ازبينهايت كوچك تابينهايت بزرگ

آلبرت انيشتن در سال 1879 ميلادي در شهر اولم آلمان متولد شد. پدرش مهندس الکترونيک بود. از همان ابتدا تفاوت هايي در فکر ورفتار اين کودک با بقيه همسالان خود نمايان بود. گزارش هميشگي معلمين او به خانواده اش اين بود که آلبرت خيلي کند ذهن، غير معاشرتي و گوشه گير است. او سرعت انتقال بچه هاي عادي را ندارد. بچه ها به او "باباي کند ذهن" مي گويند. حق با آنها بود زيرا او همواره غرق خيالات و افکار جذاب ـ و به زعم آنها احمقانه ـ خود بود. او مي گويد : پنج ساله بودم که پدرم يک قطب نما به من نشان داد. با مشاهده آن احساس ديدن يک معجزه کردم. در وراي آن گونه اشيا بايد چيزهايي نهفته مي بود. مشغله ذهني او از سن ۱۰ سالگي به طور جدي، مطالعه درباره جهان عظيم بود. در سن 15 سالگي خانواده اش به ايتاليا رفت و او براي به پايان رساندن درس خود در مونيخ ماند. يکسال بعد در آزمون ورودي پلي تکنيک سوئيس شرکت کرد ولي موفق نشد. در 17 سالگي دبيرستان را به پايان رساند و در دانشگاه زوريخ پذيرفته و چهار سال بعد در رشته فيزيک فارغ التحصيل شد. در اين اثنا ازدواج کرد و در سال 1901، پس از فراغت از تحصيل، شهروند سوئيس شد و مدتي بيکار بود و دنبال کار مي گشت. يکسال بعد با مساعدت مارسل گراسمن، در اداره ثبت اختراعات سوئيس در برن، به يک شغل دفتري مشغول شد، اما او همواره غرق در ارقام و اعداد و معادلاتي بود که در ذهن خود داشت.
سال 1905 براي او "سال معجزه" بود. در اين هنگام او 26 ساله بود. پنج مقاله (Paper) نوشت و با كمروئي، يکي از آنها را به رئيس اداره ثبت اختراعات سوئيس داد و گفت خوشحال مي شوم اگر شما جايي براي درج اين مقاله در مجله خود مي داشتيد. اين مقاله چند صفحه اي که در شماره 17 مجله سالنامه فيزيک (Annalen der physik) منتشر شد او را به سرعت به يکي از مشهورترين دانشمندان جهان تبديل کرد. 17 سال بعد جايزه نوبل به دليل انتشار همين مقاله در زمينه پديده فتوالکتريک به او تعلق گرفت. مقاله بعد "تئوري حرکت براوني" بود که او با استفاده از فيزيک کلاسيک و روش مستقيم ثابت کرد که ماده داراي ساختار اتمي است. مقاله ديگر، "الکتروديناميک اجسام متحرک" بود که در آن به تحليل عميق مفهوم فضا و زمان پرداخت و تئوري نسبيت خاص را پايه ريزي کرد. چند ماه بعد نيز هم ارزي ماده و انرژي را در فرمول معروف E = mc2 ارائه داد. مقاله ديگر، "نظريه کوانتمي بودن نور" براساس تعميم فرض ماکس پلانک در مورد کوانتينره بودن تابش جسم سياه بود. با اين کار او راه را براي تثبيت نظريه دوگانه موج ـ ذره در مورد نور هموار کرد. پس از آن بود که کرسي استادي دانشگاه زوريخ و سپس برلين به او پيشنهاد شد. سال 1911 که اولين کنفرانس جهاني فيزيک در بروکسل برگزار شد از او به عنوان جوانترين فيزيکدان دعوت به عمل آمد. در آستانه جنگ جهاني اول، او در دانشگاه برلين به دنبال تکميل مطالعات و نظرات خود در مورد تعميم تئوري نسبيت خاص با دخالت دادن موضوع گرانش بود. ۱۰ سال پس از ارائه تئوري نسبت خاص، در سال 1915 نظريه "نسبت عام" را ارائه داد. جالب است که بدليل عجيب بودن نظرات او و عمق خلاقانه تئوري نسبت خاص و عام، درکي صحيح و کامل از نظرات او در خواص و عوام وجود نداشت. او در اين زمان به يک چهره مشهور تبديل شده بود اما به گفته خودش نمي دانست "چرا همه او را دوست دارند اما هيچکس او را نمي فهمد. او در پاسخ نامه بورن نوشت: در زمان حاضر من در عقايدم تنها هستم. به همين دليل بود که جايزه نوبل فيزيک در سال 1921 نه به دليل ارائه تئوري نسبيت بلکه به خاطر کارهايش در موضوع فوتوالکتريسيته به او تعلق گرفت. اين در حالي بود که کسوف سال 1919، نظريه او مبني بر انحراف نور در مجاورت اجرام سنگين آسماني را تائيد و شهرت او را عالمگير کرد. اما او خود مي گفت اين گونه شهرت ها دوام ندارد.
انيشتن شخصيت خاص خود را داشت. او در عمرش هرگز تقاضاي خودرويي نکرد. تنها به دنبال يک قدم زدن خيلي مطبوع بود. بنابراين به دوچرخه و ويولن خود دلخوش بود. وقتي ملکه بلژيک از او دعوت کرد و هيئت عالي رتبه اي را براي پيشواز او به ايستگاه قطار فرستاد، انيشتن با يک جعبه شيريني در دست و ويلون در دست ديگر پياده شد و بدون توجه به تشريفات با سر و کله خاکي به قصر رفت. وقتي ملکه گفت چرا از خودروي تشريفات استفاده نکردي، گفت: پياده روي بسيار مطبوعي بود اعليحضرتا. پس از جنگ جهاني و اوج گرفتن فشار حکومت نازي به يهوديان، به هلند و سپس به هند و چين و ژاپن و فلسطين و اسپانيا و آمريکا رفت و سرانجام در 1933 ساکن آمريکا شد و در دانشگاه پرينستون به کار مشغول گشت. در سال 1927، در پنجمين کنفرانس جهاني فيزيک حضور يافت و در زمينه مکانيک کوانتم مباحث زيادي با نيلز بور داشت. از سال 1928 ايده خود را در مورد " تئوري ميدان واحد" آغاز کرد و تا آخر عمر روي آن کار کرد، گرچه هيچگاه موفق به ارائه آن نشد. در آستانه جنگ جهاني دوم نامه اي به رئيس جمهور وقت آمريکا نوشت و با اصرار بر تحقيقات هسته اي، درصدد جلوگيري از امکان دست يابي آلمان نازي به بمب اتمي برآمد. رئيس جمهور براساس اين نامه، پروژه مانهتن را براي ساخت بمب اتمي به سرپرستي اوپنهايمر راه انداخت. راکتور ساخت بمب اتم در 1943 شروع به کار کرد و اولين بمب اتمي آمريکا، در سال 1945 شهر هيروشيماي ژاپن را به نابودي کشاند. انيشتن پس از آن که ديد ترس او از مجهز شدن نازي ها به بمب اتم و پيشنهادش براي جلوگيري از اين کار به کجا انجاميد بشدت مغموم بود و در مورد گسترش صلح جهاني بسيار سخن مي گفت: من خود را پدر آزادسازي انرژي اتمي نمي دانم. سهم من از اين کار کاملا غيرمستقيم بوده است. من حتي پيش بيني هم نمي کردم که اين امر در زمان من به وقوع بپيوندد. استنباط من فقط اين بود که آزاد کردن انرژي اتمي از لحاظ نظري امکان پذير است
فيزيک نيوتني
قرن نوزدهم براي فيزيک، نقطه عطف مهمي محسوب مي شود. فيزيک کلاسيک يا فيزيک نيوتني با کارهاي دانشمندان بزرگي همچون گاليه و نيوتن نضج گرفت و با ارائه نظريه الکترومغناطيس ماکسول در نيمه دوم قرن 19 به کمال رسيد. گاليه با تفسير زيرکانه ساده ترين واقعيت هاي تجربي، اين حکم را صادر کرده بود که هر جسم تا هنگامي که نيروي خارجي بر آن تاثير نگذارد سرعت اوليه و راستاي خود را حفظ خواهد کرد و در حرکت خطي مستقيم و يکنواخت باقي خواهد ماند. بنابراين اگر جسم، سرعت يا جهت حرکت خود را تغيير دهد، اين تغيير را بايد منتسب به علت خارجي دانست. اين اصل در مکانيک کلاسيک، در مورد دستگاهها يا سيستم هاي لخت (Intertial) صادق است. دستگاههاي لخت نسبت به يکديگر در حال حرکت خطي مستقيم و يکنواخت هستند. نيوتن علاوه برابداع رياضيات ديفرانسيلي، قوانين مشهور سه گانه خود را ارائه داد و به همين دليل فيزيک کلاسيک به فيزيک نيوتني نامبردار شد. در فيزيک نيوتني، جهان يک ماشين عظيم است که توسط خدا به حرکت در مي آيد. اين ماشين از مجموعه اجزائي تشکيل شده که درک اين اجزا به درک کل منجر مي شود. قوانين نيوتن عبارتند از :
1. قانون اول : اجسام تا ابد با سرعت ثابت و در امتداد مستقيم در حرکت هستند مگر مزاحمتي براي آنان پيش بيايد.
2. قانون دوم : به هر جسمي که حرکت مي کند، نيروئي برابر حاصل ضرب جرم در شتاب آن وارد شود : F = ma
اگر دو جسم مسير يکديگر را تغيير دهند، حتما بر هم نيرو وارد مي کنند.
در اينجا سرعت عبارت است از فاصله جابجائي يک جسم به مدت جابجائي :
v=x/t
شتاب نسبت تغيير سرعت يک جسم به مدت زمان است:
a=dv/dt
شتاب سرعت ثابت، صفر است.
3. قانون سوم : نيرويي که دو جسم بر يکديگر وارد مي کنند از نظر مقدار با يکديگر مساوي است.
در تئوري نيوتن، فضا و زمان دو کميت مطلق و مجزاي از يکديگر است. مدت زمان عبارت است از طول قطعه اي از اين زمان مستقل. فضا نيز يک کميت بي حرکت و ساکن و بي نهايت است. نور خاصيت ذره اي دارد و مي تواند در خلا انتشار يابد. حرکت، خاصيت ذاتي جسم است. ابعاد جسم (مکان) و طول يک اتفاق (زمان) همواره ثابت است. اگر ابعاد جسمي يا طول مدت اتفاقي، يک بار توسط شخصي در حالت سکون اندازه گيري شود و بار ديگر توسط شخصي اندازه گيري شود که با سرعت خاص حرکت مي کند، نتيجه يکسان خواهد بود.
انقلاب کوانتم
سيطره فيزيک نيوتني تا اواخر قرن ۱۹ در همه جا حاکم بود؛ اما در آن زمان بعضي پديده ها قابل توجيه با فيزيک کلاسيک نبود. در سال ۱۹۰۰ نظريه ماکس پلانک، انقلاب کوانتم (quantum) را پديد آورد. ناسازگاري مکانيک نيوتني و الکترومغناطيس در ابعاد کم براي اتم ها منجر به تولد مکانيک کوانتمي شد. در اين تئوري عنوان شد که برخي کميات، صرفا مقادير منفصل اختيار مي کنند. از ديدگاه فيزيک کوانتم، جهان دائما در حرکت است، هر چند ظاهرا ساکن و بي حرکت باشد. همه چيز از اتم تشکيل شده که به طور مداوم در حرکت و ارتعاش است. در دنياي اتم، ذرات داراي حرکتي پيوسته نيستند بلکه به شکل جهشي و ناپيوسته تغيير مکان مي دهند. نور و ساير ذرات بنيادي اتم، هم رفتار موجي دارد و هم ذره اي.
پلانک نشان داد که گذشته از ساختار اتمي ماده، نوعي ساختار اتمي انرژي (کوانتم) هم در ميان است که يک ثابت جهاني بر آن حکمفرماست. کشف پلانک در سال 1900 درباره تابش اجسام به عنوان تابعي از دما نشان داد که تابش جسم با فرکانس معين، متشکل از اتم هاي انرژي منفرد (کوانتم) است : E = hf. h ثابت جهاني پلانک و برابر j/sec 34- 10 * 6/6 است. پلانک با ارائه اين تئوري، در زمينه توضيح دليل انتشار نور از اجسام داغ، جايزه نوبل فيزيک را در سال 1920 نصيب خود کرد. او مشخص کرد که ماده، انرژي حرارتي را جذب مي کند و آن را به صورت انرژي نوراني منتشر مي کند. جذب انرژي حرارتي و انتشار انرژي به صورت ناپيوسته يعني جريان تکه اي انرژي انجام ميشود. انرژي به صورت بسته هاي کوچک (کوانتا: quanta) انتقال مي يابد. نور در بسته ها يا کوانتاهاي مشخصي که هر کوانتا داراي انرژي hf است منتشر مي شود. با ارائه فرمول E = hf فيزيک کوانتم متولد شد.
جدال فکري فيزيک قديم و جديد
انقلاب کوانتم که با کارهاي پلانک در اول قرن بيستم شروع شده بود به مدت ۲۵ سال با کارهاي بور و هايزنبرگ و بورن و شرودينگر و ديراک و پاولي به اوج رسيد و بر جاي فيزيک کلاسيک نشست. اين انقلاب بر بسياري مباني فلسفي فيزيک کلاسيک خدشه وارد آورد. اما از همان زمان عده اي از فيزيکدانان برجسته نظير انشيتن و شرودينگر با ديدگاههاي فلسفي فيزيکدانان کوانتمي به معارضه برخاستند.
انيشتن با اعتقاد به پيوسته بودن حرکت، فيزيک کوانتم را ناکامل مي دانست. او کوشش کرد نشان دهد چگونه مفاهيم شي مادي، فضا و زمان ذهني و عيني با يکديگر و با ماهيت تجربه مرتبط هستند. او با مباني فلسفي فيزيکدانان کوانتمي نيز سرسازگاري نداشت و به صراحت مي گفت خدا تاس بازي نمي کند. اين بيان، موضع گيري انيشتن در مقابل تفسير و برداشت و تعبيري از مکانيک جديد يا مکانيک کوانتمي بود که از سال 1925 به بعد توسط هايزنبرگ، شرودينگر و ديراک پايه گذاري شد و با کارهاي بور، هايزنبرگ و بورن به اوج رسيد و تعبيري که به " تعبير کپنهاگي " يا تعبير سنتي از مکانيک کوانتم موسوم گشت مورد قبول تقريبا عموم فيزيکدانان قرار گرفت. در حقيقت مکانيک کوانتمي دو شکل عام يافت: مکانيک کوانتمي هايزنبرگ که در آن سيستم ميکروفيزيکي با يک رشته ماتريس نمايش داده مي شد و مکانيک کوانتمي شرودينگر که در آن سيستم ميکروفيزيکي به وسيله يک معادله موجي توجيه مي شد
تئوري نسبيت خاص
ضعف هاي مکانيک نيوتني در توجيه موقعيت پديده ها در سرعت هاي زياد منجر به تولد تئوري نسبيت خاص (Special theory of relativity) در سال 1905 توسط انيشتن شد. اساس تئوري انيشتن در مورد نسبي بودن زمان است. براي اولين بار در تاريخ علوم، زمان به طور مستقل و اصالتا مطرح مي شود. در تئوري نسبيت، فضا و زمان کميت هاي مطلق و مستقل نيستند. اين تئوري در خارج از ابعاد ملموس و محسوس زميني و اشتغالات روزمره زندگي مورد استمال مي يابد؛ آنجا که سرعت هاي نزديک به سير نور در کار باشد. لفظ نسبيت که انيشتن براي زمان و مکان به کار برد آنچنان تاثيري در ميان دانشمندان دنيا گذاشت که بسرعت علوم انساني مانند علم اخلاق، فلسفه يا زبان شناسي کوشيدند به نوعي، اصل نسبيت را در مباحث خود وارد کنند.
سنگ زيربناي تئوري نسبيت اين سئوال بود که چه اتفاقي مي افتد اگر همراه با نور حرکت کنيم. اين سئوالي بود که از همان ابتدا ذهن انيشتن جوان را به خود مشغول کرده بود. بايد توجه داشت که نسبيت نمي گويد همه چيز نسبي است، بلکه در مورد نسبي بودن زمان و مکان (فضا) بحث مي کند که در فيزيک کلاسيک، مطلق انگاشته مي شد. در حالي که سرعت نور را مطلق و ثابت مي داند و همين ثابت بودن هميشگي سرعت نور يکي از ارکان نظريه نسبيت خاص است. نسبيت سبب مي شود که حوادث و رويدادها براي يک ناظر در مقايسه با ناظر ديگر با سرعت متفاوتي پيش رود. تئوري نسبيت خاص تنها به سرعت هايي مي پردازد که در طول حرکت ثابت است و شتاب ندارد و بنابراين بحث نيرو، مانند گرانش، در آن جاي ندارد. به دليل در نظر گرفته نشدن نيروها در اين نظريه که تنها حالت خاصي از نسبيت را مورد توجه قرار ميدهد، تئوري نسبيت خاص يا محدود ناميده شد. نسبيت خاص برداشت ما را از مفهوم زمان و مکان تغيير داد. در تئوري نسبيت، ابعاد يک جسم (طول، عرض، ارتفاع) و مدت اتفاق(زمان)، مقادير ثابتي نيستند و به ناظر (کسي که اندازه گيري مي کند) بستگي دارد؛ که آيا ساکن است يا حرکت مي کند. مثال " برادران دو قلو " که خود انيشتن مطرح کرده در اين زمينه معروف است. او مي گويد اگر يکي از اين برادران با سفينه اي نزديک سرعت نور به مسافرت فضايي رود، با ساعت و تقويم سفينه، زمان بر او چند سال مي گذرد، در حالي که وقتي به کره زمين بر گردد پيرمرد ريش سفيدي را مي بيند که همان برادر دو قلوي اوست، يعني برادري که با سرعت نزديک نور حرکت کرده فقط چند سال زمان بر او گذشته و برادر زميني کاملا پير شده است. اين بدان معناست که زمان در سفينه بسيار کندتر سپري شده است تا روي کره زمين. اگر ساعتي در حال حرکت باشد، نسبت به ساعت ساکن کندتر کار خواهد کرد. اگر سرعت جسم به حد سرعت نور برسد زمان متوقف مي شود. اگر جسمي با سرعت نور حرکت کند در همه وقايع حضور خواهد داشت يعني همه چيز همزمان بوده، گذشته و آينده برايش وجود ندارد.
اگر سرعت حرکت جسم (v) به سرعت نور (c) برسد، زمان (t) براي جسم متحركت متوقف مي شود . (t=0)در زندگي روزمره، احساس ما ديدگاه نيوتني است يعني احساس فضا و زمان به صورت مجزاست ؛ زيرا با سرعت هايي سر و کار داريم که در مقايسه با سرعت نور فوق العاده کوچک هستند. در حالي که در سرعت هاي بسيار بالا، مفهوم فضا و زمان واقعي مي شود. به نظر مي رسد در زندگي معمولي، واقعيت کامل از آدمي مي گريزد!
پيش بيني کاربردهاي فتوسل و ليزر
نور و ماهيت و سرعت آن نقش محوري در نظريه انيشتن دارد. کشف او درباره پديده فوتوالکتريک بر اساس ذره اي بودن نور استوار بود که نظريه پلانک را نيز تائيد مي کرد. کوانتاي نور انيشتن، فوتون (photon) ناميده مي شود. با تابش انرژي کوانتا (نور) به جسم، الکترون آزاد مي شود، بدين معنا که از يک سطح انرژي (مدار) به سطح ديگر مي رود. مطابق مدل اتمي بور، هر الکترون در مداري کاملا مشخص قرار دارد که انرژي کاملا مشخصي برابرضريب صحيحي از ثابت پلانک (f) دارد. در اين تغيير مدار، انرژي از دست رفته به شکل نور منتشر مي شود . هر چه فرکانس نور تابشي به جسم بيشتر باشد انرژي الکترونها نيز بيشتر است. چشم برقي (فتوسل) که براساس تاثير فتوالکتريک کار مي کند امروزه در زمينه هاي مختلف زندگي بشر مانند در برقي، چراغ خيابانها، باتريهاي خورشيدي و ماهواره ها کاربرد دارد. مقاله انيشتن در 1917 درباره نظريه کوانتمي تشعشع نيز منجر به اختراع ليزر گرديد، گر چه عملا دستگاه ليزر در سال 1954 ساخته شد. در اين مقاله توضيح داده شد که تحريک شدن الکترون هاي اتم ها با فوتون هاي تابشي و تشعشع فوتون ديگر باعث مي شود که اين دو فوتون، الکترون هاي دو اتم ديگر را تحريک کرده و چهار فوتون تشکيل دهند و کار ادامه يابد. با متمرکز کردن اين فوتون ها، پرتو ليزر پديد مي آيد.
اهميت سرعت نور
سرعت نور 300 هزار کليومتر در ثانيه يا يک ميليارد کيلومتر در ساعت است. در تئوري نسبيت دقيق ترين موارد به سرعت نور بر مي گردد. فرض اساسي تئوري انيشتن، ثابت بودن سرعت نور است. مطابق نظر انيشتن، دست يابي به سرعت نور ممکن نيست زيرا جسمي که با سرعت نور حرکت کند، داراي جرم بينهايت خواهد شد. البته امکان حصول سرعت هاي نزديک نور ممکن است. شتاب دادن به ذره و رساندن سرعت آن به نزديک سرعت نور در شتاب دهنده ها، از جمله کاربردهاي عمومي نظرات انيشتن است.
رسيدن به سرعت نور امکان پذير نيست زيرا اگر بخواهيم جسمي را به سرعت نور برسانيم بايد انرژي برابر بي نهايت مصرف کنيم و چون اين مقدار انرژي وجود ندارد هرگز نخواهيم توانست جسمي را به آن سرعت برسانيم.
اگر سرعت بخواهد به سرعت نور برسد، انرژي به سمت بينهايت ميل مي کند. انرژي لازم براي رساندن سفينه اي ۳ کيلوئي به ۹۸ درصد سرعت نور 1018 ژول خواهد بود. بنابراين هيچ جسم مادي تحت تاثير هر نيروي عظيمي هم که قرار گرفته باشد، هر مدتي هم که نيرو روي آن عمل کند ممکن نيست بتواند با سرعت نور حرکت کند. به عبارت ديگر هيچ چيز مادي در هر شرايطي نمي تواند سريعتر از نور حرکت کند. بنابراين ارسال هيچ پيامي نمي تواند سريعتر از نور باشد.
تاثير حرکت در زمان
اين محدوديت سرعت در عالم براي دريافت پيام سبب مي شود که ما هيچگاه نتوانيم از وضعيت ستاره ها و کهکشانها به طور "همزمان" اطلاع بدست آوريم. ما وقتي از دريچه تلسکوپ هاي قوي به عالم نگاه مي کنيم، گذشته عالم را مي بينيم. با اين محدوديت سرعت جرم مادي، ما هرگز نخواهيم توانست به نزديکترين کهکشان، که تنها چهار سال نوري با ما فاصله دارد برويم. يک انسان تا قيد در حيات است در منظومه شمسي محبوس خواهد بود! اما تنها اميد دانشمندان براي امکان خروج از منظومه شمسي و جهان هاي دور، مبتني بر صحت نظريه انشيشتن درباره تاثير حرکت در زمان است. تنها در اين صورت است که نسل هاي آينده سفرهاي چندين ميليون ساله را در چند سال مي توانند انجام دهند. اگر فرض شود سفينه اي بتواند با سرعت ۹۸ درصد مسير نور حرکت کند، 5/5 سال طول مي کشد تا به تدريج به 98٪ سرعت نور برسد. اما دستگاههاي زمان سنج سفينه تنها گذشت يک سال را نشان مي دهد و ساکنين سفينه نيز تنها يک سال پيرتر شده اند. اگر اين سفينه با سرعت 99/99 درصد سرعت نور، گشتي در فضا بزند و 33 سال بعد به زمين برگردد، براي زميني ها ـ اگر زميني مانده باشد ـ 10 ميليارد سال زمان گذشته است. سرعت، زمان را کند (تنبل) مي کند و در سرعت نور، زمان متوقف مي شود. اگر به همراه نور به ستاره اي برويم تقريبا زماني نمي گذرد اما در برگشت، دو ميليارد سال از سن زمين گذشته است. اگر بخواهيم زمين را به قصد ستاره ها ترک کنيم احتمالا بايد براي هميشه با زمين خداحافظي کنيم.
همزماني وقايع
نسبيت نشان داد که يک حقيقت فيزيکي که بتوان با آن فاصله دو جسم را در يک زمان معين نام نهاد وجود خارجي ندارد زيرا زمان و فاصله، هر دو به چگونگي وضع ناظر بستگي دارد. نسبيت بر پايه تفسير فيزيکي منسجم سه مفهوم حرکت، فضا و زمان استوار شده است. اصطلاح نسبيت با اين واقعيت مرتبط است که حرکت از ديدگاه تجربه همواره همچون حرکت نسبي يک شي در برابر شي ديگر متجلي مي شود. حرکت هيچگاه به عنوان حرکت نسبت به فضا يا حرکت مطلق قابل مشاهده نيست. به تعبير انيشتن، حرکت مطلق به هيچ وجه وجود ندارد
قبل از پيدايش تئوري نسبيت خاص، کسي تصور نمي کرد که در حالت وقوع دو حادثه همزمان در محل هاي مختلف ممکن است ابهامي وجود داشته باشد. نظريه نسبيت، همزماني را در هم شکست و بيان کرد که ترتيب زماني وقايع هميشه يک ارتباط ذاتي بين خود وقايع نيست بلکه تا حدي تابع حالات ناظر است. اطلاق همزماني به دو واقعه دور از هم بي معني است. همزماني دو واقعه فقط نسبت به ناظر معيني معني معيني در بر دارد. اختلاف نهاد زمان در جاهاي مختلف، مشکل ترين جنبه تئوري نسبيت خاص است. نسبي بودن بدين معني است که اگر براي ناظري دو واقعه، همزمان تشخيص داده شود ممکن است براي ناظر ديگري همزمان نباشد. بنابراين يک زمان جهاني (Cosmic time) يا كيهاني (universal time) كه حقيقت بي چون و چرا تلقي شود اعتبار ندارد. براي هر جسمي، زمان خاص (proper time) وجود دارد. هر ساعت، فقط از زمان "خاص" خود اندازه صحيحي بدست مي دهد. انسان ها روي زمان خاص زميني توافق دارند زيرا نسبيت در سرعت هاي زميني اصلا قابل مقايسه با سرعت نور نيست و ميزان کند شدن زمان آنقدر کم است که اسباب هاي فيزيکي قادر به تشخيص آن نيست. ما بر حسب عادت، بين "همزماني ديد" و "همزماني رويداد" تمايزي قائل نمي شويم و در نتيجه تفاوت بين "زمان" و "زمان محلي" لوث مي شود. دليل اين امر آن است که در تجربيات روزمره، ما مي توانيم زمان انتشار نور را ناديده بگيريم اما اگر پا را از زمين خود فراتر بگذاريم، اين همزماني وجود ندارد. بدين سبب است که وقتي به عالم مي نگريم، گذشته آن را مشاهده مي کنيم؛ به تعبيري ما در راس قله زمان قرار گرفته ايم و هر چه مي بينيم گذشته خودمان و گذشته عالم خودمان است. به زبان نسبيت انيشتن، اين قله، "مخروط نور" است. همه رويدادهاي گذشته در داخل مخروط نور گذشته و همه رويدادهاي آينده در داخل مخروط نور آينده است. نمودار فضا ـ زمان در نگاه نيوتني تخت است اما در نگاه انيشتن، چون عالم انحنا دارد، پس مخروط نور نيز انحنا دارد.