In fisica con teoria della relatività si intende un insieme di teorie basate sul principio che la forma delle leggi della fisica debba essere invariante al cambiamento del sistema di riferimento.
Il primo principio di relatività fu formulato da Galileo riguardo all'invarianza delle leggi della meccanica classica fra sistemi di riferimento inerziali in moto relativo tra loro, principio esteso da Einstein alle leggi dell'elettromagnetismo con la teoria della relatività ristretta. Lo sviluppo della relatività generale e del conseguente principio di covarianza generale permise di estendere il principio di relatività anche ai sistemi di riferimento non inerziali.
La relatività galileiana
La scienza moderna comincia con l'assunto fondamentale, dovuto a Galileo Galilei, che le leggi della meccanica abbiano la stessa forma matematica rispetto a qualunque sistema di riferimento nel quale valga il principio di inerzia. Questo assunto definito nel 1609, è oggi chiamato principio di relatività galileiano.
Dal punto di vista matematico, sono legate alla relatività galileiana, basata sull'uguaglianza delle leggi della meccanica in ogni sistema di riferimento inerziale, le trasformazioni galileiane, cioè le equazioni che governano i cambiamenti di coordinate da un sistema di riferimento a un altro che si muove con velocità costante rispetto al primo.
Le trasformazioni galileiane, valide con ottima approssimazione nei casi in cui si può supporre la velocità della luce infinita rispetto alle altre velocità, come nella meccanica classica, non hanno validità in altri campi, come per esempio nell'elettromagnetismo.
La relatività di Einstein
Verso la fine dell'Ottocento, Ernst Mach e diversi altri fisici si scontrarono con i limiti della relatività galileiana, non applicabile ai fenomeni elettromagnetici; fra questi Hendrik Lorentz riuscì a ricavare trasformazioni coerenti con l'elettromagnetismo.
Albert Einstein si trovò di fronte quindi a due trasformazioni: quelle di Galileo, valide in meccanica classica, e quelle di Lorentz, valide per l'elettromagnetismo, ma prive di un supporto teorico convincente. La situazione era molto insoddisfacente in quanto queste due trasformazioni e i principi di relatività a esse associati erano incompatibili.
