Kaj je v fiziki načelo relativnosti?

Načelo relativnosti pravi, da bodo zakoni fizike v podobnih pogojih delovali na enak način, ne glede na lokacijo ali hitrost opazovalca. Načela relativnosti ne smemo zamenjevati s teorijami splošne ali posebne relativnosti, čeprav te teorije uporabljajo to načelo kot svojo osnovo. Te teorije so se razvile v 20. stoletju; načelo relativnosti je razumel že veliko prej in ga je Galileo ponazoril v znamenitem primeru, znanem kot »Galilejeva ladja«. Einsteinova uporaba načela relativnosti na svetlobo je privedla do njegovih prelomnih relativnostnih teorij.

Stoletja je bila znanost omejena s ptolemajevim modelom vesolja, v katerem so verjeli, da vse zvezde in planetarna telesa krožijo okoli Zemlje. Kopernik je v 1500-ih spoznal, da je sonce bolj verjetno osrednje telo, vendar so temu prepričanju nasprotovale verske in znanstvene oblasti. Trdili so, da če bi bila Zemlja v gibanju, bi to ustvarilo učinke, ki bi jih ljudje lahko opazili. Na primer, predmet, ki je padel iz stavbe, bi pristal nekje zahodno od zgradbe, ker se je planet med tem, ko je objekt padal, zavrtel proti vzhodu.

Galileo, ki je pisal leta 1632, je ta argument ovrgel z zgovornim miselnim eksperimentom »Galilejeva ladja«. V tem primeru ljudje, ki potujejo po gladkem morju na hitri ladji, ne bi mogli ugotoviti, ali je ladja v gibanju ali v mirovanju, če so zaprti v kabini brez oken. Vsi predmeti v kabini, vključno z letečimi žuželkami, ribami v skledi in vrženo žogo, bi se premikali enako, ne glede na zunanje gibanje ladje. Z drugimi besedami, njihovo gibanje bi bilo glede na njihovo okolje, ne na zunanje dejavnike. Enako načelo velja za Zemljo, zato ljudi ne prevrne zaradi sile vrtenja planeta.

Sir Isaac Newton, ki je delal pozneje v istem stoletju, je uporabil načelo relativnosti za druga planetarna telesa in mehaniko gibanja na splošno. To mu je pomagalo oblikovati lastne teorije, ki so postale osnova za večino sodobne znanosti. Skozi stoletja je bil napredek znanosti na splošno stran od tolažilne ideje, da obstaja neka stabilna, nespremenljiva referenčna točka, s katere je mogoče vse stvari izmeriti. Namesto tega je znanost večkrat dokazala, da ni »fiksne« referenčne točke; vse je treba meriti glede na nekaj drugega.

Tudi v začetku 20. stoletja so mnogi znanstveniki verjeli, da je prostor napolnjen s stabilnim medijem, imenovanim “eter”. Einstein in drugi znanstveniki pa so spoznali, da načelo relativnosti velja za vse zakone fizike, kar je vodilo do slavnih relativnostnih teorij. Bistvo teh teorij je, da materija, energija, čas in celo prostor sam po sebi niso konstante, ampak se lahko spreminjajo v pravih pogojih. Einstein je spoznal, da je svetlobna hitrost edina univerzalna konstanta, ki bi jo lahko uporabili za merjenje in potrditev teh teorij. Klasični model Galilejeve ladje je bil včasih uporabljen za vesoljske ladje za ponazoritev načela, po katerem je gibanje predmeta v prostoru mogoče izmeriti le glede na druge objekte.