Relativitetsprincipen
Inom fysiken är relativitetsprincipen ett krav på att de ekvationer som beskriver fysikens lagar är desamma i alla referensramar.
Den grekiske filosofen Aristoteles trodde 300 f.Kr. att tunga föremål faller snabbare än o tunga föremål. Aristoteles naturvetenskap var den mest populära i västerländskt tänkande i 2 000 år.
År 1600 bevisade den italienske astronomen Galileo Galilei att alla föremål faller med samma acceleration. Ju längre ett föremål rör sig med konstant acceleration, desto snabbare blir dess sluthastighet. Om olika föremål med olika massa släpps från vila (utgångshastigheten är noll) på samma höjd i ett vakuum, kommer de alla att träffa marken med samma hastighet oavsett massa. Galileos experimentella upptäckter och Newtons matematiska utveckling av rörelselagarna gav upphov till den moderna vetenskapen.
Galileos relativitetsprincip säger: "Det är omöjligt att med mekaniska medel säga om vi rör oss eller om vi står stilla". Om två tåg rör sig med samma hastighet i samma riktning kan en passagerare i något av tågen inte märka att något av tågen rör sig. Men om passageraren har en fast referensram, en fast punkt, som jorden, kan han märka att något av tågen rör sig. En annan sak är att om man står på jorden kommer man inte att kunna se att den rör sig.
Denna princip är bara ett resultat av observationer. Om vi till exempel reser med ett flygplan med konstant hastighet kan vi gå igenom flygplanets insida utan att märka något speciellt.
Ur praktisk synvinkel innebär detta att Newtons rörelselagar är giltiga i alla tröghetssystem, det vill säga system som är i vila eller som rör sig med konstant hastighet i förhållande till ett system som anses vara i vila. Detta är tröghetslagen: en kropp i vila fortsätter att vara i vila och en kropp i rörelse fortsätter att röra sig i en rak linje om den inte påverkas av en yttre kraft. Ett Galileiskt koordinatsystem är ett system där tröghetslagen är giltig. Galileos och Newtons mekaniska lagar är giltiga i ett Galileiskt koordinatsystem. Om K är ett Galileiskt koordinatsystem är varje annat system K' ett Galileiskt koordinatsystem om det ligger i vila eller rör sig enligt tröghetslagen i förhållande till K. I förhållande till K' är Galileos och Newtons mekaniska lagar lika giltiga som de är i förhållande till K.
Om K' i förhållande till K är ett koordinatsystem som rör sig enligt tröghetslagen och saknar rotation, så lyder naturlagarna enligt samma allmänna principer i K' som i K. Detta påstående är känt som relativitetsprincipen.Med andra ord, om en massa m är i vila eller rör sig med konstant acceleration (den konstanta accelerationen kan vara lika med noll, i vilket fall hastigheten skulle förbli konstant) i en rak linje i förhållande till ett Galileiskt koordinatsystem K, kommer den också att vara i vila eller röra sig med konstant acceleration i en rak linje i förhållande till ett andra koordinatsystem K', under förutsättning att tröghetslagen är giltig i system K' (med andra ord, under förutsättning att det är ett Galileiskt koordinatsystem).
Om vi vill observera en effekt i ett rörligt system med konstant hastighet kan vi därför tillämpa Newtons lagar direkt. Om det rörliga systemet blir snabbare (eller om vi blir snabbare i förhållande till det, som när vi tittar på stjärnorna från jorden) måste vi införa imaginära krafter för att kompensera effekten.
Dessa fiktiva krafter kallas centrifugalkraft och corioliskraft.
Newtons rörelselagar är mekaniskt korrekta för hastigheter som är långsamma jämfört med ljusets hastighet. För hastigheter som närmar sig ljusets hastighet är det nödvändigt att tillämpa upptäckterna i Einsteins speciella relativitetsteori.
För att beskriva vad som händer mekaniskt i universum använder fysikerna massa, längd och tid. I Galileos och Newtons fysik förblir dessa kvantiteter desamma i hela universum.
Med Einsteins speciella relativitetsteori kan dessa storheter förändras.
Relaterade sidor
- Allmän relativitetsteori
- Särskild relativitet
Frågor och svar
F: Vad är relativitetsprincipen?
S: Relativitetsprincipen säger att de ekvationer som beskriver fysikens lagar är desamma i alla referensramar.
F: Vem föreslog denna princip först?
Svar: Den grekiske filosofen Aristoteles föreslog denna princip för första gången 300 f.Kr.
F: Vad bevisade Galileo Galilei?
S: Galileo Galilei bevisade att alla föremål faller med samma acceleration, oavsett massa.
F: Hur gav Galileis upptäckter upphov till den moderna vetenskapen?
S: Galileos upptäckter och Newtons rörelselagar som utvecklats matematiskt gav upphov till den moderna vetenskapen.
F: Vad betyder det om två tåg rör sig med samma hastighet i samma riktning?
S: Om två tåg rör sig med samma hastighet i samma riktning kommer en passagerare i något av tågen inte att kunna märka att något av tågen rör sig. Men om de har en fast referensram (som jorden) kommer de att kunna märka att tåget rör sig.
F: Hur tillämpas Newtons lagar när hastigheterna närmar sig ljusets hastighet?
S: När hastigheterna närmar sig ljusets hastighet är det nödvändigt att tillämpa Einsteins speciella relativitetsteori i stället för Newtons rörelselagar, eftersom dessa lagar endast är mekaniskt korrekta för hastigheter som är långsamma jämfört med ljusets hastighet.
