Hva er prinsippet om relativitet i fysikk?

Relativitetsprinsippet holder fast at fysikkens lover vil fungere på samme måte under lignende forhold, uavhengig av en observatørs beliggenhet eller hastighet. Relativitetsprinsippet skal ikke forveksles med teoriene om generell eller spesiell relativitet, selv om disse teoriene bruker prinsippet som basis. Disse teoriene ble utviklet på 1900-tallet; relativitetsprinsippet ble forstått mye tidligere og illustrert av Galileo i et kjent eksempel kjent som “Galileos skip.” Einsteins anvendelse av relativitetsprinsippet på lys førte til hans banebrytende relativitetsteorier.

I århundrer ble vitenskap begrenset av den Ptolemaiske modellen av universet, der alle stjerner og planetariske organer ble antatt å bane rundt Jorden. Copernicus innså på 1500-tallet at solen var en mer sannsynlig sentral kropp, men denne troen ble motarbeidet av religiøse og vitenskapelige myndigheter. De hevdet at hvis jorden var i bevegelse, ville dette skape effekter som mennesker kunne observere. For eksempel ville en gjenstand som ble droppet fra en bygning lande et sted vest for bygningen, fordi planeten hadde rotert østover i løpet av den tiden gjenstanden falt.

Galileo, som skrev i 1632, tilbakeviste dette argumentet med det veltalende tankeeksperimentet “Galileos skip.” I dette eksemplet ville folk som ferdes glatt hav på et hurtigskip ikke kunne si om skipet var i bevegelse eller i ro hvis de var innelukket i en vindufri hytte. Eventuelle gjenstander i kabinen, inkludert flygende insekter, fisk i en bolle og en kastet ball, ville bevege seg de samme uansett hva skipets ytre bevegelse hadde. Med andre ord, bevegelsen deres vil være i forhold til omgivelsene deres, ikke eksterne faktorer. Det samme prinsippet gjelder for jorden, og det er grunnen til at mennesker ikke blir slått over av styrken til planetens rotasjon.

Sir Isaac Newton, som arbeidet senere samme århundre, anvendte relativitetsprinsippet på andre planetariske kropper og bevegelsesmekanikken generelt. Dette hjalp ham til å danne sine egne teorier, som ble grunnlaget for mye av moderne vitenskap. Gjennom århundrene har vitenskapens progresjon generelt vært borte fra den trøstende ideen om at det er et stabilt, uforanderlig referansepunkt som alle ting kan måles fra. I stedet har vitenskap gjentatte ganger bevist at det ikke er noe "fast" referansepunkt; alt må måles som relativt til noe annet.

Selv på begynnelsen av 1900-tallet trodde mange forskere at rommet var fylt med et stabilt medium kalt "eter." Einstein og andre forskere innså imidlertid at relativitetsprinsippet gjaldt alle fysikkens lover, noe som førte til berømte relativitetsteorier. Essensen i disse teoriene er at materie, energi, tid og til og med rommet i seg selv ikke er konstanter, men kan endre seg under de rette forholdene. Lysets hastighet, innså Einstein, var den eneste universelle konstanten som kunne brukes til å måle og bekrefte disse teoriene. Den klassiske modellen av Galileos skip har noen ganger blitt brukt på romskip for å illustrere prinsippet, der bevegelsen til et objekt i rommet bare kan måles i forhold til andre objekter.