ทฤษฎีสัมพัทธภาพเหมือนโคนไอศกรีมสามสกู๊ป ส่วนใหญ่ของเราก็ไม่สามารถฮุบมันลงในหนึ่งกัดไม่โดยไม่ต้องประสบบางอย่างแช่แข็งสมอง เรามาจัดการหัวข้อทีละสกู๊ปกัน เราจะเริ่มต้นกับรุ่นของทฤษฎีสัมพัทธว่าวันที่กลับกว่าสี่ศตวรรษ: สัมพัทธภาพของกาลิเลโอ
ใช่ ไอศกรีมเจลาโต้จักรวาลจำนวนหนึ่งก้อนนี้มีต้นกำเนิดมาจากนักดาราศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อดัง กาลิเลโอ กาลิเลอี และแตกออกเป็นดังนี้: ผู้สังเกตการณ์สองคนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วและทิศทางคงที่จะได้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันสำหรับการทดลองทางกลทั้งหมด
สมมติว่าการทดลองที่เป็นปัญหานั้นไม่มีอะไรซับซ้อนไปกว่าการขว้างลูกปิงปองลงไปตามทางเดินของรถไฟ ตราบใดที่ความเร็วและทิศทางคงที่ ลูกปิงปองจะทำงานเหมือนกันทุกประการ ไม่ว่ารถไฟจะคืบคลานไปตามความเร็วของหอยทากหรือพุ่งไปตามรางรถไฟ ตราบใดที่รถไฟไม่วิ่งไปรอบๆ เนื่องจากความเร็วหรือทิศทางที่เปลี่ยนไป ก็ไม่มีความแตกต่างในขบวนรถไฟอย่างแน่นอน
นอกรถไฟเร็ว มันเป็นเรื่องที่ต่างออกไป (หรือกรอบอ้างอิง)
สำหรับบุคคลที่อยู่บนรถไฟความเร็วสูง สมมติว่ากำลังเดินทาง 100 ไมล์ต่อชั่วโมง (161 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ลูกบอลดูเหมือนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วปกติ สำหรับบุคคลที่ยืนอยู่ข้างรางรถไฟ ลูกบอล (สมมติว่าเขาหรือเธอมองเห็นได้) ดูเหมือนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วของรถไฟ บวกกับความเร็วที่มันถูกขว้างออกไป
ลูกบอลนั้นเดินทางได้เร็วแค่ไหน? สมมติว่าคุณโยนมันด้วยความเร็วเพียง 5 ไมล์ต่อชั่วโมง (8 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ถ้าเราเพิ่มความเร็วของรถไฟไปเราจะได้รับความเร็ว 105 ไมล์ต่อชั่วโมง (169 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) - การคำนวณที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของกาลิเลโอ บนรถไฟ มันจะไม่รู้สึกเหมือน 105 ไมล์ต่อชั่วโมงถ้ามันกระเด็นเข้าที่หน้าอกคุณ เมื่อเทียบกับภายนอกนั่นคือความเร็วที่จะเดินทาง
นี่คือสิ่งที่ยาก: ถ้าคุณจะส่องไฟฉายไปที่ทางเดินของรถไฟล่ะ? คลื่นแสงจะเดินทางเร็วกว่าความเร็วแสง 100 ไมล์ต่อชั่วโมงหรือไม่? ไม่เป็นเช่นนั้นตามที่นักฟิสิกส์ Albert A. Michelson และ Edward Morley กล่าว ในปี พ.ศ. 2422 ชาวอเมริกันสองคนได้ทำการทดลองที่ก้าวล้ำเพื่อวัดความเร็วของแสง ตามที่ปรากฏ แสงเดินทางด้วยความเร็วคงที่ 186,000 ไมล์ต่อวินาที (300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) มันไม่สามารถเดินทางได้เร็วขึ้นด้วยวิธีการใดๆ เลย ซึ่งทำให้แนวคิดเรื่องสัมพัทธภาพกาลิเลียนผิดไป
โชคดีที่ Albert Einstein เข้ามาแก้ไขสิ่งต่างๆ ในปี 1920 ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขา
