วันนี้ เมื่อ 118 ปีก่อน ‘อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์’ นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ เผยแพร่บทความ ‘On the Electrodynamics of Moving Bodies’ ซึ่งนำเสนอ ‘ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ’ (The Special Theory of Relativity)

บทความ ‘On the Electrodynamics of Moving Bodies’ ซึ่งนำเสนอ ‘ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ’ (The Special Theory of Relativity) ของ ‘อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์’ เป็นการรวมกลศาสตร์ดั้งเดิมเข้ากับ electrodynamics ของ Clark Maxwell โดยกล่าวถึงการเคลื่อนที่ของสิ่งต่างๆ ในมิติของเวลา, สถานที่ และทิศทาง ต่อมาได้กล่าวถึงมวลสารที่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ และพลังงานก็สามารถเปลี่ยนเป็นมวลสารได้ หรือมวลสารกับพลังงาน คือ ‘สิ่งเดียวกัน’ (mass and energy equivalent) ดังสมการที่ลือชื่อ คือ ‘E=mc2’ เมื่อ E เป็น พลังงาน m คือ มวลที่มีหน่วยเป็นกรัม c คือ ความเร็วของแสง มีหน่วยเป็นเซนติเมตรต่อวินาที

‘ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ’ (Special Relativity) จะเกี่ยวข้องกับระบบที่มีความเร็วคงที่คือเป็น ระบบที่ไม่มีความเร่ง การอธิบายทฤษฎีนี้อย่างง่ายที่สุดก็เปรียบเทียบให้เห็นว่า เมื่อเรารู้สึกว่าทุกสิ่งกำลังหยุดนิ่งหรือมีความเร็วที่เท่ากัน เราไม่สามารถบอกได้ว่าสิ่งใดกำลังเคลื่อนที่ เช่น โลกหมุนรอบตัวเองและรอบดวงอาทิตย์ เรายังรู้สึกว่าทุกสิ่งกำลังอยู่กับที่ แต่ที่จริงสิ่งที่เรานึกว่า หยุดอยู่กับที่กลับเคลื่อนที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Relativity) ถูกเสนอขึ้นในปี พ.ศ.2448 (ค.ศ.1905) โดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในบทความของเขา ‘เกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้าของวัตถุซึ่งเคลื่อนที่ (On the Electrodynamics of Moving Bodies)’ 

สามศตวรรษก่อนหน้านั้น หลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอกล่าวไว้ว่า การเคลื่อนที่ ด้วยความเร็วคงที่ทั้งหมดเป็นการสัมพัทธ์ และไม่มีสถานะของการหยุดนิ่งสัมบูรณ์และนิยามได้ คนที่อยู่บนดาดฟ้าเรือคิดว่าตนอยู่นิ่ง แต่คนที่สังเกตบนชายฝั่งกลับบอกว่า ชายบนเรือกำลังเคลื่อนที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์รวมหลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอเข้ากับสมมติฐานที่ว่า ผู้สังเกตทุกคนจะวัดอัตราเร็วของแสงได้เท่ากันเสมอ ไม่ว่าสภาวะการเคลื่อนที่เชิงเส้นด้วยความเร็วคงที่ของพวกเขาจะเป็นอย่างไร

ทฤษฎีนี้มีข้อสรุปอันน่าประหลาดใจหลายอย่างซึ่งขัดกับสามัญสำนึก แต่สามารถพิสูจน์ได้ด้วยการทดลอง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษล้มล้างแนวคิดของสเปซสัมบูรณ์และเวลาสัมบูรณ์ของนิวตันโดยการยืนยันว่า ระยะทางและเวลาขึ้นอยู่กับผู้สังเกต และเวลากับสเปซนั้นถูกรับรู้ต่างกันไปขึ้นอยู่กับผู้สังเกต มันนำมาซึ่งหลักการสมมูลของสสารและพลังงาน ซึ่งสามารถแสดงเป็นสมการชื่อดัง ‘E=mc2’ เมื่อ c คือ อัตราเร็วของแสง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษสอดคล้องกับกลศาสตร์นิวตันในสำนึกทั่วไป และในการทดลองเมื่อความเร็วของสิ่งต่างๆ น้อยมาก เมื่อเทียบกับอัตราเร็วแสง

ทฤษฎีนี้เรียกว่า ‘พิเศษ’ เนื่องจากมันประยุกต์หลักสัมพัทธภาพกับกรอบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น ไอน์สไตน์พัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยประยุกต์หลักสัมพัทธภาพให้ใช้ทั่วไปกล่าว คือ ใช้ได้กับทุกกรอบอ้างอิง และทฤษฎีดังกล่าวยังรวมผลของความโน้มถ่วง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้รวมผลของความโน้มถ่วง แต่มันสามารถจัดการกับความเร่งได้ ถึงแม้ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพจะทำให้เกิดการสัมพัทธ์กันของปริมาณบางอย่าง เช่น เวลาซึ่งเรามักคิดว่าเป็นปริมาณสัมบูรณ์ เนื่องจากประสบการณ์ในชีวิตประจำวัน ถึงกระนั้น มันก็มีปริมาณบางอย่างที่เป็นปริมาณสัมบูรณ์ทั้งๆ ที่เราคิดว่ามันน่าจะเป็นปริมาณสัมพัทธ์ กล่าวให้ชัดคือว่า อัตราเร็วของแสงจะเท่ากันสำหรับทุกผู้สังเกต แม้ว่าพวกเขาจะเคลื่อนที่สัมพัทธ์กันก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพแสดงให้เห็นว่า c ไม่ใช่แค่ความเร็วของปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ‘แสง’ เท่านั้น แต่ยังเป็นค่าพื้นฐานที่เชื่อมสเปซกับเวลาเข้าด้วยกัน กล่าวโดยเจาะจงคือว่า “ทฤษฎีสัมพัทธภาพยืนยันว่า ไม่มีวัตถุใดเคลื่อนที่เร็วเท่ากับแสงได้”