Relativiteitsbeginsel - Op grond van de electronentheorie van Lorentz, gebaseerd op de onderstelling van een stilstaanden aether, geen deel nemende aan de beweging der materie, moest een invloed waarneembaar zijn van de beweging der aarde om de zon op zekere optische verschijnselen, daarin bestaande, dat een interferentieverschijnsel op eenigszins verschillende wijze zou moeten worden waargenomen, al naar gelang de weg der lichtstralen evenwijdig loopt met de richting der beweging van de aarde om de zon, of loodrecht op deze richting staat. Proefondervindelijk bleek het Michelson echter, dat het verwachte effect niet aanwezig was. Gegrond op dit negatieve resultaat stelde Einstein in 1905 het postulaat, dat de physische verschijnselen onafhankelijk zouden zijn van de beweging van het stelsel, waarmede ze worden waargenomen. Dit postulaat draagt den naam r. Voorloopig nam Einstein het alleen aan van eenparig rechtlijnige bewegingen.
Volgens dit beginsel is het alleen mogelijk relatieve bewegingen van stelsels t. o. v. elkaar te constateeren; van een absolute eenparig rechtlijnige beweging van één der stelsels kan geen sprake zijn, evenmin van absolute rust. Zulks is in strijd met de onderstelling van Lorentz van een rustenden aether, t. o. waarvan absolute beweging zou zijn te constateeren. Om echter te geraken tot hetzelfde verloop der physische verschijnselen in twee zich t. o. v. elkaar bewegende stelsels, moesten de vergelijkingen, bij overgang van het eene stelsel op het andere, dezelfde gedaante behouden. In de vergelijkingen komen voor de coördinaten van de punten van het stelsel en de tijd. Ten einde nu voor alle verschijnselen dezelfde vergelijkingen te verkrijgen in beide stelsels, moest Einstein bij overgang van het eene stelsel tot het andere, behalve andere coördinaten, ook een anderen tijd invoeren. Bij een coördinatentransformatie, waarbij ook de tijd werd veranderd, bleek het Einstein mogelijk, een invarianten vorm te verkrijgen bij overgang van het eene stelsel op het andere, dat zich eenparig rechtlijnig t. o. v. het eerste beweegt.
Hiermede verviel het begrip van den absoluten tijd, in twee zich t. o. v. elkaar bewegende stelsels toch wordt de tijd op andere wijze geteld. Reeds door Newton was een relativiteitsbeginsel uitgesproken voor de mechanische verschijnselen, daarin bestaande, dat de beweging van de deelen van zeker stelsel onafhankelijk is van een eenparig rechtlijnige beweging van het geheele stelsel. Echter beperkt zich de hiervoor noodzakelijke transformatie der vergelijkingen, die de mechanische verschijnselen beheerschen, alleen tot de coördinaten, niet tot den tijd. Einstein toonde aan, dat bij uitbreiding van het r. tot alle physische verschijnselen ook een transformatie van den tijd noodzakelijk is. De theorie, gebaseerd op het hierboven geformuleerde r., dat alleen betrekking heeft op eenparig rechtlijnige bewegingen, wordt genoemd de speciale relativiteitstheorie. Mathematisch is deze theorie door Minkowski zeer elegant ingekleed door de invoering van de ruimtecoördinaten en den tijd in een vierdimensionale ruimte ; in deze ruimte wordt de plaats van een punt op zeker tijdstip door één punt aangegeven (wereldpunt), de opeenvolgende plaats-tijdstippen, die bij beweging van het punt worden ingenomen, vormen een lijn (wereldlijn).
De uitbreiding van het r. tot bewegingen van volkomen algemeen karakter werd door Einstein tot stand gebracht uitgaande van het z.g.n. aequivalentiebeginsel. Dit beginsel spreekt uit, dat het voor een waarnemer van physische verschijnselen volkomen gelijkwaardig is, of hij die verschijnselen waarneemt in een systeem, dat een eenparig versnelde rechtlijnige beweging heeft t. o. v. een ander systeem, of dat in het eerste systeem een uniform gravitatieveld bestaat. Op deze wijze gelukte het Einstein de gravitatie in verband te brengen met versnelde bewegingen van systemen t. o. v. elkaar. In den zooeven vermelden eenvoudigen vorm kan uit het aequivalentiebeginsel o. a. worden afgeleid, dat de lichtstralen in een gravitatieveld gekromd moeten zijn. Om het relativiteitsbeginsel voor willekeurig zich bewegende en versnelde systemen in verband te brengen met algemeene gravitatieverschijnselen moest Einstein ten slotte aannemen, dat de ruimte, waarin zich de physische verschijnselen afspelen, niet meer Euclidisch, doch gekromd is, waarbij de metrische eigenschappen bepaald worden door tien gravitatiepotentialen. De kromming der ruimte is alleen dan nul, wanneer er geen gravitatieveld is. ‘Op deze wijze gelukte het Einstein de vergelijkingen, die de physische verschijnselen beheerschen, in een vorm te kleeden, die algemeen covariant is bij overgang van één systeem tot een ander, dat zich op willekeurige wijze t. o. v. het eerste beweegt. Alleen bij eenparig rechtlijnige beweging heeft deze transformatie plaats zonder invoering van een gravitatieveld en kunnen de ruimten Euclidisch blijven. In het algemeen is zulks echter niet meer het geval (algemeene relativiteitstheorie).
Wat de massa betreft, stelt de relativiteitstheorie van Einstein voorop, dat de graviteerende (zware) massa steeds dezelfde is als de trage massa, een feit, door de proeven van Eötvös met groote nauwkeurigheid bevestigd ; uit deze gelijkheid volgt dezelfde waarde voor de versnelling der zwaartekracht voor alle stoffen. Uit de theorie van Einstein volgt, dat aan de energie massa moet worden toegekend en de massa van een lichaam dus verandert met zijn energieïnhoud.
Er zijn betrekkelijk weinig mogelijkheden om de theorie van Einstein aan het experiment te toetsen. In de eerste plaats moeten de loopbanen van lichamen onder invloed der zwaartekracht eenigszins anders worden dan bij de theorie van Newton, vooral wanneer het veld der zwaartekracht sterk is. Einstein heeft op deze wijze de beweging van het perihelium van de loopbaan van Mercurius om de zon, welke beweging nog steeds onverklaard was, berekend. Hier heeft dus de relativiteitstheorie een experimenteel waargenomen feit verklaard. Verder moet de stand van sterren in de buurt der zon eenigszins worden gewijzigd door de afwijking, die lichtstralen moeten ondergaan in een gravitatieveld.
Deze wijziging is inderdaad geconstateerd ter gelegenheid van de in 1919 waargenomen zoneclips. Voorts moeten de spectraallijnen door een in een gravitatieveld geplaatste lichtbron eenigszins naar rood zijn 1 verschoven t. o. v. de lijn, uitgezonden door een lichtbron zonder gravitatieveld. Dientengevolge zouden alle spectraallijnen op de zon eenigszins naar het rood verschoven moeten zijn. Met zekerheid is dit nog niet geconstateerd. Tenslotte is ook een massaverandering bij verandering van den energieinhoud van lichamen, eveneens een volgens het r. te verwachten effect b.v. bij radioactieve en chemische processen, nog niet boven allen twijfel verheven, al is het effect ook zeer waarschijnlijk.
