Специјална теорија за релативноста или Посебна теорија за релативноста — прифатена физичка теорија што се однесува на врската меѓу време-просторот. Истата се заснова на два постулати: (1) законите на физиката се непроменливи (инваријантни) во сите инерцијални системи (незабрзувачки појдовни системи), и (2) брзината на светлината во вакуум е подеднаква за сите набљудувачи, без разлика на движењето на светлинскиот извор. Беше предложена во 1905 г. од страна на Алберт Ајнштајн во делото „За електродинамиката и подвижните тела“.Albert Einstein (1905) "Zur Elektrodynamik bewegter Körper", Annalen der Physik 17: 891; English translation On the Electrodynamics of Moving Bodies by George Barker Jeffery and Wilfrid Perrett (1923); Another English translation On the Electrodynamics of Moving Bodies by Megh Nad Saha (1920). Непостојаноста на Њутновата механика со Максвеловите равенки од електромагнетизмот и неможноста да се добие движењето на Земјата низ етерот довеле до развој на специјалната релативност, која служи за исправки во механиката за да се справи со ситуациите кои вклучуваат движења со брзини блиски до брзината на светлината. Во денешниот период, специјалната релативност е најточниот модел за движење при која и да било брзина. Иако е така, Њутновата механика сè уште се користи (поради својата едноставност и точност) при доста помали брзини релативно во однос на брзината на светлината.

Специјалната релативност се занимава со голем број на последици, кои се потврдени опитно, вклучувајќи ги контракцијата на должината, временската дилатација, релативистичката маса, еднаквоста на масата и енергијата, универзална граница на брзината и релативност на едновременоста. Го заменува конвенционалното мислење за апсолутно универзално време со мислењето дека времето зависи од појдовниот систем и просторната местоположба. Наместо да постои непроменлив временски интервал помеѓу два настана, станува збор за непроменлив време-просторен интервал. Во заемодејство со другите закони од физиката, двата постулати од теоријата за специјалната релативност се предвидува еднаквоста на масата и енергијата, како што е запишано со равенката на еднаквоста на масата и енергијата E = mc2, каде c е брзина на светлината во вакуум.

Определувачка одлика на специјалната релативност е замената на Галилеевите преобразби на Њутновата механика со Лоренцовите преобразби. Времето и просторот не можат да се раздвојат едно од друго. Просторот и времето се испреплетени во еден единствен континуум познат под името време-простор. Настаните кои се случуваат во исто време за еден набљудувач можат да се случат во различни временски периоди за друг набљудувач.

Теоријата се нарекува „специјална“ бидејќи се применува принципот на релативноста само во специјални случаи на инерцијалните појдовни системи. Ајнштајн подоцна објавил труд за општата релативност во 1915 г. за да се примени принципот во општ случај, поточно, за секој појдовен систем за да се справи со општи координантни преобразби и гравитациските ефекти.

Како што Галилеевата релативност се смета за приближна теорија на специјалната релативност која важи за мали брзини, специјалната релативност се смета за приближна теорија за објаснување на теоријата за општата релативност која важи за слаби гравитациски полиња. Присуството на гравитацијата станува незабележително при достатно мали големини, и при услови на слободен пад. Општата релативност вклучува неевклидова геометрија, за да можат гравитациските ефекти се прикажат преку геометриската закривеност на време-просторот. Спротивно, специјалната релативност е ограничена на рамен време-простор. Геометријата на време-просторот во специјалната релативност се нарекува Минковскиев простор. Со локален Лоренцов непроменлив појдовен систем кои се покорува на специјалната релативност може да се дефинира при доволно мали големини, дури и при закривен време-простор.

Галилео Галилеј имал дефинирано дека не постои апсолутна и добро определена состојба на мирување, и принципи кои денес се наречени Галилееви принципи на релативност. Ајнштајн ги проширил овие принципи за да се земе предвид и постојаната брзина на светлината, појава која неодамна била забележана при Мајкелсон–Морлиевиот обид. Тој исто така вовел постулат дека ова важи за сите закони на физиката, вклучувајќи ги и законите на механиката и електродинамиката.

Постулати

Ајнштајн разликувал два основни постулати за којможело да се вистинити, без разлика од точноста на тогаш познатите закони за механиката и електродинамиката. Овие постулати беа постојаноста на брзината на светлината и независноста на физичките закони од изборот на инерцијалниот појдовен систем. Во неговата првична презентација на специјалната теорија за релативноста во 1905 г. тој ги искажал следните постулати :

Принципот на релативноста – законите под кои се подложени физичките системи не се менуваат, без разлика дали промените од едниот систем или во другиот систем од двата система се во подеднакво движење релативно еден на друг. Принципот на непроменлива брзина на светлината – „... светлината во празниот простор секогаш се движи со конечна брзина c која е независна од движењето на телото кое ја оддава.“ Што значи, светлината во вакуум се движи со брзина c во најмалку еден систем со инерцијални координати, без разлика на движењето на светлинските извори.

Изведувањето на специјалната релативност не зависи само од овие два експлицитни постулати, зависат и од подразбраните претпоставки (која е дел од сите теории во физиката), вклучувајќи ја и изотропноста и хомогеноста на просторот и независноста на мерните часовници од нивното минато.Einstein, "Fundamental Ideas and Methods of the Theory of Relativity", 1920

Следејќи ги оригиналните Ајнштајнови постулати за специјалната релативност од 1905 г. се предложени многу постулати и поинакви изведувања на равенките.For a survey of such derivations, see Lucas and Hodgson, Spacetime and Electromagnetism, 1990 Но, најчестиот збир постулати и понатаму се оние кои ги спомнува Ајнштајн во неговиот оригинален труд. Со поопширен математички запис на принципот на релативноста Ајнштајн, концептот за поедноставеност кој не е спомнат во погорниот текст:

Анри Поанкаре ја осмислил математичката рамка за релативната теорија со докажување дека Лоренцовите преобразби се поддел од неговата Поанкареова група на симетрични преобразби. Ајнштајн подоцна ги изведува овие преобразби од сопствените аксиоми.

Многу од Ајнштајновите трудови покажуваат изведувања на Лоренцовите преобразби засновани и овие два принципи.Einstein, On the Relativity Principle and the Conclusions Drawn from It, 1907; "The Principle of Relativity and Its Consequences in Modern Physics", 1910; "The Theory of Relativity", 1911; Manuscript on the Special Theory of Relativity, 1912; Theory of Relativity, 1913; Einstein, Relativity, the Special and General Theory, 1916; The Principle Ideas of the Theory of Relativity, 1916; What Is The Theory of Relativity?, 1919; The Principle of Relativity (Princeton Lectures), 1921; Physics and Reality, 1936; The Theory of Relativity, 1949.

Ајнштајн постојано го засновал изведувањето на Лоренцовата непроменливост на само двата основни принципи на релативноста и непроменливоста на брзината на светлината. Тој запишал:

Многу од современите гледишта за специјалната релативност се засноваат на еден единствен постулат на универзалната Лоренцова коваријанса или, подеднакво, на единствениот постулат на Минковскиевиот време-простор.Das, A. (1993) The Special Theory of Relativity, A Mathematical Exposition, Springer, ISBN 0387940421.Schutz, J. (1997) Independent Axioms for Minkowski Spacetime, Addison Wesley Longman Limited, ISBN 0582317606.

Земајќи го само принципот за релативноста без да се претпостави постојаноста на брзината на светлината, секој може да докаже дека време-просторните трансформации меѓу инерцијалните системи кои се Евклидови, Галилееви или Лоренцови. Во случајот на Лоренцовите, секој може да го добие релативистичкиот интервал за зачувување и одредена конечна брзина. Опитите покажуваат дека оваа брзина е брзината на светлината во вакуум.David Morin (2007) Introduction to Classical Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge, chapter 11, Appendix I, ISBN 1139468375.

Постојаноста на брзината на светлината беше определена со Максвеловата теорија за електромагнетизмот и отсуството на етерот. Постои спротивстувачки доказ до која мера на Ајнштајн влијаел нултиот резултат од Мајкелсон-Морлиевиот обид.Michael Polanyi (1974) Personal Knowledge: Towards a Post-Critical Philosophy, ISBN 0-226-67288-3, footnote page 10–11: Einstein reports, via Dr N Balzas in response to Polanyi's query, that "The Michelson–Morely experiment had no role in the foundation of the theory." and "..the theory of relativity was not founded to explain its outcome at all." Во секој случај, нултиот резултат на Мајкелсон-Морлиевиот обид помогнал при забележувањето на постојаноста на брзината на светлината со што ова тврдење добива сеопфатна прифатеност од научната заедница.

Недостаток на апсолутен појдовен систем

Начелото за релативноста, кој тврди дека нема особен инерцијален појдовен систем, потекнува уште од Галилео, и било употребено во Њутновата механика. Но во подоцнежниот дел од век, постоењето на електромагнетните бранови ги навело физичарите да мислат дека универзумот е исполнет со супстанција наречена „етер“, која го имала дејството на средина низ која минуваат овие бранови или вибрации. За етерот се сметало дека се состои од апсолутен појдовен систем од кој можат да се измерат брзините, и се смета за постојан и неподвижен. Етерот наводно поседувал некои неверојатни особини: бил доволно еластичен за да ги подржи електромагнетните бранови, и тие бранови можеле да заемодејствуваат со материјата, но сепак не се спротивставувал на телата кои минуваат низ него. Резултатите од различни опити, вклучувајќи го и Мајкелсон-Морлиевиот опит, посочувале дека Земјата секогаш била 'неподвижна' во однос на етерот – нешто што било мошне тешко да се објасни, бидејќи земјата е во орбита околу Сонцето. Ајнштајновото решение било да се отстрани постоењето на етерот и апсолутната состојба на мирувањето. Во релативноста, секој појдовен систем кој се движи подеднакво ќе биде под дејство на истите закони на физиката. Особено, брзината на светлината во вакуум секогаш ќе биде c, кога се мери од повеќе системи кои се движат со различни брзини.

Појдовни системи, координати и Лоренцови трансформации

Теоријата за релативност зависи од „појдовните системи“. Поимот појдовен систем што се користи е поглед од набљудувачите во просторот кој не е подложен на промена во движењето (забрзување), и од чија местоположба може да се мери по должината на три просторни оски. Во продолжение, појдовниот систем има способност да ги измери временските периоди на настаните со употреба на 'часовник'.

Настан е случување на кое може да му се единствено време и местоположба во просторот во однос на појдовниот систем: станува збор за „точка“ во време-просторот. Бидејќи брзината на светлината е постојана во релативноста во секој и сите појдовни системи, пулсовите на светлина можат да се искористат за мерење на растојанијата и да се погледне назад на временските периоди кога настаните се случиле според часовникот, иако на светлината и е потребно време да стигне до настанот откако истиот ќе се случи.

На пример, експлозијата на петарда може да се смета за „event“. Еден настан целосно може да се одреди според неговите четири време-просторни координати: времето на случување и неговите тридимензионална просторна местоположба определена од појдовната точка. Овој појдовен систем нека се означи со ознаката S.

Во теоријата за релативноста често сакаме да ја пресметаме местоположбата на точката од друга појдовна точка.

Да се претпостави дека имаме втор појдовен систем S′, чии просторни оски и часовник се подеднакви со оние од S во временскиот период нула, но се движи со постојана брзина v во однос на S по должина на x-оската.