Mi az a relativitáselméletet?

Hát ezt elég nehéz tömören és a laikusok számára mégis érthetően összefoglalni.

A speciális relativitáselmélet lényegében annak az alapelvnek a kibontása, hogy minden ún. inerciarendszer (vagyis amelyben a Newton törvények igazak) nemcsak a mechanikai jelenségek leírásának, hanem minden fizikai jelenség (beleértve az elektrodinamikát, atomfizikát, stb.) leírásának szempontjából is egyenértékű. Vagyis egyik sem kitüntetett a többihez képest, egyikbe átülve sem kell csak azért új fizikakönyvet írni, mert az a rendszer abszolútabb volna a többinél, illetve maguk az egyenletek sem tartalmaznak semmilyen információt arra nézve, hogy melyik az az inerciarendszer, amelyben az adott formában érvényesek. Einsteinnek ez volt az egyik kiindulópontja, a másik meg a fénysebesség állandósága vagyis az a tény, hogy az elektrodinamika Maxwell-egyenletei sem tartalmaznak semmilyen utalást arra, hogy csak egy bizonyos kitüntetett rendszerben lennének érvényesek, s emiatt pl. szükségszerűen minden inerciarendszerben érvényeseknek kell lenniük, és a fény sebessége pedig ilyen rendszerben ugyanakkora.

Mindebből az következik, hogy a korábbi tér- és időfogalmunkat, amelyek nem fértek össze a fénysebesség állandóságával, módosítani kellett, s velük módosult a mechanika Newtonnál megszokott felépítése is. Kiderült, hogy Newton egyenletei a maguk formájában csak kis sebességekre igazak nagyon jó közelítéssel, és ahogy egyre jobban megközelítjük a fénysebességet, annál nagyobb az eltérés. Sem a távolságok, sem az idő nem volt abszolút többé, hanem vonatkoztatási rendszertől függővé vált, és kiderült, hogy léteznek olyan jelenségek, mint idődilatáció és hosszkontrakció meg ikerparadoxon.

Az általános relativitáselmélet egy még nagyobb és sokkal nehezebb vállalkozás volt arra, hogy ne csak az inerciarendszerek egyenértékűségét ismerjük fel, hanem a gyorsuló rendszereket is bevonjuk ebbe a leírásba azon az áron, hogy a gravitáció mint erő, a korábbi formájában megszűnik létezni, és a newtoni gravitációs elmélet helyébe egy geometriai leírás kerül, amely egységesíti a gyorsuló rendszerek és a gravitációs térben mozgó rendszerek matematikai tárgyalását. Ebben a tárgyalásban kerülnek elő olyan fogalmak, hogy a téridő görbült, meg hogy gravitációs térben egy külső megfigyelő számára lassabban telik az idő (gravitációs vöröseltolódás), stb. Ennek az elméletnek a határesete maga a speciális relativitáselmélet is, ahol nincsenek gyorsuló rendszerek (a gyorsulás nulla) és a téridő sem görbült, hanem sík.

A speciális relativitáselmélet matematikai alapjai nagyon egyszerűek, elvileg bárki képes átrágni magát rajtuk. A kulcsgondolatok azonban mégiscsak fizikai jellegűek, és kell egy kis jártasság a fizikai gondolkodásban ahhoz, hogy könnyen meg lehessen érteni őket. Az általános relativitáselmélethez viszont magas fokú matematikai tudás kell, hiszen megértéséhez nélkülözhetetlenek a differenciálgeometria (Riemann-geometria), differenciálható sokaságok, tenzoralgebra és -analízis eszközei is.