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為了對運動作完整的描述，我們必須說明物體如何隨時間而改變其位置；亦即對於軌線上的每一個點必須說明該物體在什麼時刻位於該點上。這些資料必須補充這樣一個關於時間的定義，依靠這個定義，這些時間值可以在本質上看作可觀測的量（即測量的結果）。如果我們從經典力學的觀點出發，我們就能夠舉出下述方式的例項來滿足這個要求。設想有兩個構造完全相同的鐘；站在車廂視窗的人拿著其中的一個，在人行道上的人拿著另一個。兩個觀察者各自按照自己所持時鐘的每一聲滴嗒刻劃下的時間來確定石塊相對於他自已的參考物體所佔據的位置。在這裡我們沒有計入因光的傳播速度的有限性而造成的不準確性。對於這一點以及這裡的另一個主要困難，我們將在以後詳細討論。

4．伽利略座標系

如所周知，伽利略…牛頓力學的基本定律（稱為慣性定律）可以表述如下：一物體在離其他物足夠遠時，一直保持靜止狀態或保持勻速直線運動狀態。這個定律不僅談到了物體的運動，而且指出了不違反力學原理的、可在力學描述中加以應用的參考物體或座標系。相對於人眼可見的恆星那樣的物體，慣性定律無疑是在相當高的近似程度上能夠成立的。現在如果我們使用一個與地球牢固地連線在一起的座標系，那麼，相對於這一座標系，每一顆恆星在一個天文日當中都要描畫一個具有莫大的半徑的圓，這個結果與慣性定律的陳述是相反的。因此，如果我們要遵循這個定律，我們就只能參照恆星在其中不作圓周運動的座標系來考察物體的運動。若一座標系的運動狀態使慣性定律對於該座標系而言是成立的，該座標系即稱為“伽利略座標系”。伽利略…牛頓力學諸定律只有對於伽利略座標系來說才能認為是有效的。

5．相對性原理（狹義）

為了使我們的論述儘可能地清楚明確，讓我們回到設想為勻速行駛中的火車車廂這個例項上來。我們稱該車廂的運動為一種勻速平移運動（稱為“勻速”是由於速度和方向是恆定的；稱為“平移”是由於雖然車廂相對於路基不斷改變其位置，但在這樣的運動中並無轉動）。設想一隻大烏鴉在空中飛過，它的運動方式從路基上觀察是勻速直線運動。用抽象的方式來表述，我們可以說：若一質量M相對於一座標系K作勻速直線運動，只要第二個座標系K'相對於K是在作勻速平移運動，則該質量相對於第二個座標系K'亦作勻速直線運動。根據上節的論述可以推出：

若K為一伽利略座標系，則其他每一個相對於K作勻速平移運動的座標系K'亦為一伽利略座標系。相對於K'，正如相對於K一樣，伽利略…牛頓力學定律也是成立的。

如果我們把上面的推論作如下的表述，我們在推廣方面就前進了一步：K'是相對於K作勻速運動而無轉動的座標系，那麼，自然現象相對於座標系K'的實際演變將與相對於座標系K的實際演變一樣依據同樣的普遍定律。這個陳述稱為相對性原理（狹義）。

只要人們確信一切自然現象都能夠藉助於經典力學來得到完善的表述，就沒有必要懷疑這個相對性原理的正確性。但是由於晚近在電動力學和光學方面的發展，人們越來越清楚地看到，經典力學為一切自然現象的物理描述所提供的基礎還是不夠充分的。到這個時候，討論相對性原理的正確性問題的時機就成熟了，而且當時看來對這個問題作否定的籤復並不是不可能的。

然而有兩個普遍事實在一開始就給予相對性原理的正確性以很有力的支援。雖然經典力學對於一切物理現象的理論表述沒有提供一個足夠廣闊的基礎，但是我們仍然必須承認經典力學在相當大的程度上是“真理”，因為經典力學對天體的實際運動的描述，所達到的精確度簡直是驚人的。因此，在力學的領域中應用相對性原理必然達到很高的準確度。一個具有如此廣泛的普遍性的原理，在物理現象的一個領域中的有效性具有這樣高的準確度，而在另