Što je u fizici načelo relativnosti?

Načelo relativnosti smatra da će zakoni fizike funkcionirati na isti način u sličnim uvjetima, bez obzira na lokaciju ili brzinu promatrača. Načelo relativnosti ne treba miješati s teorijama opće ili posebne relativnosti, iako te teorije koriste to načelo kao svoju osnovu. Te su teorije razvijene u 20. stoljeću; princip relativnosti shvatio je mnogo ranije i Galileo ga je ilustrirao u poznatom primjeru poznatom kao “Galilejev brod”. Einsteinova primjena principa relativnosti na svjetlost dovela je do njegovih revolucionarnih teorija relativnosti.

Stoljećima je znanost bila ograničena ptolemejskim modelom svemira, u kojem se vjerovalo da sve zvijezde i planetarna tijela kruže oko Zemlje. Kopernik je u 1500-ima shvatio da je Sunce vjerojatnije središnje tijelo, no tom su se uvjerenju suprotstavili vjerski i znanstveni autoriteti. Tvrdili su da kada bi se Zemlja kretala, to bi stvorilo efekte koje bi ljudi mogli promatrati. Na primjer, predmet ispušten sa zgrade sletio bi negdje zapadno od zgrade, jer se planet rotirao prema istoku za vrijeme dok je objekt padao.

Galileo je, pišući 1632. godine, opovrgnuo ovaj argument rječitim misaonim eksperimentom “Galilejev brod”. U ovom primjeru, ljudi koji putuju po glatkim morima na brzom brodu ne bi mogli reći je li brod u pokretu ili miruje ako su zatvoreni u kabini bez prozora. Bilo koji predmeti u kabini, uključujući leteće insekte, ribu u zdjeli i bačenu loptu, kretali bi se jednako bez obzira na vanjsko kretanje broda. Drugim riječima, njihovo bi kretanje bilo u odnosu na njihovu okolinu, a ne na vanjske čimbenike. Isti princip vrijedi i za Zemlju, zbog čega ljude ne prevrne sila rotacije planeta.

Sir Isaac Newton, radeći kasnije u istom stoljeću, primijenio je princip relativnosti na druga planetarna tijela i mehaniku gibanja općenito. To mu je pomoglo da formira vlastite teorije, koje su postale temelj za veći dio moderne znanosti. Tijekom stoljeća, napredak znanosti općenito je bio daleko od utješne ideje da postoji neka stabilna, nepromjenjiva referentna točka s koje se sve stvari mogu mjeriti. Umjesto toga, znanost je više puta dokazala da ne postoji “fiksna” referentna točka; sve se mora mjeriti u odnosu na nešto drugo.

Čak su i početkom 20. stoljeća mnogi znanstvenici vjerovali da je prostor ispunjen stabilnim medijem zvanim “eter”. Einstein i drugi znanstvenici su, međutim, shvatili da se princip relativnosti primjenjuje na sve zakone fizike, što je dovelo do poznatih teorija relativnosti. Bit ovih teorija je da materija, energija, vrijeme, pa čak i prostor sam po sebi nisu konstante već se mogu mijenjati u pravim uvjetima. Brzina svjetlosti, shvatio je Einstein, jedina je univerzalna konstanta koja se može koristiti za mjerenje i potvrdu ovih teorija. Klasični model Galileovog broda ponekad se primjenjuje na svemirske brodove kako bi se ilustriralo načelo u kojem se kretanje objekta u prostoru može mjeriti samo u odnosu na druge objekte.