Суть и аспекты принципа относительности
Принцип относительности — это утверждение о том, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны и физические законы во всех инерциальных системах имеют одинаковый вид.
Примером лучшей инерциальной системы может служить система, связанная с невращающимся космическим кораблем, летящим с выключенными двигателями вдали от тяготеющих тел. Это последнее требование (удаленность) не принципиально.
Просто чем дальше от тяготеющих тел и чем меньше их масса, тем больших размеров может быть система отсчета. Таким образом, из всех обитателей Земли только космонавты знакомы с жизнью в инерциальной системе отсчета.
Система, связанная с Землей, для решения многих задач может с достаточной степенью точности считаться инерциальной, а неизотропность пространства при этом «взваливается» на гравитационное поле.
Система отсчета, движущаяся с постоянной скоростью относительно инерциальной системы, инерциальна. Все инерциальные системы отсчета эквивалентны.
Другая формулировка:
Никакими физическими опытами невозможно обнаружить равномерное движение относительно инерциальной системы отсчета.
Приведенные утверждения выражают суть так называемого принципа относительности.
С телом, движущимся с постоянной скоростью относительно инерциальной системы, можно связать пространственную решетку, снабженную часами. Утверждается, что пространство в этой структуре должно быть однородно и изотропно, а время однородно.
Однако это неочевидное утверждение. Если тело движется с постоянным ускорением, то с ним можно связать кубическую решетку из твердых стержней. Но пространство в этой системе не будет ни однородным (часы в разных точках будут идти в разном темпе), ни изотропным.
Это один аспект принципа относительности.
Другой аспект связан с тем, что все инерциальные системы эквивалентны. Это означает, в частности, что если мы в какой-то конкретной системе создали некоторое устройство, функционирующее определенным образом, то такое же устройство, созданное в другой системе, при прочих равных условиях, будет функционировать точно так же.
Наблюдатель в инерциальной системе отсчета никоим образом (какие бы исследования над физическими системами он ни производил) не может определить, движется его система относительно другой инерциальной системы или покоится.
Это, конечно, очень сильное утверждение. Оно касается не только известных физических явлений, но и явлений, которые могут быть обнаружены в будущем.
Принцип относительности впервые был осознан Галилеем в виде утверждения о том, что равномерное движение относительно земли не может быть обнаружено изнутри системы (пассажиры в закрытой каюте корабля не могут определить, плывет корабль или стоит у причала). Ньютоновская механика исходила из этого принципа, и она подтверждала его, но сам он считался справедливым лишь применительно к механике.
Включение электродинамики и всей физики в сферу действия принципа относительности (специальная теория относительности) открыло совершенно неожиданные свойства пространства и времени.
