نشتين دو نظريه دارد. نسبيت خاص را در سن 25 سالگي بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبيت عام را مطرح كند.
نظریه نسبیت از نقش چارچوبهای مرجع که در توصیف قوانین طبیعت بکار میروند، نهایت استفاده را میکند. هدف نسبیت این است که برای بیان قوانین فیزیک روشهایی بدست آورد به طوری که قوانین مزبور توسط مختصات چارچوب مرجعی که در آن نوشته میشوند تغییر نیافته یا متمایز نشوند.
در نسبیت تنها زمانی نتایج را قابل قبول می دانیم که سرعت V یک کسر متعارف از C سرعت نور باشد. ( به عبارت دیگر V/C برای ما تعریف شده باشد ).
نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا ( در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت) میتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند.
-1 وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می گذرد.
2- ابعاد این جسم کوچک تر میشود.
3- جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می کند.
4- اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود.
5- طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود.
6- انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت.
7- سرعت نور در کلیه چارچوبهای مرجع یکسان است.
8- قوانین فیزیک در تمام دستگاههای لخت یکسان هستند و هیچ دستگاه لخت مرجعی وجود ندارد ( اصل نسبیت ).
معادلبودن جرم با انرژی، یا E=mc2، یکی از مشهورترین معادلهها در فیزیک و از مهمترین نتیجهها در نظریه نسبیت خاص میباشد. در اینجا m جرم در حال سکون، E انِرژی و c سرعت جهانی نور (سرعت نور در خلا) میباشند. این معادله به ما این نتیجه را میدهد که جرم لَختی یک جسم معادل با انرژی درونی آن است. یا به عبارتی انرژی و جرم، قابل تبدیل به یکدیگر هستند.
نظریه انیشتین به ماده به صورت بسته متراکمی از انرژی نگاه می کرد به همین خاطر می گفت که این دو به هم تبدیل پذیرند یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می شود. E = mc² دانشمندان به ناگاه پاسخ بسیاری از پرسشها را یافتند. پدیده پرتوزایی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. کم کم دانشمندان دریافتند که هر ذره مادی یک پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود که ماده و انرژی جداییناپذیر شدند.
نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرامی که شتاب گرانش دارند.
1- هرجا در جهان، جرمی در فضای خالی باشد حتما یک شتاب گرانش در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد.
2- نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کندتر میشود.( به تحقیق دریافت که گرانش اساسا یک پدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدان گرانشی است. در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرویی میان پیکرها، یعنی برخلاف آنچه که نیوتن گفته بود.)
یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره ی زمین جدا میشود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحه ی تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می کند.
3- نسبیت عام نتایج بسیار شگرف و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد.
مثلا نوری که به پیرامون ستاره ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم میشود.
4- نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا میکرد. در نتیجه حضور ماده اجرام، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان خمهها (منحنیها) اختیار میکردند.
انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینکه اگر ستاره ای بسیار داغ باشد و به طوری که محاسبه می کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر میرسد.
انیشتین می گفت که میدان گرانشی پرتوهای نور را منحرف میکند چگونه ممکن بود این مطلب را آزمود؟. اگر ستاره ای در آسمان آن سوی خورشید درست در راستای سطح آن واقع باشد و در زمان خورشیدگرفتگی خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مانند موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید به نظر می رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا میدهد ولی واقعاً انگشت شما که جابجانشده است!
دانشمندان در موقع خورشیدگرفتگی در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره ها به جای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیروی گرانشی آن خم می شوند و به صورت منحنی در می آیند. یعنی ما وضع ستاره ها را کمی بالاتر از محل واقعیش میبینیم. ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام انیشتین اخترشناختی بود ولی دانشمندان حسرت می کشیدند که ای کاش راهی برای آزمون آن در آزمایشگاه داشتند.
جرم لَختی یا جرمِ مانْد در فیزیک ویژگی بنیادی هر جسم است که تمایل آن را به مقاومت دربرابر شتاب مینمایاند. نخستین بار در فیزیک این کمیت در قانون دوم نیوتن ظاهر شد. این جرم در برخی دیگر از نظریههای فیزیک نیز ظاهر میشود، مثلاً جرم در معادلهٔ شرودینگر نیز همان جرم لختی است.
جرم لختی را نباید با جرم گرانشی یکی پنداشت. جرم گرانشی میزان نیروی وارد بر جسم را در یک میدان گرانشی نشان میدهد. جرمی که در قانون جهانی گرانش نیوتن ظاهر میشود جرم گرانشی است. جرم گرانشی را گاهی بار گرانشی نیز مینامند (شبیه بار الکتریکی) تا بتوان آن را از جرم لختی بازشناخت. در کتابهای درسی معمولاً هر دوی این کمیتها را با m نشان میدهند.
آزمایشهای گوناگون نشان میدهند که جرم لختی و جرم گرانشی با دقت بسیار زیادی با هم متناسب هستند و با برگزیدن یکاهای مناسب مقدار عددی آنها نیز با هم برابر میشود. این برابری به اصل همارزی معروف است. در مکانیک کلاسیک هیچ توضیحی برای این برابری وجود ندارد، ولی در نسبیت عام اصل همارزی یکی از اصول موضوعهٔ این نظریه است.
توجه شود که در نظریه نسبیت عام، جرم لختی و جرم گرانشی با هم برابر هستند، بنابراین این فرمولبندی برای جرم گرانشی نیز صادق است. همانطور که گفته شد، در اینجا m جرم جسم در حال سکون است. اما اگر این جسم با سرعت v در حال حرکت باشد آنگاه داریم:
حال اگر سرعت این جسم بسیار کمتر از سرعت نور باشد (v < < c)، آنگاه از معادله بالا به راحتی به دست میآوریم:
که نشان میدهد، انرژی یک جسم متحرک با سرعت بسیار پایین (که در زندگی روزمره با آنها سر و کار داریم) به اندازه بیشتر میشود. که این مقدار برای ما آشنا است و همان انرژی جنبشی میباشد که در مکانیک نیوتونی با آن سر و کار داریم.
از این معادله، این پدیده آشکار میشود که جرم بسیاری از اتمها یا هسته آنها، از مجموع جرم ذرات تشکیلدهنده آنها بیشتر میباشد.
تا اینکه انیشتین طی نامه ای به رئیس جمهور آمریکا نوشت که می توان ماده را به انرژی تبدیل کنیم و یک بمب اتمی درست کنیم و آمریکا دستور برپایی سازمان عظیمی را داد تا به بمب هستهای دست پیدا کند. برای شکافت هسته اتم اورانیوم 235 انتخاب شد. اورانیوم عنصری است که در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً 2 گرم در هر تن سنگ! یعنی از زر (طلا) چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراکنده. در سال 1945 مقدار کافی برای ساخت بمب جمع شده بود و این کار یعنی ساختن بمب در آزمایشگاهی در « لوس آلاموس » به سرپرستی فیزیکدان آمریکایی «رابرت اوپنهایمر» صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله ای در مقیاس کوچک ناممکن بود. بمب یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین بمب برای آزمایش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئیه 1945 برابر با 25 تیرماه 1324 و نیروی انفجاری برابر 20 هزار تن تی.ان.تی آزاد کرده دو بمب دیگر هم تهیه شد. یکی بمب اورانیوم بنام پسرک با سه متر و 60 سانتیمتر طول و به وزن 5/4 تن و دیگری مرد چاق که پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناکازاکی در ژاپن انداخته شد« اوپنهایمر» مسئول پروژه بمب و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند. انیشتین اعلام کرد که اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یک لولهکش بشوم نه یک دانشمند