In de natuurkunde, wat is het relativiteitsbeginsel?

Het relativiteitsbeginsel houdt in dat de wetten van de fysica onder vergelijkbare omstandigheden op dezelfde manier zullen werken, ongeacht de locatie of snelheid van een waarnemer. Het relativiteitsbeginsel moet niet worden verward met de theorieën van algemene of speciale relativiteitstheorie, hoewel deze theorieën het principe als hun basis gebruiken. Die theorieën zijn ontwikkeld in de 20e eeuw; het relativiteitsbeginsel werd veel eerder begrepen en geïllustreerd door Galileo in een beroemd voorbeeld dat bekend staat als 'Galileo's schip'. Einsteins toepassing van het relativiteitsbeginsel op licht leidde tot zijn baanbrekende relativiteitstheorieën.

Eeuwenlang werd de wetenschap beperkt door het Ptolemeïsche model van het universum, waarin werd aangenomen dat alle sterren en planetaire lichamen in een baan om de aarde draaiden. Copernicus realiseerde zich in de jaren 1500 dat de zon een waarschijnlijker centraal lichaam was, maar dit geloof werd tegengewerkt door religieuze en wetenschappelijke autoriteiten. Ze beweerden dat als de aarde in beweging zou zijn, dit effecten zou creëren die mensen konden waarnemen. Een object dat uit een gebouw is gevallen, zou bijvoorbeeld ergens ten westen van het gebouw landen, omdat de planeet naar het oosten was gedraaid gedurende de tijd dat het object viel.

Galileo, die in 1632 schreef, weerlegde dit argument met het welsprekende gedachte-experiment 'Galileo's schip'. In dit voorbeeld konden mensen die op een snel schip over gladde zeeën reizen niet weten of het schip in beweging of in rust was of ingesloten in een raamloze cabine. Alle objecten in de cabine, inclusief vliegende insecten, vissen in een kom en een gegooide bal, zouden hetzelfde bewegen, ongeacht de externe beweging van het schip. Met andere woorden, hun beweging zou relatief zijn aan hun omgeving, niet aan externe factoren. Hetzelfde principe is van toepassing op de aarde, daarom worden mensen niet omvergeworpen door de kracht van de rotatie van de planeet.

Sir Isaac Newton, die later in dezelfde eeuw werkte, paste het relativiteitsbeginsel toe op andere planetaire lichamen en de mechanica van beweging in het algemeen. Dit hielp hem zijn eigen theorieën te vormen, die de basis werden voor veel moderne wetenschap. Door de eeuwen heen is de vooruitgang van de wetenschap over het algemeen weg geweest van het geruststellende idee dat er een stabiel, onveranderlijk referentiepunt is van waaruit alle dingen kunnen worden gemeten. In plaats daarvan heeft de wetenschap herhaaldelijk bewezen dat er geen 'vast' referentiepunt is; alles moet worden gemeten als relatief aan iets anders.

Zelfs in het begin van de 20e eeuw geloofden veel wetenschappers dat de ruimte gevuld was met een stabiel medium dat 'ether' wordt genoemd. Einstein en andere wetenschappers beseften echter dat het relativiteitsbeginsel van toepassing was op alle natuurwetten, wat leidde tot beroemde relativiteitstheorieën. De essentie van deze theorieën is dat materie, energie, tijd en zelfs ruimte zelf geen constanten zijn, maar in de juiste omstandigheden kunnen veranderen. De snelheid van het licht, besefte Einstein, was de enige universele constante die kon worden gebruikt om deze theorieën te meten en te bevestigen. Het klassieke model van Galileo's schip is soms toegepast op ruimteschepen om het principe te illustreren, waarbij de beweging van een object in de ruimte alleen kan worden gemeten in relatie tot andere objecten.