Teori relativitas adalah teori relativitas umum dan relativitas khusus yang diciptakan Albert Einstein. Kedua teori ini diciptakan untuk menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik tidak sesuai dengan teori gerakan Newton. Gelombang elektromagnetik dibuktikan bergerak pada kecepatan yang konstan, tanpa dipengaruhi gerakan sang pengamat. Inti pemikiran dari kedua teori ini adalah bahwa dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan mendapatkan waktu dan interval ruang yang berbeda untuk kejadian yang sama, tetapi isi hukum fisika akan terlihat sama oleh keduanya. Fisikawan Einstein menjelaskannya dalam dua teori. Yang pertama, relativitas khusus adalah teori mengenai struktur ruang-waktu. Diperkenalkan oleh Einstein melalui karyanya tahun 1905, Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak (untuk kontribusi fisikawan lainnya lihat Sejarah relativitas khusus). Relativitas khusus menunjukkan bahwa jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan lembam dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam. Teori relativitas menyebabkan perubahan persepsi terhadap hal-hal yang kita alami tiap harinya, seperti relativitas kecepatan, pemuaian waktu, kontraksi Lorentz, serta relativitas massa dan energi. 1. Relativitas Kecepatan Jika ada sebuah pesawat (acuan O’) yang bergerak dengan kecepatan v terhadap bumi (acuan O) dan pesawat melepaskan bom (benda) dengan kecepatan tertentu, kecepatan bom tidaklah sama jika dilihat oleh orang di Bumi dan orang di pesawat. Kecepatan relatif memiliki persamaan seperti berikut. vx = kecepatan benda relatif terhadap pengamat diam (m/s) v’x = kecepatan benda relatif terhadap pengamat bergerak (m/s) v = kecepatan pengamat bergerak (O’) relatif terhadap pengamat diam (O) c = kecepatan cahaya (3×108 m/s) 2. Pemuaian Waktu Pemuaian atau dilatasi waktu adalah perbedaan selang waktu yang diamati oleh pengamat diam dan selang waktu yang diamati oleh pengamat bergerak dengan kecepatan v. Pemuaian waktu dapat dirumuskan sebagai berikut. Δt = selang waktu yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v Δt0 = selang waktu yang diamati pengamat diam v = kecepatan pengamat 3. Kontraksi Lorentz Menurut teori relativitas, ruang dan waktu tidaklah konstan. Karena itu, benda yang memiliki panjang L0 akan teramati sebesar L oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan benda tersebut dengan kecepatan v. Semakin besar kecepatan pengamat, semakin pendek pula benda akan terlihat dari panjang aslinya. Kontraksi Lorentz dapat dirumuskan sebagai berikut. L = panjang benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v L0 = panjang benda yang diamati pengamat diam v = kecepatan pengamat 4. Relativitas Massa dan Energi Sama seperti ruang dan waktu, massa benda yang diamati pengamat diam akan berbeda dengan massa benda yang diamati oleh pengamat bergerak dengan kecepatan v. m = massa benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v m0 = massa benda yang diamati pengamat diam v = kecepatan pengamat Dalam mekanika relativistik, energi benda bermasa m0 (keadaan diam) dengan kecepatan v dapat dirumuskan sebagai berikut. Energi total benda yang bermassa dapat diperoleh dengan rumus berikut. E = E0 + Ek , di mana E0 adalah energi diam (E = m0c2) Berdasarkan penjabaran di atas, benda yang memiliki massa m memunyai energi sebesar: E=mc2 Persamaan tersebut merupakan salah satu rumus yang paling dikenal hingga saat ini. Rumus ini pulalah yang menjadi dasar bagi pengembangan bom nuklir karena massa diasumsikan sebagai bentuk energi yang terkonsentrasi, sehingga dapat berubah bentuk, terutama dengan reaksi berantai nuklir (nuclear chain reaction). Teori Relativitas Umum Teori relativitas umum berhubungan dengan teori gravitasi yang dinyatakan oleh Newton. Newton menyebut bahwa gravitasi adalah gaya yang tidak tampak yang menarik objek satu sama lain. Tapi lewat teorinya, Einstein berpendapat bahwa gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa suatu benda. Kelengkungan tersebut berefek pada waktu: semakin besar gravitasi, semakin lambat waktu akan berjalan di lengkungan ruang-waktu tersebut.
