La història de la relativitat especial consisteix en molts resultats teòrics i troballes empíriques obtingudes per Albert A. Michelson, Hendrik Lorentz, Henri Poincaré i altres. Va culminar en la teoria de la relativitat especial proposada per Albert Einstein i els treballs posteriors de Max Planck, Hermann Minkowski i altres.
Introducció Tot i que Isaac Newton va basar la seva física en el temps i l'espai absoluts, també es va adherir al principi de la relativitat de Galileo Galilei, que va reformular precisament per a sistemes mecànics. Es pot afirmar que, pel que fa a les lleis de la mecànica, tots els observadors en moviment inercial tenen els mateixos privilegis i no es pot atribuir cap estat de moviment preferit a cap observador inercial en particular. Tanmateix, la teoria electromagnètica i l'electrodinàmica, desenvolupades durant el segle XIX, no obeïen la relativitat de Galileu. La teoria ondulatòria de l'electromagnetisme o la llum vista com una pertorbació d'un "medi lluminós" o èter luminífer va ser àmpliament acceptada. La teoria va assolir la seva forma més desenvolupada en l'obra de James Clerk Maxwell. Maxwell pensava que tots els fenòmens òptics i elèctrics es propaguen a través d'un èter, fent que les seves equacions només fossin vàlides per a sistemes en repòs respecte a aquest èter.El concepte d'aquest èter va ser àmpliament debatut i sotmès a molts intents infructuosos per determinar experimentalment el moviment relatiu a l'èter.
El fracàs de qualsevol experiment per detectar moviment a través de l'èter va portar Hendrik Lorentz, a partir de 1892, a desenvolupar una teoria de l'electrodinàmica basada en un èter luminífer immòbil (sobre la constitució material del qual Lorentz no va especular), la contracció de la longitud física i un "temps local" en què les equacions de Maxwell conserven la seva forma en tots els marcs de referència inercials. Treballant amb la teoria de l'èter de Lorentz, Henri Poincaré, havent proposat anteriorment el "principi de la relativitat" com una llei general de la natura (inclosa l'electrodinàmica i la gravitació), va utilitzar aquest principi el 1905 per corregir les fórmules de transformació preliminars de Lorentz, donant lloc a un conjunt exacte d'equacions que ara s'anomenen transformacions de Lorentz.
Una mica més tard, aquell mateix any, Albert Einstein va publicar el seu article original sobre la relativitat especial. Va derivar independentment i reinterpretar radicalment les transformacions de Lorentz canviant les definicions fonamentals dels intervals d'espai i temps, tot abandonant la simultaneïtat absoluta de la cinemàtica galileana, evitant la necessitat de qualsevol referència a un èter luminífer en l'electrodinàmica clàssica. Abans de l'article d'Einstein, la relativitat galileana s'aplicava a la mecànica de partícules i la relativitat lorentziakana a l'electrodinàmica; posteriorment, ambdós sistemes van utilitzar transformacions de Lorentz.En treballs posteriors, Hermann Minkowski va introduir un model geomètric "espai-temps" de 4 dimensions, Arnold Sommerfeld va desenvolupar el tensor electromagnètic i Max Planck va aplicar el concepte de relativitat especial a la mecànica lagrangiana relativista.
La teoria especial de la relativitat va donar lleis invariants de la física en sistemes de referència inercials, però el significat d'aquests sistemes no va quedar clar fins al posterior desenvolupament d'Einstein del seu principi d'equivalència i la teoria general de la relativitat.Quan va actualitzar el seu llibre de 1911 sobre la relativitat, per incloure-hi la relativitat general el 1920, Robert Daniel Carmichael va anomenar l'obra anterior la "teoria restringida" com un "cas especial" de la nova teoria general; també va utilitzar l'expressió "teoria especial de la relativitat". En comparació amb la teoria general, el 1923, Einstein va anomenar específicament el seu treball anterior "la teoria especial de la relativitat", dient que es referia a una restricció als marcs de referència de moviment uniforme.
Èter i electrodinàmica de cossos en moviment Models d'èter i equacions de Maxwell Arran dels treballs de Thomas Young (1804) i Augustin-Jean Fresnel (1816), es creia que la llum es propaga com una ona transversal dins d'un medi elàstic anomenat èter luminífer. Tanmateix, es va fer una distinció entre fenòmens òptics i electrodinàmics, per la qual cosa va ser necessari crear models d'èter específics per a tots els fenòmens. Els intents d'unificar aquests models o de crear-ne una descripció mecànica completa no van tenir èxit, però després d'una feina considerable de molts científics, com ara Michael Faraday i Lord Kelvin, James Clerk Maxwell (1864) va desenvolupar una teoria precisa de l'electromagnetisme derivant un conjunt d'equacions d'electricitat, magnetisme i inductància, anomenades equacions de Maxwell. Va proposar per primera vegada que la llum eren, de fet, ondulacions (radiació electromagnètica) en el mateix medi eteri que és la causa dels fenòmens elèctrics i magnètics. Tanmateix, la teoria de Maxwell no era satisfactòria pel que fa a l'òptica dels cossos en moviment, i tot i que va ser capaç de presentar un model matemàtic complet, no va ser capaç de proporcionar una descripció mecànica coherent de l'èter.
Després que Heinrich Hertz demostrés l'existència de les ones electromagnètiques el 1887, la teoria de Maxwell va ser àmpliament acceptada. A més, Oliver Heaviside i Hertz van desenvolupar encara més la teoria i van introduir versions modernitzades de les equacions de Maxwell. Les equacions de "Maxwell-Hertz" o "Heaviside-Hertz" van formar posteriorment una base important per al desenvolupament posterior de l'electrodinàmica, i la notació de Heaviside encara s'utilitza avui dia. Altres contribucions importants a la teoria de Maxwell van ser fetes per George FitzGerald, Joseph John Thomson, John Henry Poynting, Hendrik Lorentz i Joseph Larmor.
Recerca de l'èter Pel que fa al moviment relatiu i la influència mútua de la matèria i l'èter, hi havia dues teories, cap de les quals era completament satisfactòria. Un va ser desenvolupat per Fresnel (i posteriorment per Lorentz). Aquest model (teoria de l'èter estacionari) suposava que la llum es propaga com una ona transversal i l'èter és parcialment arrossegat amb un cert coeficient per la matèria. Basant-se en aquesta suposició, Fresnel va poder explicar l'aberració de la llum i molts fenòmens òptics.
L'altra hipòtesi va ser proposada per George Gabriel Stokes, qui va afirmar el 1845 que l'èter era completament arrossegat per la matèria (més tard aquesta opinió també va ser compartida per Hertz). En aquest model, l'èter podria ser (per analogia amb la brea de pi) rígid per a objectes ràpids i fluid per a objectes més lents. Així, la Terra podria moure's a través d'ella amb força llibertat, però seria prou rígida per transportar llum. La teoria de Fresnel va ser preferida perquè el seu coeficient d'arrossegament va ser confirmat per l'experiment de Fizeau el 1851, que va mesurar la velocitat de la llum en líquids en moviment. miniatura|AA Michelson Albert A. Michelson (1881) va intentar mesurar el moviment relatiu de la Terra i l'èter (Èter-Vent), tal com s'esperava en la teoria de Fresnel, mitjançant un interferòmetre. No va poder determinar cap moviment relatiu, així que va interpretar el resultat com una confirmació de la tesi de Stokes. Tanmateix, Lorentz (1886) va demostrar que els càlculs de Michelson eren erronis i que havia sobreestimat la precisió de la mesura. Això, juntament amb el gran marge d'error, va fer que el resultat de l'experiment de Michelson no fos concloent. A més, Lorentz va demostrar que l'èter completament arrossegat de Stokes conduïa a conseqüències contradictòries i, per tant, va donar suport a una teoria de l'èter similar a la de Fresnel. Per comprovar de nou la teoria de Fresnel, Michelson i Edward W. Morley (1886) van realitzar una repetició de l'experiment de Fizeau. El coeficient d'arrossegament de Fresnel es va confirmar amb molta exactitud en aquella ocasió, i Michelson ara era de l'opinió que la teoria de l'èter estacionari de Fresnel era correcta. Per aclarir la situació, Michelson i Morley (1887) van repetir l'experiment de Michelson de 1881 i van augmentar substancialment la precisió de la mesura. Tanmateix, aquest ara famós experiment de Michelson-Morley va tornar a donar un resultat negatiu, és a dir, no es va detectar cap moviment de l'aparell a través de l'èter (tot i que la velocitat de la Terra és de 60 km/s diferent a l'hivern del nord que a l'estiu). Així doncs, els físics es van enfrontar a dos experiments aparentment contradictoris: l'experiment de 1886 com una aparent confirmació de l'èter estacionari de Fresnel, i l'experiment de 1887 com una aparent confirmació de l'èter completament arrossegat de Stokes.
Una possible solució al problema va ser mostrada per Woldemar Voigt (1887), qui va investigar l'efecte Doppler per a ones que es propaguen en un medi elàstic incompressible i va deduir relacions de transformació que van deixar l'equació d'ona en l'espai lliure sense canvis, i va explicar el resultat negatiu de l'experiment de Michelson-Morley. Les transformacions de Voigt inclouen el factor de Lorentz per a les coordenades y i z, i una nova variable de temps que més tard es va anomenar "hora local". Tanmateix, l'obra de Voigt va ser completament ignorada pels seus contemporanis.
FitzGerald (1889) va oferir una altra explicació del resultat negatiu de l'experiment de Michelson-Morley. Contràriament a Voigt, va especular que les forces intermoleculars possiblement eren d'origen elèctric, de manera que els cossos materials es contraurien en la línia de moviment (contracció de longitud). Això estava relacionat amb el treball de Heaviside (1887), que va determinar que els camps electroestàtics en moviment estaven deformats (el·lipsoide de Heaviside), cosa que condueix a condicions físicament indeterminades a la velocitat de la llum. Tanmateix, la idea de FitzGerald va romandre àmpliament desconeguda i no es va discutir abans que Oliver Lodge publiqués un resum de la idea el 1892. També Lorentz (1892b) va proposar la contracció de longitud independentment de FitzGerald per explicar l'experiment de Michelson-Morley. Per raons de plausibilitat, Lorentz es va referir a l'analogia de la contracció dels camps electroestàtics. No obstant això, fins i tot Lorentz va admetre que aquesta no era una raó necessària i que, en conseqüència, la contracció de la longitud va seguir sent una hipòtesi ad hoc.
La teoria dels electrons de Lorentz miniatura|Hendrik Anton Lorentz