相對論(英語：Theory of relativity)是關(guān)于時空和引力的理論，主要由愛因斯坦創(chuàng)立，依其研究對象的不同可分為狹義相對論和廣義相對論。相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化，它們共同奠定了現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出了“同時的相對性”、“四維時空”、“彎曲時空”等全新的概念。不過近年來，人們對于物理理論的分類有了一種新的認識——以其理論是否是決定論的來劃分經(jīng)典與非經(jīng)典的物理學，即“非經(jīng)典的=量子的”。在這個意義下，相對論仍然是一種經(jīng)典的理論。

狹義與廣義相對論的分別

傳統(tǒng)上，在愛因斯坦剛剛提出相對論的初期，人們以所討論的問題是否涉及非慣性參考系來作為狹義與廣義相對論分類的標志。隨著相對論理論的發(fā)展，這種分類方法越來越顯出其缺點——參考系是跟觀察者有關(guān)的，以這樣一個相對的物理對象來劃分物理理論，被認為不能反映問題的本質(zhì)。

一般認為，狹義與廣義相對論的區(qū)別在于所討論的問題是否涉及引力(彎曲時空)，即狹義相對論只涉及那些沒有引力作用或者引力作用可以忽略的問題，而廣義相對論則是討論有引力作用時的物理學。用相對論的語言來說，就是狹義相對論的背景時空是平直的，即四維平凡流型配以閔氏度規(guī)，其曲率張量為零，又稱閔氏時空;而廣義相對論的背景時空則是彎曲的，其曲率張量不為零。

相對論的應(yīng)用

相對論主要在兩個方面有用：一是高速運動(與光速可比擬的高速)，一是強引力場。

在醫(yī)院的放射治療部，多數(shù)設(shè)有一臺粒子加速器，產(chǎn)生高能粒子來制造同位素，作治療或造影之用。氟代脫氧葡萄糖的合成便是一個經(jīng)典例子。由于粒子運動的速度相當接近光速(0.9c-0.9999c)，故粒子加速器的設(shè)計和使用必須考慮相對論效應(yīng)。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星上的原子鐘，對精確定位非常重要。這些時鐘同時受狹義相對論因高速運動而導致的時間變慢(-7.2μs/日)，和廣義相對論因較(地面物件)承受著較弱的重力場而導致時間變快效應(yīng)(+45.9μs/日)影響。相對論的凈效應(yīng)是那些時鐘較地面的時鐘運行的為快。故此，這些衛(wèi)星的軟件需要計算和抵消一切的相對論效應(yīng)，確保定位準確。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的算法本身便是基于光速不變原理的，若光速不變原理不成立，則全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)則需要更換為不同的算法方能精確定位。

過渡金屬如鉑的內(nèi)層電子，運行速度極快，相對論效應(yīng)不可忽略。在設(shè)計或研究新型的催化劑時，便需要考慮相對論對電子軌態(tài)能級的影響。同理，相對論亦可解釋鉛的6s惰性電子對效應(yīng)。這個效應(yīng)可以解釋為何某些化學電池有著較高的能量密度，為設(shè)計更輕巧的電池提供理論根據(jù)。相對論也可以解釋為何水銀在常溫下是液體，而其他金屬卻不是。

由廣義相對論推導出來的重力透鏡效應(yīng)，讓天文學家可以觀察到黑洞和不發(fā)射電磁波的暗物質(zhì)，和評估質(zhì)量在太空的分布狀況。

值得一提的是，原子彈的出現(xiàn)和著名的質(zhì)能關(guān)系式(E=mc2)關(guān)系不大，而愛因斯坦本人也肯定了這一點。質(zhì)能關(guān)系式只是解釋原子彈威力的數(shù)學工具而已，對實作原子彈意義不大。

相對論對物理學發(fā)展的影響

相對論直接和間接地催生了量子力學的誕生，也為研究微觀世界的高速運動確立全新的數(shù)學模型。