Obecný princip relativity

Ve fyzice je princip relativity požadavek, aby rovnice popisující fyzikální zákony byly stejné pro všechny vztažné rámce.

V roce 300 př. n. l. se řecký filozof Aristoteles domníval, že těžké předměty padají rychleji než předměty, které nejsou těžké. Aristotelova přírodní věda byla v západním myšlení nejpopulárnější po dobu 2 000 let.

V roce 1600 italský astronom Galileo Galilei dokázal, že všechna tělesa padají se stejným zrychlením. Čím déle se tedy objekt pohybuje s konstantním zrychlením, tím větší je jeho konečná rychlost. Také pokud jsou různé předměty, z nichž každý má jinou hmotnost, upuštěny z klidu (počáteční rychlost je nulová) do stejné výšky ve vakuu, všechny dopadnou na zem stejnou rychlostí bez ohledu na svou hmotnost. Galileovy experimentální objevy a Newtonem matematicky vypracované pohybové zákony daly vzniknout moderní vědě.

Galileiho princip relativity říká: "Mechanickými prostředky nelze říci, zda se pohybujeme, nebo zůstáváme v klidu." Pokud se dva vlaky pohybují stejnou rychlostí stejným směrem, pak cestující v obou vlacích nepozná, že se některý z nich pohybuje. Pokud však cestující přijme pevný vztažný rámec, pevný bod, jako je Země, bude pak schopen zaznamenat pohyb jednoho z obou vlaků. Další věc je, že pokud člověk stojí na Zemi, nebude schopen si všimnout, že se pohybuje.

Tento princip je převzat pouze z pozorování. Pokud například cestujeme letadlem konstantní rychlostí, můžeme procházet vnitřkem letadla, aniž bychom si všimli něčeho zvláštního.

Z praktického hlediska to znamená, že Newtonovy pohybové zákony platí ve všech inerciálních soustavách, tedy v těch, které jsou v klidu, nebo v těch, které se pohybují konstantní rychlostí vzhledem k soustavě, která je považována za klidovou. To je zákon setrvačnosti: těleso v klidu setrvává v klidu a těleso v pohybu setrvává v přímočarém pohybu, pokud na něj nepůsobí vnější síla. Galileův souřadnicový systém je systém, ve kterém platí zákon setrvačnosti. Galileovy a Newtonovy mechanické zákony platí v galileovské souřadnicové soustavě. Je-li K galileovská souřadnicová soustava, pak každá jiná soustava K' je galileovská souřadnicová soustava, pokud leží v klidu nebo se pohybuje podle zákona setrvačnosti vzhledem ke K. Vzhledem ke K' platí Galileovy a Newtonovy mechanické zákony stejně jako vzhledem ke K.

Jinými slovy, pokud je hmota m v klidu nebo se pohybuje s konstantním zrychlením (konstantní zrychlení může být rovno nule, v tom případě by rychlost zůstala konstantní) po přímce vzhledem ke galileovské souřadnicové soustavě K, pak bude také v klidu nebo se pohybuje s konstantním zrychlením po přímce vzhledem k druhé souřadnicové soustavě K', pokud v soustavě K' platí zákon setrvačnosti (jinými slovy, pokud je to galileovská souřadnicová soustava).

Chceme-li tedy pozorovat nějaký jev v pohybující se soustavě s konstantní rychlostí, můžeme přímo použít Newtonovy zákony. Pokud se pohybující se soustava zrychlí (nebo my se vůči ní zrychlíme, například při pohledu na hvězdy ze Země), budeme muset zavést imaginární síly, abychom tento jev kompenzovali.

Tyto fiktivní síly se nazývají odstředivá síla a Coriolisova síla.

Newtonovy pohybové zákony jsou mechanicky přesné pro rychlosti, které jsou pomalé ve srovnání s rychlostí světla. Pro rychlosti, které se blíží rychlosti světla, je nutné použít objevy Einsteinovy speciální teorie relativity.

K popisu mechanického dění ve vesmíru používají fyzikové hmotnost, délku a čas. Ve fyzice Galilea a Newtona zůstávají tyto veličiny v celém vesmíru stejné.

Díky Einsteinově speciální teorii relativity se tyto veličiny mohou měnit.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to princip relativity?

Otázka: Kdo jako první navrhl tento princip?

Otázka: Co dokázal Galileo Galilei?

Otázka: Jak Galileovy objevy stály u zrodu moderní vědy?

Otázka: Co to znamená, když se dva vlaky pohybují stejnou rychlostí stejným směrem?

Otázka: Jak platí Newtonovy zákony, když se rychlost blíží rychlosti světla?

Hledání podle dopisu