Kas ir relativitātes princips fizikā?

Relativitātes princips nosaka, ka fizikas likumi līdzīgos apstākļos darbosies vienādi neatkarīgi no novērotāja atrašanās vietas vai ātruma. Relativitātes principu nevajadzētu jaukt ar vispārējās vai speciālās relativitātes teorijām, lai gan šīs teorijas izmanto šo principu kā savu pamatu. Šīs teorijas tika izstrādātas 20. gadsimtā; relativitātes principu saprata daudz agrāk, un Galileo to ilustrēja slavenā piemērā, kas pazīstams kā “Galileo kuģis”. Einšteina relativitātes principa piemērošana gaismai noveda pie viņa revolucionārām relativitātes teorijām.

Gadsimtiem ilgi zinātni ierobežoja Ptolemaja Visuma modelis, kurā tika uzskatīts, ka visas zvaigznes un planētu ķermeņi riņķo ap Zemi. Koperniks 1500. gados saprata, ka saule, visticamāk, ir centrālais ķermenis, taču šai pārliecībai iebilda reliģiskās un zinātnes autoritātes. Viņi apgalvoja, ka, ja Zeme būtu kustībā, tas radītu efektus, ko cilvēki varētu novērot. Piemēram, no ēkas nomests objekts nokristos kaut kur uz rietumiem no ēkas, jo planēta bija pagriezusies uz austrumiem laikā, kad objekts krīt.

Galilejs, rakstot 1632. gadā, atspēkoja šo argumentu ar daiļrunīgo domu eksperimentu “Galileo kuģis”. Šajā piemērā cilvēki, kas ceļo gludā jūrā uz ātra kuģa, nevarētu noteikt, vai kuģis ir kustībā vai atrodas miera stāvoklī, ja viņi atrodas kajītē bez logiem. Jebkuri priekšmeti kabīnē, tostarp lidojoši kukaiņi, zivis bļodā un izmesta bumbiņa, pārvietotos vienādi neatkarīgi no kuģa ārējās kustības. Citiem vārdiem sakot, viņu kustība būtu saistīta ar vidi, nevis ārējiem faktoriem. Tas pats princips attiecas uz Zemi, tāpēc cilvēkus neapgāž planētas rotācijas spēks.

Sers Īzaks Ņūtons, kas strādāja vēlāk tajā pašā gadsimtā, piemēroja relativitātes principu citiem planētu ķermeņiem un kustības mehānikai kopumā. Tas viņam palīdzēja izveidot savas teorijas, kas kļuva par pamatu lielai daļai mūsdienu zinātnes. Gadsimtu gaitā zinātnes attīstība parasti ir bijusi tālu no mierinošās idejas, ka ir kāds stabils, nemainīgs atskaites punkts, no kura var izmērīt visas lietas. Tā vietā zinātne vairākkārt ir pierādījusi, ka nav “noteikta” atskaites punkta; viss ir jāmēra kā attiecībā pret kaut ko citu.

Pat 20. gadsimta sākumā daudzi zinātnieki uzskatīja, ka kosmoss ir piepildīts ar stabilu vidi, ko sauc par “ēteru”. Tomēr Einšteins un citi zinātnieki saprata, ka relativitātes princips attiecas uz visiem fizikas likumiem, kas noveda pie slavenām relativitātes teorijām. Šo teoriju būtība ir tāda, ka matērija, enerģija, laiks un pat telpa pati par sevi nav konstantes, bet var mainīties pareizos apstākļos. Einšteins saprata, ka gaismas ātrums ir vienīgā universālā konstante, ko var izmantot, lai izmērītu un apstiprinātu šīs teorijas. Galileo kuģa klasiskais modelis dažkārt ir piemērots kosmosa kuģiem, lai ilustrētu principu, saskaņā ar kuru objekta kustību kosmosā var izmērīt tikai attiecībā pret citiem objektiem.