Rozpory, ke kterým dospěla klasická fyzika koncem 19. století při řešení problémů spojených s předpokládanou existencí absolutní vztažné soustavy, vyřešil nezávisle na Hendriku Lorentzovi Albert Einstein pomocí tzv. speciální teorie relativity. K vytvoření speciální teorie relativity přivedl Alberta Einsteina myšlenkový paradox. Podle Maxwellovy teorie elektromagnetického pole je světelná vlna kombinací elektrického pole a magnetického pole, která jsou vzájemně kolmá a při pohybu prostorem oscilují mezi kladnými a zápornými hodnotami. Pokud se pozorovatel pohybuje rychlostí světla vedle vlny, žádnou oscilaci nepozoruje, což ale porušuje zákony fyziky. Zákony, které platí v jedné vztažné soustavě, přestávají platit v jiné vztažné soustavě.
Hlavní myšlenky byly publikovány již v roce 1905 v sedmnáctém svazku Annalen der Physik v třicetistránkovém článku K elektrodynamice pohybujících se těles. Teorie se nazývá speciální proto, že popisuje relativnost hlavně ve speciálních případech – když pozorovatelé nemění vzájemnou rychlost ani směr (čili pohybují se rovnoměrně přímočaře – bez zrychlení). Max von Laue o speciální teorii relativity napsal: „speciální teorie relativity je dnes velebena i urážena. Největším křiklounům na obou stranách je přitom společné to, že jí zoufale málo rozumějí …“ [COLES, P. Einstein a úplné zatmění. 1. vydání. Praha: Triton, 2000. ISBN 80–7254–147–1.] Teorie je založena na dvou základních principech.
Hendrik A. Lorentz.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Princip relativity formuloval už Isaac Newton, Leonhard Euler nebo Henri Poincaré. Ten jako první ocenil význam Lorentzovy transformace, pojmenoval ji a v roce 1904 na základě výsledku Michelsonova pokusu vyslovil speciální princip relativity: Fyzikální zákony mají stejný tvar ve všech inerciálních souřadných soustavách. Téměř současně tento princip vyslovil i Albert Einstein: Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné fyzikální zákony a vztahy. Za inerciální vztažnou soustavu můžeme považovat vztažnou soustavu spojenou s hvězdami – např. heliocentrickou souřadnicovou soustavu, jejíž počátek leží ve středu Slunce a souřadnicové osy míří ke třem hvězdám. Jestliže provedeme ve dvou inerciálních soustavách stejné pokusy za stejných počátečních podmínek, pak musí platit: Žádným pokusem (mechanickým, elektromagnetickým, optickým apod.) provedeným uvnitř vztažné soustavy nelze rozhodnout, zda se tato soustava vzhledem k jiné inerciální vztažné soustavě pohybuje rovnoměrným pohybem, popř. zda je v klidu. Z hlediska speciální teorie relativity jsou všechny inerciální vztažné soustavy naprosto rovnocenné. Žádná inerciální soustava tedy nemá nějaké význačné vlastnosti, které by ji odlišovaly od ostatních. Neexistuje tedy žádná absolutní vztažná soustava – ani absolutní klid či pohyb.
Princip stálé rychlosti světla: Ve všech inerciálních vztažných soustavách má rychlost světla ve vakuu stejnou velikost, nezávislou na vzájemném pohybu zdroje a pozorovatele. Rychlost světla v libovolné inerciální vztažné soustavě je ve všech směrech stejná. Princip stálé rychlosti světla je nutný, protože při použití klasického zákona skládání rychlostí dospějeme k závěru: jestliže se světlo šíří v libovolné inerciální vztažné soustavě rychlostí c, pak se vzhledem k jiné inerciální soustavě bude šířit rychlostí v + c, kde v je rychlost vzájemného pohybu obou soustav. Tento závěr však nedovede vysvětlit výsledek Michelsonova pokusu, ani mnoha dalších optických pokusů provedených v téže době.
Z těchto dvou principů plynou další důsledky (relativnost současnosti, dilatace času, kontrakce délek apod.). I když se zdá, že teorie relativity je pouhou teorií s možným využitím někdy v hluboké budoucnosti, není tomu tak. Speciální i obecná teorie relativity má v současné fyzice i technice velký praktický význam.
