Galilejsko načelo relativnosti: vrata nove znanstvene stvarnosti

Povijest znanosti čovječanstva je stalni pokret u uzlaznoj liniji, u kojem se, ipak, može identificirati niz naglih trenutaka. Te ključne točke odgovaraju djelima i otkrićima onih znanstvenika koji su otvorili nove stranice u jednoj ili drugoj disciplini. Jedna od tih stranica bila je princip relativnosti Galileja i pridruženi početak stvaranja mehaničke slike svijeta.

Galilea i njegov krug znanstvenih interesa

Ime jednog od najvećih znanstvenika posljednjeg tisućljeća, Galileo Galilei, većini modernih ljudi poznato je uglavnom u svjetlu njegova sukoba s Katoličkom crkvom zbog pokušaja da se utemelji heliocentrični sustav. U međuvremenu, bio je sveobuhvatno razvijen znanstvenik. Eksperimenti Galileja u astronomiji donijeli su čovječanstvu otkrića Jupiterovih satelita, planeta Neptun i prisutnosti kratera i udubljenja na Mjesecu. Sa stajališta filozofije, Galileo je znanstveno potkrijepio pogrešne poglede Aristotela na Svemir kao skup idealnih sfera u kojima se Zemlja nalazi u središtu. Iz istraživanja ovog znanstvenika potječe znanstvena metoda glavna uloga u kojoj igra i zbirka obrada informacija potvrditi ili pobiti određene hipoteze. Međutim, glavno mjesto u Galilejevim spisima dano je istoj fizici.

Galilejsko načelo relativnosti: prapovijest

Do sredine XVI. Stoljeća dominantni sustav u izgradnji svijeta bio je Ptolemejev sustav, čiji je glavni postulat smatran statičkim položajem Zemlje u središtu Svemira i dinamičkim kretanjem svih drugih nebeskih tijela oko nje. Ovaj je sustav nadopunjen prirodno-filozofskim odredbama Aristotela, od kojih je jedan od najvažnijih brzina tijela u slobodni pad razmjerno njegovoj masi. Kopernik je pažljivo proučio djela gotovo svih svojih dosadašnjih istraživača, proveo različite pokuse kako bi potkrijepio fundamentalno drugačiji heliocentrični model. U ovom slučaju, vođe Katoličke crkve, koji nisu željeli propustiti ideološki i znanstveni primat, inzistirali su na tome da je ovaj sustav u sukobu s okolnom stvarnošću. Na primjer, tvrdili su da ako se Zemlja stvarno pomakne, onda teški predmeti nikada neće pasti strogo okomito. Sve na svoje mjesto postavilo je načelo relativnosti Galileja.

Referentni sustavi za mehaničko kretanje

Da bi se razumjelo načelo Galilejske relativnosti, potrebno je imati na umu da su u tom razdoblju (kao što je slučajno, više od tristo godina kasnije) znanstvenici nastojali sve fizičke promjene svesti na razumljivu mehaniku. Posebnu ulogu u tome su odigrali koordinatni sustavi, prvenstvo u proučavanju koje je pripadalo francuskom filozofu R. Descartesu. Ovdje je najvažnije da položaj određenog tijela u određenom vremenskom razdoblju određuje ili dva (na ravnini) ili tri koordinate. Međutim, da bi se stvorio ovaj virtualni koordinatni sustav, potrebna je fiksna referentna točka, odnosno drugi sustav. U tom je zrakoplovu Galileo počeo razmišljati. mehaničko kretanje.

Inercijski sustavi

U svojim studijama Galileo je skrenuo pozornost prvenstveno na tzv. Inercijalne sustave. Danas čak i običan učenik može oklijevati reći da su takvi sustavi oni koji su međusobno relativni, bilo u stanju potpunog odmora ili u procesu ravnomjernog pravocrtnog kretanja. Inercijalni sustavi u klasičnoj fizici igraju ulogu stupa iz kojeg se može kretati prema ostvarenju istine u odnosu na sve procese koji se odvijaju u vanjskom svijetu.

Suština načela relativnosti Galileo

U svom najpoznatijem djelu, u kojemu se sustavi Ptolomeja i Kopernika uspoređuju iz različitih kutova, Galileo posebnu pozornost posvećuje formuliranju koncepta relativnosti. Da bi njegov položaj postao jasan prosječnom čovjeku, znanstvenik radi kroz primjere. Stoga poziva čitatelja da vizualno predstavi kabinu broda, koja stoji nepomično. U zatvorenom prostoru, leptiri i muhe lete u različitim smjerovima, voda kaplje iz kapljice vode iz jedne posude u drugu. U tom trenutku, kada se brod počne pomicati ravnomjerno, ništa se neće promijeniti u kabini: muhe će se kretati istom brzinom, a voda će također teći od gornjeg broda do donje. Otuda i čuveni Galileov princip: svi inercijalni sustavi su međusobno slični, tj. Kada se kreću iz jednog takvog sustava u drugi, jednadžbe klasične mehanike ne podliježu nikakvim promjenama.

Princip Galilea i ne-inercijalni sustavi

Što se tiče inercijalnih sustava, načelo relativnosti bilo je razumljivo i nitko ga nije osporavao. No, hoće li ona također djelovati u ne-inercijalnim referentnim sustavima, tj. U onim gdje se jedan sustav kreće u odnosu na drugi (koji je pak inercijalan) s nekim ubrzanjem? Galileo, zbog svojih ograničenih znanja i nesavršenih instrumenata istraživanja, nije mogao odgovoriti na to pitanje. Nakon toga, Einstein je uvjerljivo dokazao da u ne-inercijskim sustavima ubrzanje ima izravan utjecaj na procese koji se odvijaju unutar sustava. To je bio jedan od dokaza ograničenog načela Galilejske relativnosti.

Nedostaci i ograničenja načela Galilea

Talijanski znanstvenik učinio je svoje istraživanje pravom revolucijom u znanstvenom svijetu. Međutim, tijekom vremena, brojne njegove odredbe, uključujući i notorni princip relativnosti, pokazale su svoja ograničenja i bile manje-više revidirane. Jedan od takvih primjera je prikazan gore. Također možete istaknuti da je u svim istraživanjima Galilea vrijeme uzeto u iznimno malim prazninama, dok su se te praznine smatrale jednakima za oba sustava. Međutim, isti je Einstein počeo razmatrati vrijeme kao još jednu koordinatu za referentne sustave i dokazao je mogućnost njezine nejednolikosti, ako govorimo o brzinama koje se približavaju brzinu svjetlosti. Istodobno, ako razmotrimo kratkotrajne događaje, Galileovo se načelo relativnosti u potpunosti potvrđuje.

Razvoj načela Galilejske relativnosti

Galilejevo učenje u proteklih pet stotina godina prošlo je dug i trnovit put. Ako su na početku glavni protivnici bili teolozi, onda su kasnije Galilejev princip relativnosti višestruko osporavali istaknuti znanstvenici. Mnogi su pretpostavili da se, uz napredne instrumente, gibanje može otkriti dok je u inercijskom sustavu. Na kraju, američki fizičar A. Michelson krajem XIX. Stoljeća proveo je eksperiment koristeći interferometar koji je izumio. Taj je uređaj omogućio otkrivanje i najmanjeg odstupanja, ali čak se i ovdje ispostavilo da je rezultat negativan. Koristeći to iskustvo, Einstein je konačno formulirao Galilejsko načelo relativnosti za sve inercijalne sustave: nikakvi fizički uređaji i metode ne mogu otkriti kretanje unutar određenog sustava. Ovaj je princip postao jedan od temelja njegove posebne teorije relativnosti.