La teoria della relatività formulata da Albert Einstein, prima nella sua versione ristretta e poi in quella generale, ha modificato profondamente la teoria della relatività galileiana e ha cambiato il nostro concetto di tempo e di spazio. Per quanto sorprendenti, le previsioni di Einstein hanno ottenuto numerose conferme Einstein formulò una nuova teoria della relatività basata su due principi: il primo è che le leggi della fisica non cambiano quando si passa da un riferimento inerziale a un altro; il secondo è che la velocità della luce nel vuoto, indicata con c (vale circa 300.000 km/s), è la stessa per qualsiasi osservatore, fermo o in movimento, è indipendente dalla velocità della sorgente ed è la massima velocità raggiungibile. Le conseguenze di questa affermazione hanno cambiato radicalmente i nostri concetti di tempo e spazio; vediamo perché. 

Si immaginiamo di essere il passeggero di un treno fermo in stazione e di osservare dal finestrino un altro convoglio che attende di partire sul binario vicino. A un tratto ci accorgiamo che questo secondo treno si sta allontanando. D’istinto, per essere certi che sia l’altro treno a muoversi e non il nostro, cercheremo un riferimento sulla cui immobilità non abbiamo dubbi, per esempio il marciapiede della stazione o un cartello segnaletico. Ma se fosse notte e fosse visibile solo l’altro convoglio e non la stazione? In quel caso non sarebbe affatto facile stabilire quale dei due treni è partito: il moto non è un concetto valido in senso assoluto, ma è sempre relativo all’osservatore che lo considera. 

Per studiare un corpo in movimento dobbiamo munirci di un metro e di un orologio, scegliere un punto di riferimento e una terna di assi orientati nello spazio che partono dal punto, rispetto ai quali misurare le distanze; dobbiamo infine stabilire un istante iniziale rispetto a cui misurare gli intervalli di tempo. Per il passeggero che vuole capire se il suo treno è partito o meno, la stazione è un buon riferimento, ma se dovesse descrivere il movimento di una biglia che rotola sul pavimento del vagone su cui viaggia troverebbe molto più comodo scegliere un riferimento fermo rispetto al pavimento. 

empre alla relatività dobbiamo l’equazione più famosa della fisica: E = mc²