در دهه اول قرن بیستم انقلابی درفلسفهعلوم طبیعیپیش آمد که بسیاری آن را از حیث عمق معنی و درهم ریزی احکام موجودپذیرفته شده ، نسبت بهانقلاب کوپرنیکی-گالیله‌ایبرتر به شمارمی‌آورند. در این فاصله زمانی دو نظریه بسیار مهمی پا به عرصه رقابت نهادند،نظریه نسبیتوکوانتمیکه نسبت به کارهای دانشمندان پیشین از جملهماکسول،سارین،کلوینوکل اوزیوسبه نحو چشمگیری متفاوت بودند. ایننظریه‌های جدید بامکانیکنیوتونینیز در بعضی از اصول و فرضهای بنیادی اختلاف شدیدی داشتند.
این نظریه علاوه بر اینکه در برگیرنده پیچیدگیهای ریاضی است، تصور ذهنی و فهم آن ،بسیار دشوار است. البته شایان ذکر است کهانیشتیندر مقاله 1905 خود که برای اولینبار بهنسبیتخاصخود پرداخت و از معادلات ریاضی ساده استفاده کرد، اما در مقاله 1919 که بهنسبیتعامپرداخت، برخلاف مقاله پیشین از فرمولهای پیجیده ریاضی استفاده کرد. نسبیتاز ریشه نسبی گرفته شده است، یعنی هر کدام از واحدهای فیزیکی شناخته شده برای توصیفپدیده‌های طبیعی نسبی هستند. به عبارت دیگر می‌توان گفت که بر اساس نسبیتجرم،سرعت،شتابو حتی زمان کهبرای ما تعریف می‌شوند نسبی هستند.
چند مثال ساده

* درمکانیککلاسیک(نیوتنی) ، نیروی وزن هر جسم در کره زمین را مقدار نیرویی که از طرفزمین بر آن جسم وارد می‌شود و آن را با شتاب g به سمت خود می‌کشاند، تعریفکرده‌اند. اگر از شخصی بپرسید که وزنتان چقدر است؟ او احتمالا می‌گوید: در کجا؟ وزنشخص در آسانسوری که با شتاب به سمت پایین می‌رود، در مقایسه با هنگامی که آنآسانسور با همان شتاب به سمت بالا می رود، فرق می‌کند.
* مجید و فرهاد دو دوست هستند که سوار بر اتومبیل پراید با سرعت ثابت V در حالحرکت هستند و مقصد آنها منزل احمد است. در این هنگام احمد از پشت بام منزلشان ،اتومبیل مجید را مشاهده می‌کند. وی در آنجا با انجام محاسباتی توسط دستگاهش ، سرعتمجید و فرهاد را V بدست می‌آورد (معادل سرعت اتومبیل). در این لحظه اتومبیل پدراحمد با سرعت ثابت P از کنار اتومبیل مجید می‌گذرد، در آن لحظه عبور ، دستگاه تعبیهشده در اتومبیل پدر احمد، سرعت مجید و فرهاد راU = V Pنشان می‌دهد.

لحظه به لحظه در حین عبور ، احمد با مجید تماسمی‌گیرد و از او می‌پرسد که سرعت فرهاد را اندازه گیری کند. مجید با شنیدن سخناناحمد ، تعجب می‌کند و می‌گوید: "این دیگر چه سوال بیخودی است. می‌بینی که فرهاد درکنار من ساکن نشسته است، پس باید سرعت او صفر باشد". احمد گوشی را می‌بندد و بهپدرش زنگ می‌زند و از او می‌پرسد که دستگاه محاسبه گر تو ، سرعت مجید و فرهاد راچقدر محاسبه کرده است؟ پدر می‌گوید: "سرعت مجید و فرهادU = V Pاست".

احمد در این هنگام با خود فکرمی‌کند که چگونه فردی در درون اتومبیل با سرعت ثابت بنشیند در حالی که خود او دارایسه سرعت کاملاً متفاوتی باشد. احمد با مبنای سینماتیک آشنایی زیادی ندارد. پس سرعتهم نسبی است.

نسبیت خاص و مکانیک کلاسیک

* اصل نسبیت در تمام رویدادهای طبیعی صحیح و صادق است.
* سرعتنوردر خلا ، در هرچارچوب لختیکه اندازه گیری می‌شود با صرفنظر از حرکت منبع نور ، معادل c است. اصل موضوع دوم نسبیت ، در واقع اندیشه مکانیکنیوتنی و سینماتیک گالیله‌ای را زیر پا می‌گذارد.
* طبق اصول سینماتیک ، اگر دو جسم متحرک با سرعت ثابت در حال حرکت به سمت یکدیگرباشند، سرعت هر یک از آنها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است. اما درنسبیت اینیشتین این گونه نیست. اگر در نقطه‌ای نوری را گسیل کنیم، ناظر ساکن و ناظرمتحرک که با سرعت v در حال حرکت به سمت منبع است، سرعت نور را c محاسبه می‌کنند. این دو اصل سه نتیجه حیرت آوری به همراه دارد که عبارتند از:
* اتساعزمان: مطابق مکانیک نیوتنی زمان مطلق است، یعنی زمان در تمام نقاط جهان وبدون وابستگی به شرایط حاکم بر محیط ، بطور یکنواخت جریان دارد. اما نیشتین خلاف آنرا معتقد است. و در واقع اینجاست کهاسحاقنیوتنو انیشتین از هم جدا می‌شوند. انیشتین برای اثبات گفته‌های خود در موردعدم مطلق بودن زمان ، به اصل موضوعی دوم خود پناه می‌برد، که خلاصه این داستان بدینشرح است که، یکی از دو قلوها تصمیم می‌گیرد که با یکفضاپیماکه با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکتمی‌کند به یکسیارهدور برود. این مسافرت 70 سال زمینی طول می‌کشد. هنگامی که او بر می‌گردد می‌بیند که برادرش بهسن 90 سالگی رسیده و در حالی که او 29 سال بیشتر سن ندارد.
* پارادوکس دو قلوها:اتساع زمان در نظریهنسبیت ما را به پارادوکس دو قلوها می‌کشاند ، این پارادوکس بیش از 50 سال بعد ازانتشار نظریه نسبیت انیشتین ، مورد بحث میان دانشمندان بوده است.
* انقباض جرالد-لورنتس: اتساع زمان که یکیاز مهمترین نتایج نظریه نسبیت است، موجب شد که انقباض لورنتس-جرالد ، قدم به صحنهرقابت بگذارد. ناظر o در چارچوب ساکن لختی قرار دارد و می‌خواهد طول لوله‌ای رامحاسبه کند. روشاندازهگیریاو ، اینگونه است که یک شی را با سرعت ثابت v ، از یک سر لوله پرتاب میکند و با ثبت مدت زمانی که آن شیء به آن سر لوله می‌رسد و با استفاده از فومولهایسینماتیک ، طول لوله را می‌یابد، او طول لوله را L محاسبه می‌کند. (L = t .v) ناظر Z واقع در چارچوب متحرک لختی نیز می‌خواهد طول همان لوله را محاسبه کند.

اوبرای محاسبه طول لوله از شیوه ناظر O استفاده می‌کند و طول لوله را `L می‌یابد (`L` = t` .v ). طبق نتایج قبلی نسبیت (اتساع زمان) ، به این نتیجه رسیدیم که زمان درچارچوب متحرک نسبت به چارچوب ساکن ، کندتر می‌گذرد. پسt` > tبنابراینL` > L، که نشان دهنده انقباض طول لوله در چارچوب متحرک است. درک چنینواقعیتی بسیار دشوار و سخت است. امالورنتسعلت آن را تغییر درنیروی الکترومغناطیسیاتمها در سرعتهای بالامی‌داند. اما متأسفانه تا کنون دانشمندان موفق نشده‌اند که انقباض لورنتس-جرالد رادر حد آزمایش عملی کنند.

نظریه نسبیت عام

اینیشتین در سال 1919 با ترمیم و تعمیم نسبیت خود ، نسبیتعام را مطرح کرد. نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص ، در برگیرنده معادلات و پیچیدگیهایریاضی بود. یکی از پیش بینیهای این نظریه آن بود که ساعتها درمیدانگرانشیبسیار قوی ، کندتر کار می‌کنند و همچنیننوردرمیدانگرانشیبسی ار قوی ، در مسیر مستقیم خود منحرف می شوند. این نظریه توانست بهبسیاری از معماهایکیهانشناسیدر موردسیاهچاله،عمر کرات و سیارات،انرژی ستاره‌هاوکهکشانها،چگالیج �انو ... پاسخ دهد

منبع» کلوب فیزیک