Vad är principen om relativitet i fysik?

Relativitetsprincipen säger att fysikens lagar kommer att fungera på samma sätt under liknande förhållanden, oavsett observatörens plats eller hastighet. Relativitetsprincipen bör inte förväxlas med teorierna om generell eller speciell relativitet, även om dessa teorier använder principen som grund. Dessa teorier utvecklades under 1900-talet; relativitetsprincipen förstods mycket tidigare och illustrerades av Galileo i ett berömt exempel känt som ”Galileos skepp.” Einsteins tillämpning av relativitetsprincipen på ljus ledde till hans banbrytande relativitetsteorier.

I århundraden begränsades vetenskapen av universumets ptolemaiska modell, där alla stjärnor och planetariska kroppar tros kretsa om jorden. Copernicus insåg på 1500-talet att solen var en mer trolig central kropp, men denna tro motsatte sig religiösa och vetenskapliga myndigheter. De hävdade att om jorden var i rörelse skulle detta skapa effekter som människor kunde observera. Till exempel skulle ett föremål som tappades från en byggnad landa någonstans väster om byggnaden, eftersom planeten hade roterat österut under den tid objektet föll.

Galileo, som skrev 1632, motbevisade detta argument med det vältaliga tankesperimentet ”Galileos fartyg.” I det här exemplet skulle människor som reser släta hav på ett snabbt fartyg inte kunna berätta om fartyget var i rörelse eller i vila om de var innesluten i en fönsterfri stuga. Alla föremål i kabinen, inklusive flygande insekter, fisk i en skål och en kastad boll, skulle röra sig samma oavsett fartygets yttre rörelse. Med andra ord, deras rörelse skulle vara relativt deras miljö, inte externa faktorer. Samma princip gäller för jorden, varför människor inte slås över av kraften i planetens rotation.

Sir Isaac Newton, som arbetade senare samma århundrade, använde relativitetsprincipen på andra planetkroppar och rörelsemekaniken i allmänhet. Detta hjälpte honom att bilda sina egna teorier, som blev grunden för mycket av modern vetenskap. Under århundradena har vetenskapens utveckling generellt varit borta från den tröstande tanken att det finns någon stabil, oföränderlig referenspunkt från vilken allt kan mätas. Istället har vetenskapen upprepade gånger bevisat att det inte finns någon "fast" referenspunkt; allt måste mätas som relativt något annat.

Även i början av 1900-talet trodde många forskare att rymden var fylld med ett stabilt medium som kallas ”eter.” Einstein och andra forskare insåg dock att relativitetsprincipen tillämpades på alla fysiklagar, vilket ledde till berömda relativitetsteorier. Kärnan i dessa teorier är att materia, energi, tid och till och med rymden i sig inte är konstanter utan kan förändras under de rätta förhållandena. Ljusens hastighet, insåg Einstein, var den enda universella konstanten som kunde användas för att mäta och bekräfta dessa teorier. Den klassiska modellen av Galileos fartyg har ibland tillämpats på rymdskepp för att illustrera principen, där rörelsen av ett objekt i rymden endast kan mätas i förhållande till andra objekt.