مقدمه:

درک نسبیت آن قدرها هم فراتر از ذهن ما نیست. در واقع، نسبیت مکانی، قسمتی از زندگی روزمره ماست. نسبیت مکانی (فضایی) به افتخار گالیله که اولین بار مفهوم حرکت نسبی را فرمول بندی کرد، نسبیت گالیله ای هم نام دارد و اغلب با نظریه های انیشتین اشتباه گرفته می شود. گالیله بسیار راحت این واقعیت را توصیف کرد که یک ناظر در حال حرکت، اشیا را به گونه متفاوت با ناظر ساکن می بیند، زیرا سیستم مختصاتی متفاوت مکانی یا به زبان نسبیتی، "چارچوب مرجع" متفاوتی دارد.

مفهوم جدید نسبیت از دیدگاه انیشتین:

نسبیت انیشتین با نسبیت کلاسیکی فرق دارد. قبل از انیشتین مردم فکر می کردند زمان مطلق است یعنی یک ساعت بزرگ، زمان کل جهان را اندازه می گیرد؛ پس یک ساعت در زمین، همان زمان را در مریخ یا کهکشان دیگری خواهد داشت. اما در این مفهوم، مشکلی وجود دارد: در چارچوب زمان مطلق، سرعت نور نمی تواند ثابت باشد؛ (سرعت قابل اندازه گیری نور (یعنی c) که اولین بار به نسبیت گالیله اشاره داشت). این به معنای آن است که وقتی زمین با سرعت v می چرخد، نسبت به ناظری در بیرون، نور منتشر شده در جهت چرخش زمین باید سرعت c + v داشته باشد و نور منتشر شده در خلاف جهت چرخش زمین، با سرعت c – v حرکت خواهد کرد. در 1881 آ. مایکلسون آزمایشی انجام داد تا ثابت کند واقعیت چنین نیست. با کمک تجهیزاتی که با تغییر الگوهای تداخلی، اجازه اندازه گیری اختلاف دقایقی در سرعت نور می داد، مایکلسون متوجه شد که سرعت نور همواره یکسان است و هیچ وقت تغییر نمی کند. همین آزمایش بعدها توسط مایکلسون و ای.دبلیو. مورلی با دقت بیش تری دوباره انجام شد.

در 1905 نظریه نسبیت خاص انیشتین، قوانین درست فیزیک را برای اجسام سریع در هر دو مقیاس بزرگ و اتمی توصیف کرد.

دو اصل ثابت انیشتین:

• قوانین فیزیک در هر چارچوب مرجع لخت، ثابت هستند (لخت به معنای آن است که هیچ نیروی خارجی روی سیستم وارد نمی شود).

• سرعت نور در خلا صرف نظر از سرعت منبع و ساکن یا متحرک بودن ناظر، همواره مقدار ثابت c را دارد.

جمع نسبیتی سرعت ها:

در این قسمت می خواهیم راز ثابت ماندن سرعت نور در هر محیطی را صرف نظر از منبع نور یا ناظر نور کشف کنیم.

اگر ذره ای با سرعت v1 را از سفینه متحرکی با سرعت v2 بیندازیم، سرعت کلی Vtotal مشاهده شده از بیرون سفینه در چارچوب ناظر ساکن توسط فرمول زیر محاسبه می شود. v2 سرعت نسبی دو ناظر است. مقادیر + یا – برای v1 یا v2 به جهت آن ها وابسته است.