Görelilik Kuramı
Einstein tarafından geliştirilen, uzay, zaman ve madde kuramı.

Rölativite ya da izafiyet teorisi de denir. İki bölümden oluşur. 1905'te yayımlanan ilk bölümü (özel görelilik kuramı), Michelson-Morley deneyinin sonuçlarını açıklamaya yönelikti.

Bu deney, ışık hızının dünyanın dönüşü yönünde ölçülmesiyle buna dik bir doğrultuda ölçülmesi arasında herhangi bir ölçüm farkı olmadığını ortaya koymaktaydı.

Bu gözlem, klasik fiziğin bağıl hız anlayışıyla uyuşmuyordu. Klasik fiziğe göre, sabit bir noktaya (gözlemciye) göre A ve B noktalarının hızı VA ve VB, A noktasının B'ye göre hızı (bağıl hızı) da VAB ise, bu üç hız arasında VAB = VA - VB bağıntısı vardır. Einstein doğa yasalarının, birbirlerine göre düzgün hareket hâlindeki tüm referans sistemleri için aynı olduğunu ve ışık hızının (c) tümünde aynı olduğunu varsaydı. Bu yasa, sabit hızla hareket eden tüm cisimler için geçerlidir. A ve B'nin hızları ışık hızına oranla küçükse, Einstein'in bağıntısı klasik fiziğin bağıntısına indirgenir. Ancak ışık hızına yaklaşıldığında, sonuç çok farklıdır. Örneğin VA ışık hızına eşit olduğunda, VAB de ışık hızına eşit olur. Bunun önemli sonuçları vardır: Birincisi, bir referans sisteminde hareketsiz hâlde olan bir cismin boyu, bu referans sistemine göre hareketlilik kazanan bir başka referans sistemindeki biri için kısalmış olacaktır (Lorentz-Fitzgerald kısalması). Örneğin aralarındaki bağıl hızı 0,8c ise, 1 metrelik bir uzunluk 60 santimetre görünecektir.

İkinci bir sonuç ise, hız ile birlikte kütlenin artmasıdır. Boyca kısalma gibi, kütle artışı da küçük hızlar için ihmal edilebilirse de ışık hızına yakın hızlar için durum çok farklıdır. Örneğin hidrojen atomunun çekirdeği çevresinde dolanan elektronun ortalama hızı 0,1c'dir. Bunun, elektron kütlesinde meydana getirdiği artış, yörüngesinin, çekirdek etrafında presesyon hareketi yapmasına neden olur. Hıza bağlı olarak kütle artışı doğrudan doğruya E=mc2 denklemini verir. Burada, E, m kütlesine ilişkin enerjidir. Böylece kütlenin, enerjinin bir biçimi olduğu ve yok edilmesi hâlinde enerji açığa çıkacağı gösterilmiş olmaktadır. Özel görelilik kuramının bir başka sonucu da zaman gecikmesidir. Buna göre, birbirlerine göre sabit hızla hareket etmekte olan iki gözlemcinin saatleri, birbirlerine göre geri kalmış görünecektir.

Özel görelilik kuramının matematik formülasyonunu Minkowski yapmıştır (Minkowski uzay-zamanı). Özel görelilik kuramı, sabit hızla hareket eden, yani ivmesiz referans sistemleri için geçerlidir. Kuramın 1915'te yayımlanan ve genel görelilik kuramı olarak bilinen ikinci bölümü, ivmeli referans sistemlerinin bağıl hareketini ele alır. İvmeli referans sistemlerinde merkezcil ve Coriolis kuvvetleri gibi zahiri kuvvetler gözlenir. Bunların zahiri kuvvetler olarak adlandırılması, gözlemcinin ivmesiz bir sisteme geçmesi hâlinde bu kuvvetlerin ortadan kalkmasından dolayıdır. Örneğin sabit hızla bir viraj almakta olan otomobildeki gözlemci, araçtaki eşyaların dışa doğru itildiğini gözler. Araç dışındaki bir gözlemci ise, bunu, doğrudan doğruya, eşyaların düz bir çizgi boyunca hareketlerini sürdürme eğilimi olarak algılar. Eşyaların eylemsizliği, zahiri bir kuvvet olarak görünür ve gözlemci, ivmeli ve ivmesiz referans sistemleri arasındaki farkı ayırt edebilir. Ayrıca, araç içindeki gözlemci için, kütleleri ne olursa olsun, araçtaki tüm eşyaların ivmesi aynıdır. Bu, ivmeli sistemlerde oluşan zahiri kuvvetler ile, ivmenin kütleden bağımsız olduğu yerçekimine bağlı kuvvetler arasında bir bağlantı bulunduğunu gösterir. Örneğin uzayda, güçlü çekim alanlarının yokluğunda, kendi ekseni çevresinde dönen kapalı bir uzay aracındaki gözlemci, ayaklarını "yere" bastıran kuvvetlerin çekim kuvvetleri mi, merkezkaç kuvvetleri mi olduğunu ayırt edemeyecektir. Bu, matematiksel olarak Riemann uzay-zamanı ile ifade edilen eşdeğerlik ilkesine ve dolayısıyla eylemsizlik kütlesiyle çekim kütlesinin aynı şey olduğu sonucuna yol açar.

Genel görelilik kuramının bir başka ilkesi de mekanik yasalarının ivmeli ve ivmesiz referans sistemlerinde aynı olduğudur. Genel görelilik kuramının öngörüleri, Newton'unkilere çok yakın sonuçlar vermiştir ve bu kuram daha çok, gökbilim alanında denenip incelenmiştir. Örneğin Merkür'ün günberisindeki kayma, büyük cisimlerin yakınında ışık ışınlarının eğilmesi ve Einstein kayması (bir yıldız tayfında, yıldızın çekim alanından dolayı meydana gelen hafif kırmızıya kayma) bu kuramla açıklanır. Newton'un çekim kuramına göre, iki cismin birbirlerine göre eğri yörüngelerde hareket etmesi, aralarındaki etkileşimden ötürüdür. Genel görelilik kuramı ise bu olguyu doğrudan doğruya uzayın geometrik özelliklerine bağlar. Nükleer ve elektromanyetik etkileşimlerin de uzay zamanının geometrik özelliklerinden kaynaklandığı birleştirilmiş bir alan kuramı oluşturma yönündeki çabalar ise henüz başarıya ulaşamamıştır. Böyle bir kuram oluşturulduğunda çekim, elektromanyetik ve nükleer alanların özellikleri tek bir denklem takımıyla ifade edilebilecektir. Böyle bir kuramın geliştirilip geliştirilemeyeceği ya da evrenin, günümüz fizik kavramlarıyla oluşturulacak tek bir çözümleme kapsamına sığdırılıp sığdırılamayacağı henüz bilinmemektedir.