Teori mengenai gelombang cahaya telah dijelaskan oleh James Maxwell dalam persamaan beliau. Persamaan Maxwell (Maxwell Wave Equation) terdiri daripada empat persamaan yang di terbitkan antara tahun 1861M dan 1862M.
On Physical Lines of Forces adalah empat jurnal terbitan Maxwell bagi menerangkan persamaan beliau dan ia telah berjaya merevolusi dunia sains dan teknologi hari ini. Dari aspek teknologi, alatalat komunikasi yang melibatkan gelombang elektromagnet semuanya mematuhi Persamaan
Maxwell tadi.
Dari aspek sains pula, ia telah memberikan kejutan kepada ahli fizik kerana menurut persamaan Maxwell, cahaya adalah sejenis gelombang elektromagnet.
Pada tahun 1864M, Maxwell telah mengeluarkan satu lagi jurnal yang bertajuk A Dynamical Theory of the Electromagnetic field yang mendakwa pergerakan cahaya adalah sepantas 300,000 km per saat. Perkara ini telah berjaya dibuktikan pada tahun 1887M apabila Heinrich Hertz benar-benar mengesan kewujudan gelombang elektromagnet seperti yang telah disebut oleh Maxwell. Penemuan Hertz ini telah dikongsikan dalam buku beliau berjudul Electric waves: being researches on the propagation of electric action with finite velocity through space.
Semua bentuk sinaran (radiation) daripada radio, sinaran-x, sinaran gamma dan sebagainya wujud dalam bentuk gelombang elektromagnet dan ia mematuhi On Physical Lines of Forces yang telah diterbitkan oleh Maxwell sebelum ini.
Apabila ahli fizik mengkaji persamaan Maxwell, mereka mendapati pergerakan cahaya adalah tetap. Tidak kiralah daripada mana pun mereka muncul dan ke arah mana pun mereka pergi.
Ini sungguh mengejutkan ahli fizik pada zaman tersebut. Ini kerana, jika kita memandu sebiji kereta dengan kelajuan 1 km per saat, sepatutnya apabila kita memasang lampu kereta, cahaya akan bergerak dengan kelajuan 300, 001 km per saat. Sebaliknya bukan ini yang berlaku. Menurut persamaan Maxwell cahaya akan tetap bergerak dengan kepantasan 300, 000 km per saat juga.
Cuba fikirkan pula situasi ini, Ali membawa kereta dengan kelajuan 50 km/jam, dalam masa yang sama dia membaling sebiji batu dengan kelajuan 30 km/jam ke arah Abu. Jadi secara matematiknya, berapakah kelajuan batu tadi Kita mesti beranggapan kelajuan batu tadi ialah 80 km/jam kerana, kelajuan kereta + kelajuan batu = 80 km/jam
Baik, sekarang katalah Ali memasang lampu kereta, berapakah pula kelajuan cahaya Megikut logik batu tadi, kita tahu kelajuan cahaya ialah 300,000 km/j dan jika ditambah dengan kelajuan kereta tadi, maka kelajuan cahaya sekarang bertambah sebanyak 300,050 km/j. Benarkah begitu
Jawapannya salah, kerana kelajuan cahaya tetap dengan kelajuannya yang asal iaitu 300,000 km/j.
Secara logiknya, kalau kita bergerak katalah 10 km per saat, kemudian kita melempar sebiji batu dengan kelajuan 10 km per saat juga, maka menurut Transformasi Galileo (Galilean Transformation), kelajuan batu tersebut mestilah bersamaan 20 km per saat dan bukan 10 km per saat. Ini yang memusykilkan ahli fizik. Selama ini mereka telah menggunakan Transformasi Galileo dalam banyak kes fizik klasik dan ia benar-benar berfungsi dengan baik. Tetapi apabila disumbat dalam kes cahaya ia didapati bercanggah!
Pada masa itulah ahli fizik mula berprasangka mestilah teori Maxwell yang salah dan bukannya Transformasi Galileo. Pada pandangan mereka, takkanlah Transformasi Galileo yang telah dipakai dalam banyak kes-kes fizik dan terbukti kebenarannya beratus-ratus tahun patut dipersalahkan. Logiknya mestilah teori Maxwell yang baru saja diterbitkan itu yang perlu dipersalahkan.
Bukan itu saja, ada lagi perkara lain yang menghairankan ahli fizik. Jika Usain Bolt boleh menamatkan pecutan 100 meter dalam masa 9.89 saat, lojiknya jika kita boleh memecut dengan kelajuan yang sama mestilah kita dapat berlari sebelah menyebelah dengan Usain Bolt. Betul
Tapi menurut persamaan Maxwell, logik tersebut salah. Ini kerana cahaya, jika kita mampu bergerak dengan kepantasan 300, 000 km/s sekalipun cahaya akan tetap bergerak 300, 000 km/s lebih laju daripada kita. Tak ada istilah duduk sebelah menyebelah dalam kes ini.
Kekusutan ini telah melanda ahli fizik sampailah Albert Einstein datang dan muncul dengan teori relativitinya. Jika sebelum ini ahli fizik menyalahkan On Physical Lines of Forces, Albert Einstein sebaliknya mempertahankannya. Bagi Einstein, persamaan Maxwell yang betul dan Transformasi Galileo yang salah.
Menurut Einstein, Transformasi Galileo hanya betul untuk pergerakan objek yang perlahan saja. Jika pergerakan yang ekstrim dan laju macam cahaya, ia tak boleh dipakai dan perlukan kepada kaedah yang lain.
Untuk menggantikan Transformasi Galileo tadi, Einstein telah menggunakan Transformasi Lorentz (Lorentz Transformation) dalam kes cahaya. Dengan menggunakan Transformasi Lorentz, maka kelajuan mutlak cahaya tadi dapat diabadikan. Dengan menggunakan asas inilah Einstein meletakkan dua postulat (postulate) dalam teori relativitinya iaitu, pertama, kelajuan cahaya tetap dalam semua rangka rujukan (reference frame). Kedua, hukum-hukum fizik tetap sama dalam semua rangka rujukan.
