Teorya ng natatanging relatibidad

Layunin para sa teoriya ng natatanging relatibidad

Ipinakilala ni Galileo ang prinsipyo ng relatibidad. Itinumba ang makalumang pananaw ni Aristoteles, pinaniniwalaan nito na ang mosyon, o kahit man lamang unipormadong mosyon sa tuwid na linya, ay may kahulugan lamang kung may kaugnayan sa iba, at walang ganap na kayariang pangsanggunian na kung saan lahat ay maaring masukat. Ipinalagay din ni Galileo ang isang set ng mga transpormasyong tinatawag na mga transpormasyong Galilyano, kung saan parang nasa sentido kumon ngayon. Gumawa si Galileo ng limang batas ng mosyon. Tinanggap ni Newton ang prinsipyo ng relatibidad nang gumawa siya ng mas maayos na set, na naglalamn ng tatlong batas ng mosyon.
Habang ang mga ito ay tila naaangkop nang mabuti sa pang-araw-araw na pangyayari kaugnay ng mga bagay na solido, nawawalang-katiyakan naman pagdating sa liwanag. Pinaniniwalaan ni Newton na korpuskular ang liwanag ngunit nalaman ng mga pisiko, nang lumaon, na mas angkop ang modelong along traberso ng liwanag. Tinawag na eterong liminiperoso (luminiferous aether) ang hypotetikong midyum na ito. Tila mayroon itong magkakasalungat na mga katangian, gaya ng pagiging ubod ng tigas upang maisaalang-alang ang mabilis na bilis ng liwanag, kasalungat ang pagiging insubstantial upang hindi mapabagal ang Mundo habang dumadaan ito. Tila ipinakilala muli ng ideya ng etero ang ideya ng absolutong kayarian ng reperensiya, nakapirme ang isa kung isaalang-alang ang etero.
Sa simula ng ika-19 siglo, nagsimulang maunawan ang liwanang, elektrisidad, at magnetismo bilang aspeto ng kalatagang elektromagnetiko (electromagnetic field). Ipinapakita ng mga ekwasyon ni Maxwell na nakakapagdulot ng radyasyong elektromagnetiko ang pagkakaroon ng akselerasyon o pagbilis ng isang kargang kung saan laging kumikilos sa bilis ng liwanag. Ipinapakita ng mga ekwasyonng hindi nagbabago ayon sa bilis ng pinagmumulan ang bilis ng radyasyon. Ito ay magkakatulad at hindi nagbabago sa mga analohiya ng sa mga along mekanikal. Marahil, gayun pa man, magbabago ang bilis ng radyasyon ayon sa bilis ng tagamasid. Sinikap na gamitin ng mga pisiko ang ideyang ito upang masukat ang bilis ng Mundo batay sa etero. Ang eksperimentong Michelson-Morley ang pinakatanyag na pagtatangka. Habang naging kontrobersiyal sa maikling panahon ang mga eksperimento, isang konsensus o pagkakasundo ang lumitaw na hindi nagbabago ang bilis ng liwanag ayon sa bilis ng tagamasid, at dahil — ayon sa mga ekwasyon ni Maxwell — hindi ito nagbabago ayon sa bilis ng pinagmumulan, kinakailangang maging inbaryante sa lahat ng tagamasid ang bilis ng liwanag.
Bago ang espesyal na relatibidad, napuna na nina Hendrik Loretz at iba pa na nagbabago ang mga puwersang elektromagnetiko depende sa posisyon ng tagamasid. Halimbawa, maaring walang makitang kalatagang magnetiko ang isang tagamasid sa isang partikular na rehiyon habang maari naman sa isa na kumikilos kaugnay sa una. Nagmungkahi si Lorentz ng isang teyoriyang pang-etero kung saan ang mga bagay at tagamasid na kumikilos kaugnay sa di-kumikilos na etero ay magbabago sa pisikal na haba (kontraksiyong Lorentz-Fitzgerald) at magbabago sa rasyong temporal (pagbuka ng panahon). Pinapahintulutan nito ang lumitaw sa panahong iyon ng pagkakasundo ng electromagnetiks at pisikang Neyutonyano sa pamamagitan ng pagpapalit sa mga transpormasyong Galileyano. Kung mas mabagal ang mga belosidad na kasangkot sa bilis ng liwanag, magpapapayak sa mga transpormasyong Galilyano ang lalabas na mga batas. Binatikos, pati na si Lorentz pa mismo, ang teorya, kilala bilang Teoriyang Etero ni Lorentz (Lorentz Ether Theory, o LET), dahil sa ad hoc na kalikasan nito.
Habang minungkahi ni Lorentz ang mga ekwasyon pangtranspormasyon ni Lorentz, ang mga kontribusyon naman ni Einstein ay, kasama ng iba pang bagay, natamo ang mga ekwasyong ito mula sa mas pundamental na teorya, isang teorya na hindi nangangailangan ng pagkakaroon ng isang etero. Gustong malaman ni Einstein kung ano ang inbaryante (pareho) sa lahat ng tagamasid. Sa ilalim ng espesyal na relatibidad, ang tila komplikadong mga transpormasyon nina Lorentz at Fitzgeral ay natamo mula sa payak na heyometriya at ng teyorem na Pitagoryano. Ang orihinal na pamagat ng kanyang teorya ay Teoriya ng mga Inbaryante o Magkakapareho (hango sa "Theory of Invariants", Ingles na sinalin mula sa wikang Aleman). Si Max Planck ang nagmungkahi sa katawagang "relatibidad" (o "relativity," pagiging kaugnay) upang idiin ang paniwala ng pagkakaroon ng transpormasyon ng batas ng pisika sa pagitan ng mga tagamasid na kumikilos na may kaugnayan o may relasyon (may relatibidad) sa isa't isa.
Karaniwang inaalala ng espesyal na relatibidad ang galaw ng mga bagay at tagamasid na nanatiling nakatigil o kumikilos sa isang di-nagbabagong belosidad. Sa kasong ito, masasabing nasa inersyal na kayariang ng sanggunian (inertial frame of reference) ang tagamasid. Maaring gawin ang paghahambing sa posisyon at oras ng mga pangyayari na nairekord ng ibang inersiyal na tagamasid sa pamamagitan ng paggamit ng mga ekwasyong pangtranspormasyon ni Lorentz. Ang karaniwang maling pahayag tungkol sa relatibidad ang SR ay hindi maaaring gamitin upang hawakan ang kaso ng mga bagay at tagamasid na nasa ilalim ng akselerasyon (mga hindi inersyal na mga kayariang sanggunian) ngunit hindi ito totoo. Isang halimbawa, tingnan ang problemang "kuwitis na relatibistiko" (relavistic rocket). Kayang tiyakin nang tama ng SR ang galaw ng mga bumubulis na mga bagay o katawan sa pagkakaroon ng di-nagbabago o kawalan ng mga grabistasyonal na mga kalatagan (zero gravitational field), o iyong mga nasa umiikot na kayaraing sanggunian (rotating reference frame). Wala itong kakayahang ilarawan ng tamang-tama ang kilos sa ilalim ng nagbabagong mga kalatagang grabitasyonal.