През 1905г. Алберт Айнщайн представя своята „специална теория на относителността“, с която променя представата ни за времето и пространството завинаги. Преди това събитие сме приемали пространството, както и времето, за непроменящи се величини – времето тече еднакво за всички и пространството изглежда еднакво за всички. Това, което открива Айнщайн, вземайки предвид по-ранните приноси на други учени, е че времето и пространството се променят спрямо скоростта с която се движим.
Първото твърдение в Теорията на Относителността е, че „законите на физиката са еднакви във всички инерционни референтни системи“. С други думи не съществува нищо, което можем да кажем, че е в движение, само по себе си нито, че е в статично положение, само по себе си. Всеки обект придобива своето движение, или своята статичност, спрямо обектите около него.
Ако седим на пейка и пред нас минaва кола, от наша гледна точка ние сме статични, а колата се движи. От гледна точка на шофьора, той е статичен, а ние се движим. Невъзможно е да се определи кое е статично и кое е в движение – всяко нещо е в движение по отношение на едно, и в покой по отношение на друго. Нещото което прави това просто разбиране феноменално и тотално контраинтуитивно е откритието, че скоростта на светлината е винаги постоянна. Когато този факт се слее с теорията на относителността, се поражда „специалната теория на относителността“. Скоростта на светлината се движи с приблизително 300 000 км/с.
Ако отново седим на пейка и наблюдаваме кола, която преминава пред нас със 100км/ч., тя ще се движи със 100 км/ч спрямо нас, няма нищо сложно в това. Ако обаче станем от пейката и започнем да тичаме с 10км/ч. в посока на движението на колата, тогава за нас тя ще изглежда да се движи с 90км/ч. Ако пък започнем да тичаме с 10км/ч. в обратната посока, тогава колата ще се движи със 110км/ч. спрямо нас.
Тоест просто прибавяме или изваждаме скоростта на нашето движение спрямо скоростта на друг движещ се обект, за да получим скоростта, с която той се движи спрямо нас, или ние спрямо него. Този метод обаче не важи когато става дума за светлината.
Когато казахме, че скоростта ѝ е постоянна, имаме предвид, че тя не се променя никога, независимо от обстоятелствата. Ако пред нас мине кола със скоростта на светлината, тя ще се движи с 300 000км/с.
Ако започнем да тичаме с 10 км/ч. в нейната посока, тя отново ще се движи с 300 000 км/с. Ако тичаме в обратната посока с 10км/ч., скоростта на светлината отново ще се движи с 300 000 км/с. Тоест скоростта на светлината е еднаква за всички наблюдатели.
До тук няма нищо сложно или контраинтуитивно. Нека сега си представим, че със същата тази конструкция се качваме на влак движещ се с някаква висока за текущите влакове скорост. За един статичен наблюдател, който вижда как минава влака пред него, светлината между двете огледала ще изглежда, че се придвижва диагонално, както е показано в изображението по-долу.
За него светлината между огледалата ще изминава по-голямо разстояние, отколкото за нас, които се намираме във влака и виждаме първия сценарий, в който светлината между огледалата се движи вертикално.
Тук е моментът да напомним, че скоростта се определя от изминатото разстояние за определено време. Както и да напомим, че скоростта на светлината е еднаква за всички наблюдатели. За страничния наблюдател, дистанцията, която лъчът светлина изминава между двете огледала е по-голяма от дистанцията, която същият този лъч изминава от наша гледна точка във влака, но времето, за което го прави и в двата случая трябва да остане същото, за да може скоростта на светлината да остане същата и в двата случая.
Но как може с една постоянна и непроменлива скорост, която е скоростта на светлината, да се измине по-голямото разстояние, от гледната точка на страничния наблюдател и по-малкото разстояние, от нашата гледна точка във влака, за същото количество време? Единственото обяснение е, че от гледна точка на страничния наблюдател, той вижда, че времето за нас във влака тече по-бавно. Това дава възможност на светлината да измине по-дългото разстояние, което той вижда за същото време, за което изминава и по-късото, което ние виждаме.
