Teori relativitas khusus berangkat dari asumsi bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa akan selalu terukur pada nilai yang sama, tidak tergantung dari kecepatan sumber cahaya relatif terhadap kecepatan pengamat. Dari sini disimpulkan bahwa kecepatan cahaya adalah batas kecepatan bagi segala sesuatu di alam semesta ini. Selain itu, relativitas khusus menyatakan bahwa massa dan energi pada kenyataannya adalah setara. Hal ini adalah pembenaran yang mengejutkan atas postulat filsafati yang mendasar dari materialisme dialektik – tak terpisahkannya materi dan energi, ide bahwa gerak (“energi”) adalah mode eksistensi dari materi.
Penemuan Einstein akan hukum kesetaraan massa dan energi dinyatakan dalam persamaannya yang terkenal E = mc², yang menyatakan energi raksasa yang terkunci di dalam atom. Inilah sumber dari segala pemusatan energi di alam semesta. Simbol e mewakili energi (dalam satuan erg), m untuk massa (dalam gram) dan c adalah kecepatan cahaya (dalam cm/detik). Nilai dari c² adalah 900 miliarmiliar. Ini sama dengan menyatakan bahwa satu gram energi yang terkunci dalam materi akan menghasilkan jumlah energi yang sangat besar, 900 miliarmiliar erg. Untuk memberi contoh konkret akan hal ini, energi yang terkandung dalam satu gram materi adalah setara dengan energi yang dihasilkan dengan membakar bensin seberat 2.000 ton.
Energi dan massa bukan hanya “dapat saling dipertukarkan”, seperti dolar dipertukarkan dengan Mark Jerman. Keduanya adalah satu dan sama, yang digambarkan Einstein sebagai “massa-energi”. Ide ini melangkah jauh lebih dalam dan lebih tepat ketimbang konsep mekanika lama di mana, misalnya, gesekan diubah menjadi panas. Di sini, materi hanyalah satu bentuk tertentu dari energi yang “dibekukan”, sementara berbagai bentuk energi yang lain, termasuk cahaya, memiliki massa tertentu yang diasosiasikan padanya. Untuk alasan ini, akan sangat keliru jika kita mengatakan bahwa materi “lenyap” ketika ia berubah menjadi energi.
Hukum Einstein menggantikan hukum lama tentang kekekalan massa, yang diajukan oleh Lavoisier, yang menyatakan bahwa materi, yang dipahami sebagai massa, tidak akan dapat diciptakan atau dihancurkan. Pada kenyataannya, tiap reaksi kimia yang melepaskan energi mengubah sejumlah kecil massa menjadi energi. Hal ini tidak dapat diukur dengan jenis reaksi kimia yang dikenal di abad ke-19, seperti pembakaran batu bara. Tapi reaksi nuklir melepaskan energi yang cukup besar sehingga jumlah massa yang hilang dapat terukur. Segala materi, bahkan yang berada dalam keadaan “diam”, mengandung sejumlah energi yang mengagumkan. Walau demikian, karena hal ini tidak dapat diamati, hal ini tidak dapat dipahami sampai Einstein memaparkan itu semua.
Einstein sama sekali tidak menggulingkan materialisme. Teori Einstein justru mendirikan kembali materialisme dengan basis yang lebih kokoh. Sebagai ganti teori mekanistik lama tentang “kekekalan massa”, kita kini memiliki hukum-hukum yang jauh lebih ilmiah dan umum tentang kekekalan massa-energi, yang mengekspresikan hukum pertama termodinamika dalam bentuk yang universal dan tak tergoyahkan. Massa sama sekali tidak “hilang”, melainkan diubah menjadi energi. Jumlah total massa-energi akan tetap sama. Tidak satu pun partikel materi yang dapat diciptakan atau dihancurkan. Ide kedua adalah sifat membatasi yang dikandung oleh kecepatan cahaya: pernyataan bahwa tidak satu pun partikel yang dapat melaju dengan kecepatan di atas kecepatan cahaya, karena sejalan dengan semakin dekatnya ia pada kecepatan kritis ini, massanya akan semakin dekat pada titik tak berhingga, sehingga ia akan semakin lama semakin sulit untuk melaju lebih cepat lagi. Ide ini nampaknya abstrak dan sulit dipahami. Ia bertentangan dengan semua asumsi “akal sehat”. Hubungan antara “akal sehat” dan sains telah diringkas oleh ilmuwan Soviet Profesor L. D. Landau dalam baris-baris berikut:
“Apa yang disebut akal sehat tidak lain adalah satu generalisasi sederhana dari pandangan-pandangan dan kebiasaan-kebiasaan yang telah tumbuh dalam kehidupan kita sehari-hari. Ia hanya memiliki tingkat pemahaman yang terbatas, yang mencerminkan satu tingkat eksperimen tertentu.” Dan ia menambahkan: “Sains tidak gentar untuk berbenturan dengan apa yang disebut akal sehat. Ia hanya gentar akan ketidakcocokan antara ide-ide yang ada dengan fakta-fakta eksperimen baru dan jika ketidakcocokan itu terjadi sains akan tanpa ampun menghancurkan ide yang tadinya ia bangun dan meningkatkan pengetahuan kita ke tingkat yang lebih tinggi.”