Načelo relativnosti

V fiziki je načelo relativnosti zahteva, da so enačbe, ki opisujejo fizikalne zakone, enake za vse referenčne okvire.

Grški filozof Aristotel je leta 300 pred našim štetjem menil, da težki predmeti padajo hitreje kot neztežki. Aristotelova naravoslovna znanost je bila 2.000 let najbolj priljubljena v zahodni miselnosti.

Leta 1600 je italijanski astronom Galileo Galilei dokazal, da vsa telesa padajo z enakim pospeškom. Zato je končna hitrost predmeta tem večja, čim dlje se giblje s konstantnim pospeškom. Tudi če iz mirovanja (začetna hitrost je enaka nič) na isti višini v vakuumu spustimo različne predmete, ki imajo različno maso, bodo vsi padli na tla z enako hitrostjo, ne glede na njihovo maso. Galilejeva eksperimentalna odkritja in zakoni gibanja, ki jih je matematično razvil Newton, so botrovali nastanku sodobne znanosti.

Galilejevo načelo relativnosti pravi: "Z mehanskimi sredstvi ni mogoče ugotoviti, ali se gibljemo ali mirujemo." Če se dva vlaka gibljeta z enako hitrostjo v isto smer, potnik v enem od njiju ne bo mogel opaziti, da se kateri od njiju premika. Če pa potnik vzame fiksni referenčni okvir, fiksno točko, kot je Zemlja, bo lahko opazil gibanje katerega koli vlaka. Če stojimo na Zemlji, ne bomo mogli opaziti, da se premika.

To načelo je povzeto iz opazovanja. Če na primer potujemo z letalom s konstantno hitrostjo, se lahko sprehodimo skozi notranjost letala, ne da bi opazili kaj posebnega.

V praksi to pomeni, da Newtonovi zakoni gibanja veljajo v vseh inercialnih sistemih, torej v tistih, ki mirujejo, ali tistih, ki se gibljejo s konstantno hitrostjo glede na mirujočega. To je zakon vztrajnosti: telo v mirovanju ostane v mirovanju, telo v gibanju pa se še naprej giblje po premici, če nanj ne vpliva zunanja sila. Galilejev koordinatni sistem je sistem, v katerem velja zakon vztrajnosti. Galilejevi in Newtonovi zakoni mehanike veljajo v galilejskem koordinatnem sistemu. Če je K galilejski koordinatni sistem, potem je vsak drug sistem K' galilejski koordinatni sistem, če miruje ali se giblje po zakonu vztrajnosti glede na K. Glede na K' veljajo Galilejevi in Newtonovi mehanski zakoni enako kot glede na K.

Z drugimi besedami, če masa m miruje ali se giblje s konstantnim pospeškom (konstantni pospešek je lahko enak nič, v tem primeru bi hitrost ostala konstantna) po premici glede na galilejski koordinatni sistem K, potem bo tudi mirovala ali se gibala s konstantnim pospeškom po premici glede na drugi koordinatni sistem K', če v sistemu K' velja zakon vztrajnosti (z drugimi besedami, če je to galilejski koordinatni sistem).

Če torej želimo opazovati učinek v sistemu, ki se giblje s konstantno hitrostjo, lahko neposredno uporabimo Newtonove zakone. Če gibajoči se sistem pospeši (ali pa mi pospešimo glede na njega, kot pri opazovanju zvezd z Zemlje), bomo morali uvesti namišljene sile, da bi ta učinek izravnali.

Ti fiktivni sili se imenujeta centrifugalna sila in Coriolisova sila.

Newtonovi zakoni gibanja so mehansko natančni za hitrosti, ki so majhne v primerjavi s hitrostjo svetlobe. Za hitrosti, ki se približujejo hitrosti svetlobe, je treba uporabiti odkritja Einsteinove posebne teorije relativnosti.

Fiziki za opis mehanskega dogajanja v vesolju uporabljajo maso, dolžino in čas. V Galilejevi in Newtonovi fiziki so te količine v celotnem vesolju enake.

Z Einsteinovo posebno teorijo relativnosti se te količine lahko spremenijo.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je načelo relativnosti?

V: Kdo je prvi predlagal to načelo?

V: Kaj je dokazal Galileo Galilei?

V: Kako so Galilejeva odkritja botrovala nastanku sodobne znanosti?

V: Kaj pomeni, če se dva vlaka gibljeta z enako hitrostjo v isti smeri?

V: Kako veljajo Newtonovi zakoni, ko se hitrosti približajo svetlobni hitrosti?

Išči po črki