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

狹義與廣義相對(duì)論的分別

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

一般認(rèn)為，狹義與廣義相對(duì)論的區(qū)別在于所討論的問(wèn)題是否涉及引力(彎曲時(shí)空)，即狹義相對(duì)論只涉及那些沒(méi)有引力作用或者引力作用可以忽略的問(wèn)題，而廣義相對(duì)論則是討論有引力作用時(shí)的物理學(xué)。用相對(duì)論的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，就是狹義相對(duì)論的背景時(shí)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(chēng)閔氏時(shí)空;而廣義相對(duì)論的背景時(shí)空則是彎曲的，其曲率張量不為零。

相對(duì)論的應(yīng)用

相對(duì)論主要在兩個(gè)方面有用：一是高速運(yùn)動(dòng)(與光速可比擬的高速)，一是強(qiáng)引力場(chǎng)。

在醫(yī)院的放射治療部，多數(shù)設(shè)有一臺(tái)粒子加速器，產(chǎn)生高能粒子來(lái)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(gè)經(jīng)典例子。由于粒子運(yùn)動(dòng)的速度相當(dāng)接近光速(0.9c-0.9999c)，故粒子加速器的設(shè)計(jì)和使用必須考慮相對(duì)論效應(yīng)。

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

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的算法本身便是基于光速不變?cè)淼?，若光速不變?cè)聿怀闪?，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(guò)渡金屬如鉑的內(nèi)層電子，運(yùn)行速度極快，相對(duì)論效應(yīng)不可忽略。在設(shè)計(jì)或研究新型的催化劑時(shí)，便需要考慮相對(duì)論對(duì)電子軌態(tài)能級(jí)的影響。同理，相對(duì)論亦可解釋鉛的6s惰性電子對(duì)效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)可以解釋為何某些化學(xué)電池有著較高的能量密度，為設(shè)計(jì)更輕巧的電池提供理論根據(jù)。相對(duì)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(duì)論推導(dǎo)出來(lái)的重力透鏡效應(yīng)，讓天文學(xué)家可以觀察到黑洞和不發(fā)射電磁波的暗物質(zhì)，和評(píng)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(ài)因斯坦本人也肯定了這一點(diǎn)。質(zhì)能關(guān)系式只是解釋原子彈威力的數(shù)學(xué)工具而已，對(duì)實(shí)作原子彈意義不大。

相對(duì)論對(duì)物理學(xué)發(fā)展的影響

相對(duì)論直接和間接地催生了量子力學(xué)的誕生，也為研究微觀世界的高速運(yùn)動(dòng)確立全新的數(shù)學(xué)模型。