Relativitetsprincip
Inden for fysikken er relativitetsprincippet et krav om, at ligningerne, der beskriver fysikkens love, er de samme i alle referencerammer.
I 300 f.Kr. mente den græske filosof Aristoteles, at tunge genstande falder hurtigere end ikke-tunge genstande. Aristoteles' naturvidenskab var den mest populære i vestlig tænkning i 2 000 år.
I 1600 beviste den italienske astronom Galileo Galilei, at alle objekter falder med samme acceleration. Jo længere en genstand bevæger sig med konstant acceleration, jo hurtigere er dens sluthastighed derfor. Hvis forskellige genstande med hver sin masse falder fra hvile (udgangshastighed nul) i samme højde i et vakuum, vil de alle ramme jorden med samme hastighed, uanset deres masse. Galileos eksperimentelle opdagelser og Newtons matematisk udviklede bevægelseslove gav fødsel til den moderne videnskab.
Galileos relativitetsprincip fastslår, at "det er umuligt at sige med mekaniske midler, om vi bevæger os eller står stille". Hvis to tog kører med samme hastighed i samme retning, vil en passager i et af togene ikke kunne se, at et af togene bevæger sig. Men hvis passageren har en fast referenceramme, et fast punkt, f.eks. jorden, vil han kunne se, at et af togene bevæger sig. En anden ting er, at hvis man står på jorden, vil man ikke kunne se, at den bevæger sig.
Dette princip er blot et resultat af en observation. Hvis vi f.eks. rejser med et fly med konstant hastighed, kan vi gå gennem flyet uden at bemærke noget særligt.
Fra et praktisk synspunkt betyder det, at Newtons bevægelseslove gælder for alle inertialsystemer, dvs. systemer i hvile eller systemer, der bevæger sig med konstant hastighed i forhold til et system, der betragtes som værende i hvile. Dette er inertiloven: et legeme i hvile forbliver i hvile, og et legeme i bevægelse fortsætter sin bevægelse i en lige linje, medmindre det påvirkes af en ydre kraft. Et Galileisk koordinatsystem er et system, hvor inertieloven er gældende. Galileos og Newtons mekaniske love er gyldige i et Galileisk koordinatsystem. Hvis K er et Galileisk koordinatsystem, er ethvert andet system K' et Galileisk koordinatsystem, hvis det ligger i hvile eller bevæger sig i henhold til inertiens lov i forhold til K. I forhold til K' er Galileos og Newtons mekaniske love lige så gyldige som i forhold til K.
Hvis K' i forhold til K er et koordinatsystem, der bevæger sig i henhold til inertiens lov og er uden rotation, så adlyder naturlovene de samme generelle principper i K' som i K. Dette udsagn er kendt som relativitetsprincippet.Med andre ord, hvis en masse m er i hvile eller bevæger sig med konstant acceleration (den konstante acceleration kan være lig nul, i hvilket tilfælde hastigheden forbliver konstant) i en lige linje i forhold til et Galileisk koordinatsystem K, så vil den også være i hvile eller bevæge sig med konstant acceleration i en lige linje i forhold til et andet koordinatsystem K', forudsat at inertieloven er gyldig i system K' (med andre ord, forudsat at det er et Galileisk koordinatsystem).
Hvis vi ønsker at observere en effekt i et system i bevægelse med konstant hastighed, kan vi derfor anvende Newtons love direkte. Hvis det bevægelige system bliver hurtigere (eller hvis vi bliver hurtigere i forhold til det, f.eks. hvis vi ser på stjernerne fra jorden), må vi indføre imaginære kræfter for at kompensere for denne effekt.
Disse fiktive kræfter kaldes centrifugalkraften og corioliskraften.
Newtons bevægelseslove er mekanisk korrekte for hastigheder, der er langsomme i forhold til lysets hastighed. For hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed, er det nødvendigt at anvende de opdagelser, der er gjort i Einsteins specielle relativitetsteori.
For at beskrive, hvad der sker mekanisk i universet, bruger fysikerne masse, længde og tid. I Galileos og Newtons fysik forbliver disse størrelser de samme i hele universet.
Med Einsteins specielle relativitetsteori kan disse størrelser ændre sig.
Relaterede sider
- Den generelle relativitetsteori
- Særlig relativitetsteori
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er relativitetsprincippet?
A: Relativitetsprincippet fastslår, at de ligninger, der beskriver fysikkens love, er de samme i alle referencerammer.
Spørgsmål: Hvem foreslog først dette princip?
Svar: Den græske filosof Aristoteles foreslog dette princip første gang i 300 fvt.
Spørgsmål: Hvad beviste Galileo Galilei?
A: Galileo Galilei beviste, at alle genstande falder med samme acceleration, uanset deres masse.
Spørgsmål: Hvordan gav Galileis opdagelser liv til den moderne videnskab?
A: Galileos opdagelser og Newtons matematisk udviklede bevægelseslove gav fødsel til den moderne videnskab.
Spørgsmål: Hvad betyder det, hvis to tog bevæger sig med samme hastighed i samme retning?
A: Hvis to tog kører med samme hastighed i samme retning, vil en passager i et af togene ikke kunne mærke, at et af togene kører. Men hvis de har en fast referenceramme (som f.eks. jorden), vil de kunne se, at toget bevæger sig.
Spørgsmål: Hvordan gælder Newtons love, når hastighederne nærmer sig lysets hastighed?
Svar: Når hastighederne nærmer sig lysets hastighed, er det nødvendigt at anvende Einsteins specielle relativitetsteori i stedet for Newtons bevægelseslove, fordi disse love kun er mekanisk korrekte for hastigheder, der er langsomme sammenlignet med lysets hastighed.
