啟嶄新的跨領域研究。通過創建新理論與發展新科技，物理學對於人類文明有極為顯著的貢獻。例如，由於電磁學的快速發展，電燈、電動機、家用電器等新產品紛紛湧現，人類社會的生活水平也得到大幅提升。由於核子物理學日趨成熟，核能發電已不再是藍圖構想，但其所引致的安全問題也使人們意識到地球環境、生態與人類的脆弱渺小。二十世紀初期，物理學者發現經典物理學存在著極嚴重的瑕疵：邁克生-莫立實驗的零結果不符合牛頓相對論的預測，黑體輻射譜不符合熱力學的預測，經典電磁學無法解釋光電效應與原子光譜，放射性物質的物理性質貌似與經典物理學的決定論背道而馳。這些瑕疵給學術界帶來了一場前所未有的考驗，徹底地動搖了舊理論體系的基石，導致了二十世紀物理學兩大理論體系相對論和量子力學的出現，進而開始了現代物理學的紀元。相對論和量子力學對於這些難題給出合理解答。不僅如此，物理學者應用相對論和量子力學於像原子、分子等等的微觀系統，以及各種凝聚態宏觀系統，從而更為深切地揭示大自然的工作機制，並且促進物質文明蓬勃發展。
在他1962年的著作《科學革命的結構》中，托馬斯·庫恩對邏輯實證主義給出了精闢的反對。他認為，觀察和評價的過程，都是在一個範式之內發生的；所謂「範式」，就是這個世界的一個邏輯自洽的「肖像」，並與從它的框架出發所做的觀察一致。範式也包含某個科學學科的定義性的理論問題和實踐操作。他描述了觀察和「謎題解決」的過程，此過程在一個範式內發生，他稱之為「正常的科學」。他還解釋了一個範式如何能壓倒另一個範例，這一過程他稱之為「範式轉變」。庫恩認為，不可能把被測試的假設從觀測所基於的理論的影響隔離開來；他論證道，不可能獨立評估互相競爭的範式。不止一個邏輯合理的結構可以描繪出一個可用的這個世界的畫像，但沒有共同的基礎，使得坑對坑，理論對理論。兩者都不能作為判斷對方的標準，所以沒有明確的方法來衡量科學進步。
光的本性問題是物理學界長久以來一直爭論不休的一個難題。牛頓在思考這個問題時，將他所擅長的物質、粒子和力等概念滲透到光學中，從而將光的本性解釋為物質的微粒。這些微粒以一定的速率在真空中保持直線運動，碰撞到光滑的鏡面則產生彈性反射，而前文中笛卡爾的理論推導也證明了這種假說能夠解釋光的折射現象。微粒說能夠在相當程度上完整地解釋幾何光學，而對於色散的問題，則要假設每一種顏色的光對應一種顏色的微粒，不同顏色的微粒在真空中具有相同的速度，而在介質中則具有不同的速度。然而，關於光的本性很多物理學者一直持有另外一種觀點，即光是一種彈性的機械波，持這種波動觀點的代表人物有虎克和惠更斯等人。惠更斯在1678年所闡述的觀點認為，光是發光體內部的粒子振動所產生的機械波，這種機械波傳播所依靠的介質被稱作以太。惠更斯認為光是一種縱波，從而以太這種物質類似於空氣一樣，但沒有任何質量，瀰漫於整個宇宙中而無處不在。因此在波動說看來，光的本質就是能量通過以太的振動在空間中的傳遞。波動說同樣可以解釋很多光學現象，例如波在其他介質中的傳播速率要小於在以太中的傳播速率，因而這種效應會引起折射。對於色散，波動說認為每種顏色的光對應有不同的波長，因而在以太以外的其他介質中波速不同。儘管波動說能夠貌似更簡單地解釋光學現象，當時的科學界由於更相信牛頓的權威，在波動說提出的一百多年裡一直更推崇微粒說。