Галилеевият принцип на относителността: вратата към нова научна реалност

Историята на науката на човечеството е стабилно движение по възходяща линия, в което, въпреки това, могат да бъдат идентифицирани редица резки моменти. Тези ключови точки съответстват на творбите и откритията на онези учени, които отварят нови страници в една или друга дисциплина. Една от тези страници е принципът на Галилеевата относителност и свързаното с него начало на формирането на механистична картина на света.

Галилео и неговият кръг от научни интереси

Името на един от най-великите учени от последното хилядолетие, Галилео Галилей, е познато на повечето съвременни хора главно в светлината на конфликта му с Католическата църква, поради опита да се обоснове хелиоцентричната система. Междувременно той е всеобщо развит учен. Експериментите на Галилео в астрономията дадоха на човечеството открития на спътниците на Юпитер - планетата Нептун и наличието на кратери и кухини на Луната. От гледна точка на философията, Галилео научно обосновава погрешните възгледи на Аристотел за Вселената като набор от идеални сфери, в които Земята се намира в центъра. Именно от изследванията на този учен произхожда научен метод основната роля, в която играе колекцията и обработка на информация да потвърди или отхвърли някои хипотези. Въпреки това, основното място в писанията на Галилео е дадено на една и съща физика.

Галилеев принцип на относителността: праистория

До средата на XVI век доминиращата система в изграждането на света е Птоломейската система, чийто основен постулат се счита за статичното положение на Земята в центъра на Вселената и динамичното движение на всички други небесни тела около него. Тази система бе допълнена от естествено-философските разпоредби на Аристотел, една от най-важните от които е, че скоростта на тялото в свободно падане пропорционална на нейната маса. Коперник внимателно проучи произведенията на почти всички негови предишни изследователи, провел различни експерименти, за да обоснове фундаментално различен, хелиоцентричен модел. В този случай лидерите на Католическата църква, които не искаха да пропуснат идеологическото и научното предимство, настояваха, че тази система е в конфликт с обкръжаващата действителност. Например, те твърдят, че ако Земята наистина се движи, тогава тежките предмети никога няма да паднат строго вертикално. Всички на негово място поставят принципа на Галилеевата относителност.

Референтни системи за механично движение

За да се разбере принципът на Галилеевата относителност, е необходимо да се има предвид, че в този период от време (както между другото повече от триста години по-късно) учените се стремят да намалят всички физически промени до разбираеми за всички механици. Особена роля в това играят координатните системи, чието върховенство в изследването принадлежи на френския философ Р. Декарт. Тук най-важното е, че позицията на дадено тяло в определен период от време се определя или от две (на равнина), или от три координати. Въпреки това, за да се създаде тази виртуална координатна система, е необходима фиксирана отправна точка, т.е. друга система. Именно в този самолет Галилео започна да обмисля. механично движение.

Инерционни системи

В своите изследвания Галилео обръща внимание предимно на така наречените инерционни системи. Днес дори един обикновен ученик може да се колебае да каже, че такива системи са тези, които са относително една спрямо друга, или в състояние на пълна почивка, или в процес на равномерно праволинейно движение. Инерционните системи в класическата физика играят ролята на стълб, от който човек може да се движи към реализацията на истината във връзка с всички процеси, протичащи в околния свят.

Същността на принципа на относителността Галилео

В най-известната си работа, в която системите на Птолемей и Коперник се сравняват от различни ъгли, Галилео обръща специално внимание на формулирането на концепцията за относителността. За да може позициите му да станат ясни на средния човек, ученият работи чрез примери. Затова той кани читателя да представи визуално кабината на кораба, която стои неподвижно. В закрити помещения, пеперуди и мухи летят в различни посоки, вода капе от капка вода от един съд в друг. В този момент, когато корабът започне да се движи равномерно, нищо няма да се промени в кабината: мухите ще се движат със същата скорост, а водата също ще тече от горния плавателен съд към долния. Оттук и известният принцип на Галилео: всички инерциални системи са подобни един на друг, т.е. при преминаване от една такава система към друга уравненията на класическата механика не претърпяват никакви промени.

Принцип на Галилео и неинерционни системи

Що се отнася до инерционните системи, принципът на относителността е разбираем и не се оспорва от никого. Но ще действа ли и в неинерциални референтни системи, т.е. в тези, в които една система се движи спрямо друга (която на свой ред е инерционна) с известно ускорение? Галилео, поради ограничените си познания и несъвършените изследователски инструменти, не можа да отговори на този въпрос. Впоследствие Айнщайн убедително доказа, че в неинерционните системи ускорението има пряк ефект върху процесите, протичащи в системата. Това беше едно от доказателствата за ограничения принцип на Галилеевата относителност.

Недостатъци и ограничения на принципа на „Галилео“

Италианският учен прави изследванията си реална революция в научния свят. С течение на времето обаче редица негови разпоредби, включително известният принцип на относителността, показаха своите ограничения и бяха повече или по-малко ревизирани. Един от тези примери е показан по-горе. Можете също така да отбележите, че във всички изследвания на Галилео времето е било взето в изключително малки интервали, докато тези интервали се считат за равни за двете системи. Въпреки това, същият Айнщайн започва да разглежда времето като друга координата за референтните системи и той доказва възможността за неговата неравномерност, ако говорим за приближаващи се скорости. скоростта на светлината. В същото време, ако разглеждаме краткотрайни събития, принципът на Галилео за относителност напълно потвърждава себе си.

Развитието на принципа на Галилеевата относителност

Учението на Галилео през последните петстотин години премина дълъг и трънлив път. Ако в началото теолозите бяха негови главни опоненти, тогава по-късно принципът на относителността на Галилей многократно беше поставян под въпрос от видни учени. Мнозина са предположили, че при напреднали инструменти движението може да бъде открито, докато е вътре в инерционната система. В края на деветнадесети век американският физик А. Микелсън провежда експеримент с помощта на изобретения от него интерферометър. Това устройство позволява да се открие дори най-малкото отклонение, но дори и тук резултатът се оказва отрицателен. Използвайки този опит, Айнщайн най-накрая формулира Галилеевия принцип на относителността за всички инерционни системи: никакви физически устройства и методи не могат да открият движение в рамките на дадена система. Този принцип се превърна в един от крайъгълните камъни на неговата специална теория на относителността.