Принципы относительности

В формировании современных представлений о пространстве и времени большую роль сыграли принципы относительности. Эти принципы формулируются для т.н. инерциальных систем отсчета.

Инерциальными системами отсчета (СО) называются СО, движущиеся равномерно и прямолинейно. Системы отсчета, движущиеся с ускорением, называются неинерциальными.

Необходимо отметить, что если в природе существует одна инерциальная система отсчета, то их имеется бесконечное множество. На самом деле в реальном мире не встречаются в полной мере инерциальные системы отсчета. Так, Земля вращается вокруг своей оси и движется по криволинейной траектории вокруг Солнца, следовательно, обладает нормальным (центростремительным) ускорением. Солнце движется вокруг центра Галактики и т.д. Обычно при решении технических задач можно пренебречь ускорением Земли и считать инерциальной систему отсчета, связанную с земной поверхностью (геоцентрическая СО). Однако в ряде случаев неинерциальность СО, связанной с Землей, оказывает существенное влияние на характер рассматриваемых относительно нее механических явлений (например, вращение плоскости качаний маятника Фуко). В этом случае инерциальной считают систему отсчета, центр которой совмещен с Солнцем, а оси направлены на соответствующим образом выбранные звезды (гелиоцентрическая СО).

Согласно принципу относительности Галилея уравнения динамики оказываются инвариантными (т.е. не изменяются) при переходе от одной инерциальной системы отсчета (ИСО) к другой. Никакими механическими опытами, проведенными в данной системе отсчета, нельзя установить, движется эта система равномерно и прямолинейно или покоится. Галилей разъяснял это положение различными наглядными примерами. Представим путешественника в закрытой каюте спокойно плывущего корабля. Он не замечает никаких признаков движения. Если в каюте летают мухи, они отнюдь не скапливаются у задней стенки каюты, а спокойно перемещаются по всему объему. Если подбросить мячик вертикально вверх, он упадет прямо вниз, а не отстанет от корабля, не упадет ближе к корме.

Принцип относительности Эйнштейна является обобщением механического принципа относительности на любые физические процессы. Никакими опытами (механическими, электрическими, оптическими и др.), проведенными в данной инерциальной СО, нельзя установить, движется эта система равномерно и прямолинейно или покоится. Все законы природы одинаковы во всех инерциальных СО; уравнения, выражающие эти законы, инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой.

Таким образом, принципы относительности утверждают, что все инерциальные системы отсчета являются эквивалентными.