Η αρχή της σχετικότητας

Η αρχή της σχετικότητας που εισήγαγε το Galileo επεκτάθηκε πρώτα σε μηχανικά συστήματα. Είπε ότι κανένα μηχανικό πείραμα δεν μπορεί να καθορίσει εάν το σύστημα είναι σε ηρεμία ή ευθεία και ομοιόμορφα κινείται. Με άλλα λόγια, όταν τα ίδια μηχανικά πειράματα εκτελούνται σε διαφορετικά συστήματα αδρανειακών συντεταγμένων (με ενεργητικές δυνάμεις αδρανείας) , τα αποτελέσματα θα είναι παρόμοια.

Ο Galileo παρατήρησε ότι οι μηχανισμοί των κινήσεων, ή μάλιστα των συγκρούσεων, των επιπτώσεων, της πτήσης των βλημάτων και άλλων φαινομένων, δίνουν τα ίδια αποτελέσματα: τόσο σε ομοιόμορφα όσο και σε ευθύγραμμα κινούμενα εργαστήρια και σε όσους βρίσκονται σε κατάσταση ηρεμίας.

Αυτή η μηχανική αρχή της σχετικότητας μπορεί να εξηγηθεί στο ακόλουθο παράδειγμα. Ας πούμε ότι ένα αυτοκίνητο περνάει κοντά σε άλλο χωρίς να τρέχει, δηλαδή με σταθερή ταχύτητα, ομοιόμορφα. Και όλα γύρω περικυκλώνονται σε μια τέτοια πυκνή πυκνή ομίχλη που σχεδόν δεν είναι ορατή σχεδόν τίποτα. Το ερώτημα είναι: Μπορούν οι επιβάτες στο αυτοκίνητο να καθορίσουν ποιο από αυτά κινείται; Μπορούν να βοηθηθούν κάνοντας πειράματα στη μηχανική;

Αποδεικνύεται ότι στην περίπτωση αυτή οι επιβάτες μπορούν μόνο να παρατηρήσουν σχετική κίνηση. Παρά το γεγονός ότι όλοι οι νόμοι της κίνησης και οι κανόνες προσθήκης διανυσμάτων αναπτύσσονται με τη βοήθεια των κινούμενων εργαστηρίων, δεν εντοπίζουν "δεν αισθάνονται" οποιαδήποτε επιρροή αυτού του κινήματος στους εαυτούς τους. Η αρχή της σχετικότητας δείχνει επίσης ότι κανένα μηχανικό πείραμα δεν θα μας επιτρέψει να ανιχνεύσουμε μια ευθύγραμμη ομοιόμορφη κίνηση του πλαισίου αναφοράς σε σχέση με τα αστέρια και τον ήλιο. Ωστόσο, όταν το πλαίσιο αναφοράς επιταχύνεται σε σχέση με τα αστέρια και τον ήλιο, επηρεάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων.

Η αρχή της σχετικότητας στη μηχανική Galilean αξίζει ιδιαίτερη προσοχή. Κανένα από τα συστήματα της Γαλιλαίας δεν μπορεί να προτιμηθεί κατ 'αρχήν, παρά το γεγονός ότι από πρακτική άποψη είναι σκόπιμο να θεωρηθεί το σύστημα αναφοράς ως το προτιμώμενο ανάλογα με την κατάσταση.

Έτσι, για τον επιβάτη στο αυτοκίνητο του επιβάτη το σύστημα συντεταγμένων που είναι συνδεδεμένο με το μηχάνημα θα είναι ένα σύστημα αναφοράς πιο φυσικό από αυτό που σχετίζεται με το δρόμο. Και το τελευταίο σύστημα, με τη σειρά του, θα γίνει πιο βολικό για ένα άτομο που παρακολουθεί την κίνηση του αυτοκινήτου, στέκεται κοντά στο δρόμο. Τα διαφορετικά συστήματα Galilean έχουν μια θεμελιώδη ισοδυναμία, η οποία εκφράζεται στο γεγονός ότι για τη μετάβαση μεταξύ των συστημάτων υπάρχουν οι ίδιοι τύποι και η μεταβλητή τιμή είναι μόνο η τιμή της σχετικής ταχύτητας.

Αυτή η αρχή της σχετικότητας θεωρείται από την άποψη της κινηματικής, αλλά αυτή η ισοδυναμία των διαφορετικών συστημάτων είναι χαρακτηριστική της δυναμικής. Αυτή είναι η κλασική αρχή της σχετικότητας.

Υπάρχει επίσης μια ειδική αρχή που ισχύει για κάθε φυσικό φαινόμενο, όχι μόνο για μηχανικές κινήσεις. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι για κάθε σύστημα συντεταγμένων που κινείται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα σε σχέση με το άλλο, οποιαδήποτε φυσικά φαινόμενα προχωρούν με τον ίδιο τρόπο και κάθε φυσικό πείραμα δίνει παρόμοιο αποτέλεσμα.

Η διάταξη αυτή ορίζεται ως ειδική αρχή της σχετικότητας, αφού αναφέρεται σε ειδικές περιπτώσεις ευθύγραμμης ομοιόμορφης κίνησης. Σε μια τέτοια περίπτωση, όλοι οι νόμοι φαίνονται ίδιοι τόσο για τα συστήματα συντεταγμένων που σχετίζονται με τα αστέρια όσο και για οποιαδήποτε άλλα συστήματα κινούνται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα σε σχέση με τα αστέρια.

Υπάρχει επίσης μια γενικότερη αρχή που καλύπτει περιπτώσεις συστημάτων συντεταγμένων με επιταχυνόμενη κίνηση. Ονομάζεται γενική αρχή της σχετικότητας.