Keplero usava Marte come punto di riferimento (come una lanterna nel cielo) da cui determinare l'orbita terrestre: a) si fissa la posizione nel cielo (rispetto a stelle fisse) di Marte quando si trova sull'asse Terra-Sole; b) si traguarda la terra rispetto a Marte tutte le volte che Marte ricapita nella stessa posizione del cielo (stesso punto della sua traiettoria). Poichè ogni volta la posizione della Terra sarà diversa, si può determinare l'angolo della terra con Marte con l'asse Marte-Sole come base fissa.
Con Maxwell cambia la concezione del reale fisico. Prima di Maxwell (da Newton) si immaginava la realtà fisica come fatta di punti materiali le cui modifiche consistevano soltanto in movimenti regolati da equazioni differenziali totali (modello meccanico). Con Maxwell la realtà fisica è rappresentata da campi continui (non spiegabile meccanicamente) regolati da equazioni differenziali parziali (Lorentz considerava un misto di campo più elettroni come corpuscoli).
La Meccanica quantistica invece rinuncia a dare una rappresentazione della realtà fisica (Si rappresenta solo la probabilità di intervento della realtà fisica).
In generale, vi sono due teorie fisiche, quelle costruttive e quelle analitiche.
Le prime partono da formule che descrivono il comportamento di elementi semplici
per poi costruire un'immagine dei fenomeni più complessi. (es. La
cinetica dei gas parte dal movimento delle molecole).
Le teorie analitiche partono da proprietà generali dedotte empiricamente (es.,
impossibilità del moto perpetuo) da cui si derivano per via matematica fenomeni
particolari.
La teoria della relatività è analitica.
La relatività ristretta non si applica alla gravitazione. Essa considera
solo sistemi inerziali (si possono muovere a velocità uniforme in linea
retta).
Anche Galileo e Newton assumevano invarianza rispetto a trasformazioni
inerziali, ma solo per la meccanica.
La relatività ristretta ammette invarianza
rispetto a qualsiasi fenomeno fisico: "ogni legge della natura valida per un
sistema di coordinate K, è valida senza cambiamenti per un sistema K' in
traslazione uniforme rispetto a K". Si aggiunge inoltre la costanza della
velocità della luce, da cui si deduce che eventi simultanei lo sono solo in un
dato sistema inerziale. Il principio di conservazione della massa e quello
dell'energia si fondono in quello di conservazione della massa ed energia
assieme.
La relatività generale assume che ogni legge fisica debba essere valida in
qualsiasi sistema di riferimento. Se si fa ruotare un sistema di riferimento la
forza centrifuga può venire sostituita da forze gravitazionali in un sistema
immobile (uguaglianza di massa inerziale e gravitazionale).