Wstęp

Wstęp

Szczególna teoria względności została sformułowana przez Alberta Einsteina (1879–1955) w 1905 roku. Opisuje ona, w jaki sposób czas, przestrzeń i zjawiska fizyczne zachowują się w różnych układach odniesienia poruszających się ze stałą prędkością względem siebie. Teoria ta różni się od późniejszej pracy Einsteina opisującej ogólną teorię względności, która uwzględnia dowolny układ odniesienia, w tym układ o niezerowym przyspieszeniu. Kluczowym założeniem teorii Einsteina jest niezależność prędkości światła w próżni od układu odniesienia.

Teoria względności doprowadziła do znaczących zmian w sposobie postrzegania czasu i przestrzeni. „Zdroworozsądkowe prawa fizyczne”, których używamy do opisu czasoprzestrzeni opierającej się na prawach Newtona, rozróżniają czas i przestrzeń jako odrębne pojęcia i różnią się znacząco od praw właściwych obiektom poruszającym się z prędkością bliską prędkości światła. Na przykład szczególna teoria względności stwierdza, że pomiary czasu i długości nie są takie same dla poruszających się względem siebie układów odniesienia. Cząstka zaobserwowana w jednym układzie może istnieć ${10}^{-8}\mathrm{s}$, gdy w innym istnieje $2\cdot {10}^{-8}\mathrm{s}$. Pewien przedmiot może mieć $2\mathrm{m}$ w jednym układzie, a w innym $3\mathrm{m}$. Te zmiany są zwykle wyraźne dopiero dla prędkości bliskich prędkości światła, ale nawet w przypadku dużo mniejszych prędkości osiąganych przez satelitę GPS, którego poprawne funkcjonowanie wymaga niezwykle dokładnych pomiarów czasowych, zmiana długości w różnych układach odniesienia może wpłynąć na jego działanie i przez to musi zostać wzięta pod uwagę.

Inaczej niż w przypadku mechaniki newtonowskiej (ang. Newtonian mechanics), która opisuje ruch ciał, czy równań Maxwella (ang. Maxwell’s equations), określających zachowanie fal elektromagnetycznych, szczególna teoria względności nie ogranicza się do konkretnego typu zjawiska fizycznego. Jej założenia dotyczące czasoprzestrzeni mają wpływ na wszystkie podstawowe teorie fizyczne.

Poprawki do mechaniki newtonowskiej wprowadzone przez szczególną teorię względności nie są istotne dla obiektów o prędkościach małych w porównaniu z prędkością światła. Nie podważają one klasycznych praw Newtona w tym zakresie. Równania mechaniki relatywistycznej odchodzą znacząco od klasycznej mechaniki Newtona jedynie dla obiektów poruszających się z prędkością relatywistyczną (mniejszą od prędkości światła, ale zbliżoną do niej). W makroskopowym świecie, którego doświadczamy na co dzień, prawa fizyki można uprościć do klasycznej mechaniki Newtona, z pominięciem poprawek wynikających z fizyki relatywistycznej.