Специальная теория относительности — это физическая теория, играющая фундаментальную роль в описании всех физических явлений, когда гравитацией можно пренебречь. Многие эксперименты сыграли (и играют) важную роль в её разработке и обосновании. Предсказательная сила теории заключается в её уникальной способности правильно получать с высокой точностью результаты чрезвычайно разнообразных опытов. Повторы многих из этих экспериментов всё ещё проводятся с неуклонно возрастающей точностью, а современные опыты сосредоточены на эффектах, ожидаемых в планковских масштабах и в нейтринных исследованиях. Их результаты согласуются с предсказаниями специальной теории относительности. Сборники различных тестов предоставлены многими авторами: Якобом Лаубом[1], Чжаном[2], Маттингли[3], Клиффордом Уиллом[4] и Робертсом/Шлейфом[5].
Специальная теория относительности ограничена плоским пространством-временем, то есть всеми явлениями без значительного влияния гравитации. Последняя лежит в области общей теории относительности, и необходимо рассмотреть соответствующие проверки общей теории относительности.
Преобладающей теорией распространения света в 19 веке была теория светоносного эфира, стационарной среды, в которой свет движется аналогично тому, как звук в воздухе. По аналогии отсюда следует, что скорость света постоянна во всех направлениях в эфире и не зависит от скорости источника. Таким образом, наблюдатель, движущийся относительно эфира, должен измерять своего рода «эфирный ветер», точно так же, как наблюдатель, движущийся относительно воздуха, измеряет кажущийся ветер.
Начиная с работы Франсуа Араго (1810 г.), был проведён ряд оптических опытов, которые должны были дать положительный результат для величин до первого порядка по v/c и которые, таким образом, должны были продемонстрировать относительное движение эфира. И всё же результаты были отрицательными. Объяснение дал Огюстен Френель (1818 г.) введением вспомогательной гипотезы, так называемого «коэффициента увлечения», то есть материя увлекает эфир в незначительной степени. Этот коэффициент был непосредственно продемонстрирован экспериментом Физо (1851 г.). Позже было показано, что все оптические опыты первого порядка должны давать отрицательный результат из-за этого коэффициента. Кроме того, были проведены некоторые электростатические эксперименты первого порядка, которые снова дали отрицательные результаты. В целом Хендрик Лоренц (1892, 1895) ввёл несколько новых вспомогательных переменных для движущихся наблюдателей, продемонстрировав, почему все оптические и электростатические опыты первого порядка дали нулевые результаты. Например, Лоренц предложил переменную местоположения, с помощью которой электростатические поля сокращаются на линии движения, и другую переменную («местное время»), с помощью которой временные координаты движущихся наблюдателей зависят от их текущего местоположения[1].