До тех пор, пока Эйнштейн не разработал общую теорию относительности, введя искривленное пространство-время, включающее гравитацию, фраза «специальная теория относительности» не использовалась. Иногда используется перевод «специальная теория относительности»; «Особый» на самом деле означает «особый случай». Сам Эйнштейн, в «Основах общей теории относительности», пишет: «Слово« особый »предназначено для обозначения того, что принцип ограничен случаем ...»
Специальная теория относительности была первоначально предложена Альбертом Эйнштейном в опубликованной 26 сентября 1905 г. статье под названием « К электродинамике движущихся тел ». несогласованность ньютоновской механики с уравнениями Максвелла в электромагнетизме и отсутствие экспериментального подтверждения в гипотетическом светящемся эфире привел к разработке специальной теории относительности, которая корректирует механику , чтобы справиться с ситуациями , связанными с движением в значительную части из скорость света.(известная как релятивистская скорость). Сегодня специальная теория относительности является наиболее точной моделью движения с любой скоростью, когда гравитационные эффекты незначительны. Тем не менее, модель механики Ньютона все еще полезна (из-за ее простоты и высокой точности) в качестве приближения при малых скоростях относительно скорости света.
Перед формулировкой специальной теории относительности Хендрик Лоренц и другие уже отметили, что электромагнетизм отличается от ньютоновской физики тем, что наблюдения одного и того же явления могут отличаться для человека, движущегося относительно другого человека со скоростью, близкой к скорости света . Например, один человек может заметить отсутствие магнитного поля , в то время как другой наблюдает магнитное поле в той же физической области. Лоренц предложил теорию эфира, в которой объекты и наблюдатели, перемещающиеся относительно неподвижного эфира, претерпевают физическое сжатие ( сжатие Лоренца- Фицджеральда ) и изменение во времени ( замедление времени).). Это позволило частично согласовать электромагнетизм с ньютоновской физикой . Когда задействованные скорости намного ниже скорости света, результирующие законы упрощаются до законов Ньютона . Теория, известная как теория эфира Лоренца , подвергалась критике (даже самим Лоренцем) из-за ее непроработанной природы.
В то время как Лоренц предложил уравнения преобразования Лоренца как точное математическое описание результатов измерений, вклад Эйнштейна заключался в получении этих уравнений из более фундаментальной теории. Эйнштейн хотел знать, что инвариантно (неизменно) для всех наблюдателей. Первоначальное название его теории было (в переводе с немецкого) « Теория инвариантов ». Макс Планк предложил термин «относительность», чтобы подчеркнуть идею о том, что законы физики меняются для наблюдателей, движущихся навстречу друг другу.
После того, как Эйнштейн разработал общую теорию относительности , термин «специальная теория относительности» использовался для включения общих (или ускоренных) систем отсчета и гравитации.
Определяющей чертой специальной теории относительности является замена преобразований Галилея в механике Ньютона преобразованиями Лоренца . Время и пространство нельзя определять отдельно друг от друга. Скорее, пространство и время взаимосвязаны в едином континууме, известном как пространство-время . События, происходящие одновременно для одного наблюдателя, могут происходить в разное время для другого.
Эта теория «особенная» в том смысле, что она применима только к частному случаю, когда искривление пространства-времени из-за гравитации незначительно. Чтобы включить гравитацию, Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности в 1915 году. Специальная теория относительности, вопреки устаревшим описаниям, способна включать ускорения, а также ускоренные системы отсчета.
Точно так же, как относительность Галилея теперь считается приближением специальной теории относительности, которая действительна для малых скоростей, специальная теория относительности считается приближением общей теории относительности, которая действительна для слабых гравитационных полей, то есть в достаточно малых масштабах и в условиях свободного падения. В то время как общая теория относительности включает неевклидову геометрию, чтобы представить гравитационные эффекты как геометрическую кривизну пространства, специальная теория относительности ограничена плоским пространством-временем, известным как пространство Минковского. Локальная лоренц-инвариантная система отсчета, соответствующая специальной теории относительности, может быть определена в достаточно малых масштабах, даже в искривленном пространстве-времени.
Галилео Галилей уже заявил, что не существует абсолютного и четко определенного состояния покоя (нет привилегированных систем отсчета), принцип, который теперь называется принципом относительности Галилея. Эйнштейн расширил этот принцип, чтобы он представлял постоянную скорость света, явление, которое наблюдалось в эксперименте Майкельсона-Морли . Он также заявил, что это справедливо для всех законов физики, включая законы механики и электродинамики.