Relativitātes princips
Fizikā relativitātes princips ir prasība, ka fizikas likumus aprakstošie vienādojumi ir vienādi visos atskaites punktos.
300. gadā pirms mūsu ēras grieķu filozofs Aristotelis uzskatīja, ka smagi priekšmeti krīt ātrāk nekā tie, kas nav smagi. Aristoteļa dabaszinātne bija vispopulārākā Rietumu domāšanā 2000 gadus.
1600. gadā itāļu astronoms Galileo Galilejs pierādīja, ka visi objekti krīt ar vienādu paātrinājumu. Tāpēc, jo ilgāk objekts kustas ar nemainīgu paātrinājumu, jo lielāks ir tā galīgais ātrums. Arī tad, ja no miera stāvokļa (sākotnējais ātrums ir nulle) vakuumā vienādā augstumā nolaiž dažādus objektus, kuriem katram ir atšķirīga masa, tie visi, neatkarīgi no to masas, nogāzīsies uz zemes ar vienādu ātrumu. Galileo eksperimentālie atklājumi un Ņūtona matemātiski izstrādātie kustības likumi deva sākumu mūsdienu zinātnei.
Galileja relatīvisma princips nosaka: "Ar mehāniskiem līdzekļiem nav iespējams pateikt, vai mēs kustamies vai stāvam miera stāvoklī". Ja divi vilcieni brauc ar vienādu ātrumu vienā virzienā, tad pasažieris nevienā no tiem nevarēs pamanīt, ka kāds no vilcieniem kustas. Tomēr, ja pasažieris pieņems fiksētu atskaites punktu, piemēram, zemi, tad viņš varēs pamanīt jebkura vilciena kustību. Vēl viena lieta, ja cilvēks stāv uz zemes, viņš nevarēs pamanīt, ka tā kustas.
Šis princips ir tikai pārņemts no novērojumiem. Piemēram, ja mēs ceļojam ar lidmašīnu ar nemainīgu ātrumu, mēs varam staigāt pa lidmašīnas iekšpusi, nepamanot neko īpašu.
No praktiskā viedokļa tas nozīmē, ka Ņūtona kustības likumi ir spēkā visās inerciālās sistēmās, t.i., tādās, kas atrodas miera stāvoklī vai kustas ar nemainīgu ātrumu attiecībā pret sistēmu, kas tiek uzskatīta par miera stāvoklī esošu. Tas ir inerces likums: ķermenis, kas atrodas miera stāvoklī, turpina atrasties miera stāvoklī, bet kustībā esošs ķermenis turpina kustību taisnā līnijā, ja vien to neietekmē ārējs spēks. Galileja koordinātu sistēma ir sistēma, kurā ir spēkā inerces likums. Galileja un Ņūtona mehānikas likumi ir spēkā Galileja koordinātu sistēmā. Ja K ir Galileja koordinātu sistēma, tad katra cita sistēma K' ir Galileja koordinātu sistēma, ja tā atrodas miera stāvoklī vai kustas saskaņā ar inerces likumu attiecībā pret K. Attiecībā pret K' Galileja un Ņūtona mehānikas likumi ir tikpat spēkā kā attiecībā pret K.
Ja attiecībā pret K K' K' ir koordinātu sistēma, kas pārvietojas saskaņā ar inerces likumu un kurā nav rotācijas, tad dabas likumi K' pakļaujas tiem pašiem vispārējiem principiem kā K. Šo apgalvojumu sauc par relativitātes principu.Citiem vārdiem sakot, ja masa m atrodas miera stāvoklī vai pārvietojas ar nemainīgu paātrinājumu (nemainīgais paātrinājums var būt vienāds ar nulli, un tādā gadījumā ātrums paliek nemainīgs) taisnā līnijā attiecībā pret Galileja koordinātu sistēmu K, tad tā atrodas miera stāvoklī vai pārvietojas ar nemainīgu paātrinājumu taisnā līnijā arī attiecībā pret otru koordinātu sistēmu K', ja inerces likums ir spēkā sistēmā K' (citiem vārdiem sakot, ja tā ir Galileja koordinātu sistēma).
Tāpēc, ja vēlamies novērot kādu efektu sistēmā, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, varam tieši piemērot Ņūtona likumus. Ja kustīgā sistēma paātrinās (vai mēs paātrināsim ātrumu attiecībā pret to, piemēram, skatoties uz zvaigznēm no Zemes), tad mums būs jāievieš iedomāti spēki, lai kompensētu šo efektu.
Šos fiktīvos spēkus sauc par centrbēdzes spēku un koriolisa spēku.
Ņūtona kustības likumi ir mehāniski precīzi attiecībā uz ātrumiem, kas ir lēni salīdzinājumā ar gaismas ātrumu. Ātrumiem, kas tuvojas gaismas ātrumam, ir jāpiemēro Einšteina speciālās relativitātes teorijas atklājumi.
Lai mehāniski aprakstītu, kas notiek Visumā, fiziķi izmanto masu, garumu un laiku. Galileja un Ņūtona fizikā šie lielumi visā Visumā ir vienādi.
Ar Einšteina speciālo relativitātes teoriju šie lielumi var mainīties.
Saistītās lapas
- Vispārējā relativitātes teorija
- Speciālā relativitāte
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kas ir relativitātes princips?
A: Relativitātes princips nosaka, ka fizikas likumus aprakstošie vienādojumi ir vienādi visos atskaites punktos.
J: Kas pirmais ierosināja šo principu?
A: Grieķu filozofs Aristotelis pirmais ierosināja šo principu 300. gadā pirms mūsu ēras.
J: Ko pierādīja Galileo Galilejs?
A: Galileo Galilejs pierādīja, ka visi objekti krīt ar vienādu paātrinājumu neatkarīgi no to masas.
J: Kā Galileja atklājumi aizsāka moderno zinātni?
A: Galileo atklājumi un matemātiski izstrādātie Ņūtona kustības likumi radīja mūsdienu zinātni.
J: Ko tas nozīmē, ja divi vilcieni kustas ar vienādu ātrumu vienā virzienā?
A: Ja divi vilcieni kustas ar vienādu ātrumu vienā virzienā, tad pasažieris nevienā no tiem nevar pamanīt, ka kāds no vilcieniem kustas. Tomēr, ja viņi pieņem fiksētu atskaites punktu (piemēram, Zeme), viņi varēs pamanīt vilciena kustību.
J: Kā Ņūtona likumus piemēro, kad ātrums tuvojas gaismas ātrumam?
A: Kad ātrums tuvojas gaismas ātrumam, Ņūtona kustības likumu vietā ir jāpiemēro Einšteina speciālā relativitātes teorija, jo šie likumi paliek mehāniski precīzi tikai attiecībā uz ātrumiem, kas ir mazi salīdzinājumā ar gaismas ātrumu.
