Můžeme snad celkem bezpečně tvrdit, že naprostá většina lidí někdy slyšela název teorie relativity či jméno Alberta Einsteina. Budou-li ale dotázáni, čím se teorie relativity zabývá nebo k čemu je dobrá, patrně většina z nich nám nedokáže uspokojivě odpovědět. Není se také čemu divit, teorie relativity není koncepčně jednoduchá, její závěry jdou často proti našemu běžnému chápání světa a navíc se s ní dnes na středních školách potkáme spíše výjimečně. Přitom moderní teorie relativity, tak jak ji zformuloval Einstein, je na světě téměř sto let. Přesněji, speciální teorie relativity (STR) byla zformulována již roku 1905 a její následovník, obecná teorie relativity (OTR), přibližně o deset let později.
Tento text si klade za cíl poskytnout čtenáři základní odpověď na otázku, co relativita je, čím se zabývá a k čemu je dobrá. Protože speciální relativita je přeci jen o trochu přístupnější a na některých středních školách se alespoň zmiňuje, bude naším hlavním cílem pochopit podstatu obecné teorie relativity. Ta fascinuje lidi již pěknou řadu let a stala se i inspirací pro nejeden sci-fi příběh. Černé díry, červí díry nebo cestování časem, to vše nějak s relativitou souvisí. Ale i když dojde řeč nakonec i na černé díry, na naší cestě za pochopením se přece jen budeme snažit držet trochu při zemi. Například jste možná slyšeli, že podle obecné relativity je prostoročas zakřivený. Co to ale znamená? Co je to prostoročas, jak se toto zakřivení projevuje a jak si ho vůbec můžeme představit? Nejvíce ze všeho bychom chtěli ukázat, že si fyzikové podobná tvrzení „nevycucali z prstu“, nýbrž je odvodili na základě pozorování, experimentů a logického uvažování. Chtěli bychom ukázat, že ačkoli se mohou moderní partie fyziky zdát složité, nejsou tím abstraktním a nepochopitelným strašákem, za kterého je spousta lidí považuje.
K úspěšnému pochopení následujícího textu stačí základní fyzikální znalosti ze středoškolské fyziky, zejména mechaniky hmotných bodů, a mysl otevřená novým myšlenkám. Připomeneme si důležité pojmy z mechaniky, bez kterých bychom se při výkladu neobešli, projdeme nejdůležitější poznatky speciální relativity - teorie, která velmi ovlivnila průběh fyziky 20. století, a ze které přímo vychází náš hlavní cíl, obecná teorie relativity. V tomto duchu je uspořádána struktura tohoto textu. Skládá se ze čtyř hlavních částí.
První část Základy vymezuje a připomíná základní fyzikální pojmy, které budeme potřebovat. Druhá část Klasická relativita má za cíl jednak ukázat, že relativita není jen ta moderní, Einsteinova, ale že se jedná o výrazně starší fyzikální koncept, ze kterého plyne například běžně používané skládání rychlostí. Zároveň si připravíme některé klasické závěry, abychom je v třetí části hned zbořili. Ukážeme si totiž základní předpovědi Speciální relativity, které silně otřásly lidským chápáním prostoru a času, a zejména zavedeme pojem prostoročasu, který bude hrát v našem příběhu hlavní roli. Nečekejte ale detailní debatu o STR, naším hlavním cílem je její mladší a řádně komplikovanější sestra Obecná relativita, kterou se budeme zabývat ve čtvrté a zároveň nejdelší části. Každá část se dále dělí na očíslované kapitoly (např. 1.1, 4.2 apod.) a ty pak na neočíslované tematické podkapitoly. Za každou částí následuje shrnutí a řešené příklady na procvičení. V případě čtvrté části, která je nejrozsáhlejší, jsou shrnutí a příklady po jednotlivých kapitolách.
Budeme se snažit nezůstat jen v populární rovině, což znamená použití i trochu té matematiky. Chceme-li opravdu pochopit nějakou fyzikální teorii, slova nestačí, protože jazykem fyziky je matematika. Naším cílem tak bude jakýsi kompromis mezi populárně-naučnými knihami a učebnicovým výkladem. Zejména ve čtvrté části, kde bychom chtěli nahlédnout do zákulisí OTR, budeme trochu balancovat na hraně vysokoškolské matematiky. Nemusíte se bát, všechno bude dostatečně vysvětleno a budeme klást důraz na praktickou představu, ne abstraktní počítání. Pokud se ale někdy stane, že nějaké matematice nebudete zcela rozumět, rozhodně se nic se neděje. Zásadní pojmy potkáme mnohokrát, tak na jejich pochopení bude dost času. Aby použité vzorečky nepadaly jen tak z nebe, budeme se snažit jich většinu odvodit, ale tato odvození jsou zcela nepovinná a jsou zamýšlena spíš pro zájemce (aby nepřekážela plynutí textu, lze si je vždy rozbalit).
Narazíte také na velké množství odkazů na další informace o zmíněných pojmech. V tomto ohledu budeme hodně využívat Wikipedii, protože je dobrým odrazovým můstkem při hledání informací. Většina takových odkazů bude na anglickou Wikipedii, protože je přece jen často detailnější než její česká verze, na kterou ale čtenář může vždy v případě potřeby přepnout.
Snad Vás tento text přesvědčí o tom, že relativita má hodně co říct ohledně podstaty našeho světa, a že se proto vyplatí s ní být alespoň trochu obeznámeni. Snad Vás i povzbudí do dalšího samostudia této zajímavé partie fyziky, proto na konci textu naleznete odkazy na další knihy a články, psané česky nebo anglicky, které rozšiřují a doplňují vše, co si zde řekneme. Pokud nechcete být při čtení závislí na připojení k internetu, v záložce Další je k dispozici také offline verze textu jako PDF. Záložka Relativistická dílna obsahuje návrh souboru aktivit určených zejména pro učitele fyziky, aby mohli do svých hodin zahrnout základy OTR co nejvíce praktickou formou.