Es gibt keine „Relativitätstheorie“ – nur zwei Theorien, die beide gelegentlich unter die gleiche Bezeichnung fallen – die spezielle Relativitätstheorie und die allgemeine Relativitätstheorie. Beide wurden von dem berühmten Physiker Albert Einstein zwischen 1905 und 1915 entwickelt. Beide Theorien stellten Newtons klassische Mechanik auf den Kopf, die Jahrhunderte zuvor bestanden hatte.
Die spezielle Relativitätstheorie ist eine Theorie über den Aufbau der Raumzeit, die behauptet, dass 1) die Gesetze der Physik für alle sich relativ zueinander bewegenden Beobachter gleich sind und 2) die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für alle gleich ist alle Beobachter, unabhängig von ihrer Bewegung der Bewegung der Lichtquelle. Dies führt zu bizarren Konsequenzen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie fahren mit einem Zug mit 100 km/h neben einem anderen Zug, der mit 100 km/h in die gleiche Richtung fährt. Aus deiner Perspektive sieht der Zug neben dir fast still aus. Aber stellen Sie sich vor, Sie wären in einem Zug, der sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, neben einem Lichtstrahl. Anstatt dass der Lichtstrahl so aussieht, als würde er still stehen, bewegt er sich mit Lichtgeschwindigkeit vor Ihnen her. Licht ist so seltsam.
Einige der Konsequenzen, die sich aus der speziellen Relativitätstheorie ergeben, sind 1) Zeitdilatation (Uhren, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, arbeiten langsamer als stationäre Uhren), 2) Längenkontraktion (Objekte, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, erscheinen in Bewegungsrichtung), 3) Relativität der Gleichzeitigkeit (Dinge, die einem stationären Beobachter A gleichzeitig zu passieren scheinen, können einem bewegten Beobachter B zu unterschiedlichen Zeiten passieren), 4) Masse-Energie-Äquivalenz (Masse und Energie sind im Wesentlichen dasselbe und ineinander umwandelbar).
Die Allgemeine Relativitätstheorie, die wenige Jahre nach der Speziellen Relativitätstheorie konzipiert wurde, ist eine Theorie über die Funktionsweise der Gravitation. Es basierte zunächst auf dem Äquivalenzprinzip, der Idee, dass Beschleunigung und Stillstand in einem Gravitationsfeld einer bestimmten Stärke physikalisch identisch sind. Da keine besondere Kraft erforderlich ist, um Trägheitseffekte in einem sich beschleunigenden Objekt zu erzeugen, schlug Einstein vor, dass wir die Gravitation genauso betrachten sollten, den klassischen Begriff der Gravitationskraft aufgeben und stattdessen die Gravitation als Kurven in der Raumzeit auffassen sollten. Dies erklärt Phänomene wie, warum sich Licht in Gegenwart eines Gravitationsfeldes biegt, obwohl es keine Masse hat.
Die Allgemeine Relativitätstheorie liefert Erklärungen und macht Vorhersagen, die im Weltbild der klassischen Mechanik lächerlich erschienen wären. Abgesehen von der leichten Biegung in Anwesenheit eines Gravitationsfeldes sagt es voraus, dass die Zeit in Anwesenheit eines Gravitationsfeldes langsamer vergeht, Planetenbahnen aufgrund des vom Gravitationsfeld der Sonne ausgeübten Drehmoments präzedieren (ändern), Frame-Draging auftritt, wodurch massive rotierende Körper „ziehen“ den Trägheitsrahmen der umgebenden Raumzeit mit sich herum und dass sich das Universum ausdehnt, in einigen Fällen schneller als die Lichtgeschwindigkeit, weil sich der Raum selbst ausdehnt, nicht die Objekte darin.
Die Entschlüsselung der Implikationen dieser Theorien dauerte Jahrzehnte und dauert bis heute an. Einsteins Theorien waren so zukunftsweisend, dass es Jahrzehnte dauerte, sie mit großer Präzision zu testen und zu bestätigen. Im Nachhinein wurden Einsteins Ideen fast vollständig bestätigt.