Die Spezielle Relativitätstheorie, 1905 von Albert Einstein in seiner Arbeit "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" veröffentlicht, revolutionierte das Verständnis von Raum, Zeit und Masse. Sie befasst sich mit der Bewegung von Körpern und der Ausbreitung von Licht in Inertialsystemen, also Bezugssystemen, die sich relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit bewegen und nicht beschleunigt werden. Die Theorie basiert auf zwei fundamentalen Postulaten, die im Widerspruch zur klassischen Newtonschen Mechanik standen und zu einer völlig neuen Sichtweise physikalischer Phänomene führten.

Das erste Postulat ist das Relativitätsprinzip, welches besagt, dass die Gesetze der Physik in allen Inertialsystemen dieselbe Form haben. Dies bedeutet, dass es kein bevorzugtes oder absolutes Inertialsystem gibt, und alle physikalischen Experimente in einem sich gleichförmig bewegenden System zu denselben Ergebnissen führen wie in einem ruhenden System. Das zweite und vielleicht revolutionärste Postulat ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Es besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für alle Beobachter gleich ist, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle oder des Beobachters. Diese Annahme war revolutionär, da sie die klassische Vorstellung der Addition von Geschwindigkeiten aufhob.

Aus diesen beiden Postulaten ergeben sich eine Reihe bemerkenswerter Konsequenzen, die der Alltagserfahrung widersprechen, aber durch Experimente vielfach bestätigt wurden. Eine der bekanntesten ist die Zeitdilatation, bei der bewegte Uhren für einen ruhenden Beobachter langsamer gehen als ruhende Uhren. Je schneller sich ein Objekt bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit für es. Eng damit verbunden ist die Längenkontraktion, die besagt, dass die Länge eines Objekts in Bewegungsrichtung für einen ruhenden Beobachter kürzer erscheint, je schneller es sich bewegt. Ein weiteres Phänomen ist die Relativität der Gleichzeitigkeit: Ereignisse, die für einen Beobachter gleichzeitig sind, müssen dies für einen anderen Beobachter, der sich relativ dazu bewegt, nicht sein.

Eine der berühmtesten Folgerungen der Speziellen Relativitätstheorie ist die Masse-Energie-Äquivalenz, ausgedrückt durch die berühmte Formel E=mc². Diese Gleichung besagt, dass Masse und Energie äquivalent sind und ineinander umgewandelt werden können. Eine kleine Menge Masse kann eine enorme Menge Energie freisetzen, was die Grundlage für Kernenergie und Atombomben bildet. Die Theorie führte auch zur Erkenntnis, dass die Masse eines Objekts mit seiner Geschwindigkeit zunimmt und dass kein Objekt mit Masse die Lichtgeschwindigkeit erreichen kann, da dies unendlich viel Energie erfordern würde.

Die mathematische Grundlage der Speziellen Relativitätstheorie bilden die Lorentz-Transformationen, die die Beziehungen zwischen den Koordinaten und Zeiten in verschiedenen Inertialsystemen beschreiben. Sie ersetzen die Galilei-Transformationen der klassischen Mechanik. Obwohl die Spezielle Relativitätstheorie die Grenzen der klassischen Physik aufzeigte und erweiterte, ist sie nicht für beschleunigte Bezugssysteme oder die Gravitation zuständig; dafür entwickelte Einstein später die Allgemeine Relativitätstheorie. Dennoch ist die Spezielle Relativitätstheorie ein Eckpfeiler der modernen Physik und hat weitreichende Auswirkungen auf Bereiche wie die Kernphysik, die Teilchenphysik und die Astrophysik sowie praktische Anwendungen wie das Global Positioning System (GPS), dessen Präzision ohne relativistische Korrekturen nicht möglich wäre.