جهان شمولی قوانین فیزیک به این معنی است که تاریخ و زمان نسبی هستند و در موقعیت‌های مختلف ویژگی‌های متفاوت دارند. افراد مختلف زمان و مکان رویدادها را متفاوت می‌بینند. چیزی که برای ما یک میلیون سال است برای کسی که با یک موشک فوق سریع پرواز می‌کند یا در یک سیاهچاله سقوط می‌کند، به اندازه یک چشم به هم زدن طول می‌کشد.
خیلی ساده و مختصر؛ همه چیز نسبی است.
نسبیت خاص
نظریه نسبیت انیشتین به دو بخش نسبیت خاص و نسبیت عام تقسیم می‌شود.نسبیت خاص اول مطرح شد و برمبنای ثابت بودن سرعت نور برای همه افراد تعریف می‌شود. شاید این نظریه در نگاه اول ساده بنظر برسد اما همین یک جمله ساده پیامدهای گسترده و البته پیچیده ای دارد.
انیشتین در سال ۱۹۰۵ به شواهد آزمایشگاهی دست یافت که نشان می‌دادند سرعت نور با چرخش زمین به دور خورشید تغییر نمی‌کند و همانجا بود که به این نتیجه رسید.حاصل این شواهد آزمایشگاهی و نتیجه گیری انیشتین از آنها برای فیزیکدانان تعجب آور بود چون سرعت بیشتر اشیا به جهت حرکت بیننده آن شی بستگی دارد. اگر مشغول راندن ماشین در موازات ریل راه آهن باشید، سرعت قطاری که به سمت شما می‌آید بیشتر از سرعت قطاری بنظر می‌رسد که در جهت موافق شما حرکت می‌کند.از دید انیشتین سرعت نور برای همه بیننده ای با هر سرعت و هر جهت حرکتی یکسان است و بیشتر یا کمتر از ۱۸۶ هزار مایل در ساعت نخواهد بود.بگذارید قضیه را با یک مثال ساده کنیم؛ تصور کنید در یک سفینه فضایی با سرعت نور در حال مسافرت هستید. اگر چراغ‌های جلوی سفینه را روشن کنید، آیا اتفاقی می‌افتد؟جواب این سوال ساده است؛ چراغ‌ها مثل همه چراغ‌های معمولی روشن می‌شوند اما جواب از دید کسی است که داخل سفینه فضایی نشسته است. برای کسی که بیرون از سفینه مشغول تماشای پرواز آن است، چراغ‌ها روشن نمی‌شوند. در واقع نور از چراغ‌ها ساطع می‌شود اما تا ابد طول می‌کشد تا پرتوهای نور بتوانند جلوتر از سفینه حرکت کنند.این مشاهدات متناقض و نسبی به این خاطر بوجود می‌آیند که خط کش‌ها و ساعت‌ها – چیزهایی که حدود زمان و مکان را مشخص می‌کنند – در دید بیننده‌های مختلف یکسان نیستند. اگر سرعت نور همانطور که انیشتین می‌گوید همواره ثابت باشد، فضا و زمان نمی‌توانند مطلق باشند و آنها هم باید مفاهیمی‌ذهنی باشند.برای مثال یک سفینه فضایی ۳۰ متری که با سرعتی معادل ۹۹٫۹۹ درصد سرعت نور حرکت می‌کند، از دید بیننده ای که حرکت نمی‌کند تنها ۳۰ سانتیمتر طول دارد. در عین حال طول سفینه فضایی برای مسافران آن همان ۳۰ متر باقی می‌ماند.
نظریه نسبیت خاص می‌تواند از این هم پیچیده تر باشد؛ گذشت زمان را هم سریعتر و آهسته تر کند. برای روشن شدن رابطه زمان و نسبیت خاص معمولاً از مثال دوقلوهای معروف کمک می‌گیرند. اگر یک نفر با سفینه فضایی مذکور به یک ستاره دوردست سفر کند و دوباره به زمین برگردد، جوانتر از خواهر دوقلویش که روی زمین منتظر بوده خواهد بود!از دید انیشتین جرم نیز به سرعت بستگی دارد. هرچه یک جسم سریعتر حرکت کند، جرم آن بیشتر خواهد شد. در واقع، هیچ سفینه فضایی نمی‌تواند به ۱۰۰ درصد سرعت نور برسد چون با رسیدن به سرعت نور جرم سفینه تا بی نهایت افزایش پیدا می‌کند.گاهی اوقات از این رابطه بین جرم و سرعت به عنوان رابطه جرم و انرژی هم یاد می‌شود. سراغ معادله معروف انیشتین برویم : E=mc^2 . در این معادله E انرژی، m جرم و c سرعت نور است.
نسبیت عام
نظریه نسبیت خاص برای انیشتین کافی نبود و از نظر او کامل محسوب نمی‌شد. به همین خاطر در سال ۱۹۱۹ نظریه اش را با وار کردن عنصر شتاب تعمیم داد و متوجه شد این عامل می‌تواند کل فضا و زمان را از حالت طبیعی خارج کند.بیایید به مثال سفینه فضایی برگردیم : تصور کنید سرعت سفینه فضایی با فعال شدن پیشرانه افزایش یابد. کسانی که در سفینه هستند درست مثل وقتی که روی زمین بودند، به کف سیاره می‌چسبند. نیرویی که ما به آن گرانش می‌گوییم، برای کسانی که در یک سفینه در حال شتاب هستند، غیرقابل تشخیص است.این ادعای انیشتین به تنهایی تحول بزرگی در علم محسوب نمی‌شود اما وقتی انیشتین روی محاسبات ریاضیاتی پیچیده آن کار کرد (اینکار حدود ۱۰ سال زمان برد) متوجه شد که فضا و زمان در نزدیکی یک جسم سنگین خمیده و منحنی می‌شوند. این خمیدگی همان چیزی است که ما آن را به شکل نیروی جاذبه تجربه می‌کنیم.
به تصویر کشیدن هندسه خمیده و منحنی نسبیت عام کار دشواری است اما اگر فضا زمان را شبیه یک پارچه تصور کنیم، جسم سنگین طوری پارچه اطرافش را منبسط می‌کند که اجسامی‌که از نزدیکی آن عبور می‌کنند دیگر یک خط راست را دنبال نخواهند کرد.خمیدگی فضا زمان در اطراف سیاهچاله‌ها شدیدتر از هر نقطه دیگری در کیهان است.محاسبات و معادلات نظریه نسبیت عام انیشتین بروز چندین پدیده در هستی را پیش بینی می‌کند که بسیاری از آنها تایید شده اند:
- خم شدن نور در اطراف اجرام سنگین (لنزهای گرانشی)
- تحول تدریجی در مدار سیاره عطارد (سبقت مداری حضیض خورشید)
- امواج گرانشی ناشی از برخوردهای کیهانی
- وجود سیاهچاله‌ها که همه چیز از جمله نور را به دام می‌اندازند
