Специальная теория относительности (СТО) - фундаментальная физическая теория пространственно-временных свойств всех физических процессов - создана в начале XX века трудами А. Эйнштейна, Г. Лоренца, А. Пуанкаре и Г. Минковского.

Основой СТО явились представления о свойствах пространства, времени и движения, разработанные в классической механике Галилеем и Ньютоном, но углублённые и в ряде положений существенно изменённые и дополненные Эйнштейном в связи с теми экспериментальными фактами, которые были обнаружены в физике к концу XIX столетия при изучении электромагнитных явлений.

Ещё в 1636 г. Галилей сформулировал следующий принцип относительности: во всех инерциальных системах отсчета законы механики одинаковы. Этот принцип требует, чтобы механические уравнения движения (уравнения Ньютона) имели одинаковый вих во всех инерциальных системах координат.

Пусть (x, y, z) и (x^ў, y^ў, z^ў) - координаты частицы в системах S и S^ў соответственно, при чем S^ў движется вдоль оси x со скоростью V относительно системы S (см. Рис. 1). Преобразования Галилея, связывающие "штрихованные" и "нештрихованные" координаты частицы, имеют вид

Рис. 1

Скорости частицы (их проекции на оси координат) в двух системах отсчета связаны соотношениями

Для электрически заряженных частиц переносчиком взаимодействия является электромагнитное поле. К концу прошлого века было установлено, что переменное поле - электромагнитная волна - распространяется в вакууме со скоростью света c = 3·10⁸м/с. (Более точное значение: c = 299 792 458 м/c). С другой стороны, оказалось, что уравнения Максвелла - уравнения, которым подчиняется электромагнитное поле, не сохраняют свой вид при преобразованиях Галилея (1). Это могло означать, что эти уравнения справедливы только в одной выделенной системе отсчета, покоящейся относительно некоторой среды, так называемого эфира. Согласно формулам (2) скорость света должна тогда быть разной в разных инерциальных системах отсчета и, проведя оптические измерения, можно, в принципе, определить абсолютную скорость движения Земли.

Однако все попытки измерить скорость Земли относительно эфира оказались безуспешными. Более того, из анализа интерференционного опыта А. Майкельсона 1881 года (принципиальная схема которого изображена на Рис. 2), следовало, что с большой точностью скорость Земли относительно эфира равна нулю. Тем самым Земля становилась уникальным телом - центром Вселенной, что решительно противоречило астрономическим данным.

Идея опыта Майкельсона - Морли состоит в сравнении прохождения светом двух путей, один из которых совпадает с направлением предполагаемого движения Земли в эфире, а другой ему перпендикулярен. Монохроматический луч света из источника S падает на полупрозрачную пластину A, распложенную под углом 45^o. Здесь луч разделяется на два, колебания векторов напряженности поля в которых происходят синхронно. От зеркал M₁ и M₂ лучи отражаются и пройдя сквозь полупрозрачную пластину A, собираются в интерферометре. Расстояния от пластины A до зеркал выбираются равными. Разность хода лучей должна определяться различием в скорости распространения света в направлении движения Земли

(c ±u), для поперечного направления скорость равна c. Точность выполненного эксперимента позволяла обнаружить предполагаемую скорость Земли относительно "эфира" u» 0,5км/c. ( Для сравнения - орбитальная скорость Земли V ~ 32км/c.)

Для того, чтобы преодолеть эту трудность, теоретиками было предложено несколько искусственных моделей, в которых "эфирный ветер" становился ненаблюдаем.

Альберт Эйнштейн первый осознал, что гипотеза эфира является лишней и должна быть отброшена, как пережиток старых механистических воззрений. В статье "К электродинамике движущихся сред" (фотография обложки журнала, в котором в 1905 году была опубликована эта знаменитая статья и её первая страница показаны на Рис. 3), Эйнштейн впервые с единой точки зрения рассмотрел частицы и поля.