Еще до того, как художники стали изучать влияние скорости на видимую реальность, ученые сделали скорость предметом современного сознания с помощью ключевых теоретических открытий, касающихся времени, пространства и света. Фактически именно наука установила количественно измеримые, зачастую даже наглядные средства для понимания и передачи все возрастающей скорости современности. В то время как художники и поэты вскоре будут использовать скорость на своем пути к абстракции, ученые пошли в противоположном направлении, сосредоточив внимание на этом параметре, чтобы раскрыть и объяснить ранее невидимые аспекты динамичного мира природы.
На протяжении более чем шести столетий ученые исследовали зыбкое понятие скорости. Скорость впервые появилась как устоявшийся, общепринятый термин в XIV веке в Англии, где философы из Мертон-колледжа Оксфордского университета начали использовать скорость как количественный параметр для изучения изменений в скорости движения. Исследование ускорения и скорости продолжалось до XVII века, когда Галилей обратил внимание на те явления, которые для доньютоновского мира в значительной степени оставались физической загадкой. Работая с простым маятником, Галилей сформулировал, как время можно разделить на отдельные, количественно измеримые сегменты, и выяснил, что скорость равняется расстоянию, пройденному маятником за определенный промежуток времени; кроме того, Галилей постулировал, что движение каких-либо объектов это движение относительно каких-либо других объектов[4].
К концу XVII века Ньютон разработал галилеевское понимание движения и относительности значительно более подробно. Он задался вопросом: если концепция относительности Галилея верна, как возможно измерить скорость света и заявить, что эта скорость конечна (что неоднократно предпринималось)? В ответ на этот вопрос Ньютон принял сформулированную Христианом Гюйгенсом в 1678 году теорию светоносного эфира гипотетической субстанции, предположительно неизвестной жесткой природы, этот эфир, как считалось, передает колебания света или световые волны, движущиеся в пространстве с конечной скоростью. Ньютон ошибочно заключил, что эфир является неподвижным носителем света, однако из этого предположения и подразумеваемого им взгляда на время и пространство как на нечто абсолютное и неизменное возникли важнейшие понятия движения, света и скорости.
В ньютоновском мире абсолютного времени и пространства скорость была переменной и, следовательно, чисто относительной, в лучшем случае незначительной проблемой. Но эта точка зрения изменилась, когда идеи Ньютона подверглись общей критике. В конце XVIII века Кант оспорил теорию Ньютона об абсолютном объективном времени на том основании, что пространство и время пластичны и зависят от субъективного восприятия. К 1883 году физик Эрнст Мах опроверг ньютоновскую модель абсолютного движения, времени и пространства, подчеркнув, что ей нет места среди быстро развивающихся постулатов современной науки. Примерно в то же время, в 1881 году, физик Альберт Майкельсон и химик Эдвард Морли попытались с помощью интерферометра (оптического устройства, которое использует световые волны для высокоточного измерения расстояний) определить скорость Земли через гипотетический эфир Ньютона. Майкельсон и Морли ожидали, что эфир будет влиять на поток световых волн, движущихся в разных направлениях, но такого вмешательства не произошло, что побудило ученых опровергнуть само существование эфира[5]. Майкельсон и Морли также использовали свой эксперимент с эфиром, чтобы точно определить скорость света в вакууме; они получили постоянную скорость 186 329 миль в секунду независимо от того, движется ли наблюдатель или объект. Таким образом, они пришли к выводу, что скорость света а не пространство или время является абсолютной. В одночасье скорость стала достойным (и ценным) объектом научного исследования[6].
Работа Майкельсона Морли об эфире и скорости света, наряду с другими теоретическими достижениями, такими как сделанное в 1902 году предположение Анри Пуанкаре о том, что абсолютного пространства, абсолютного времени и эфира не существует, позволила Эйнштейну в 1905 году сформулировать специальную теорию относительности. Подобно Майкельсону и Морли, Эйнштейн предположил, что постоянна скорость света, а не пространство или время и что именно скорость света является максимальной скоростью во Вселенной [Everdell 1997:235][7]. Разрабатывая свое понятие относительности, Эйнштейн представлял, как время будет искажаться в быстро движущейся «инерциальной системе отсчета», такой как высокоскоростной поезд в гипотетический момент его приближения к скорости света. Если бы человек, путешествующий в этом поезде, удалялся бы от часов, он теоретически мог бы заметить замедление времени на часах или, если бы поезд достиг скорости света, отсутствие какого-либо изменения времени. Следовательно, утверждал Эйнштейн, время относительно[8].