Galilejsko načelo relativnosti: vrata v novo znanstveno resničnost

Zgodovina znanosti človeštva je stalno gibanje v naraščajoči črti, v katerem je mogoče ugotoviti številne nenadne trenutke. Te ključne točke ustrezajo delom in odkritjem tistih znanstvenikov, ki so odprli nove strani v eni ali drugi disciplini. Ena od teh strani je bila načelo relativnosti Galileja in s tem povezan začetek oblikovanja mehanične slike sveta.

Galileo in njegov krog znanstvenih interesov

Ime enega največjih znanstvenikov zadnjega tisočletja, Galileo Galilei, je znano večini sodobnih ljudi predvsem v luči njegovega konflikta s katoliško cerkvijo zaradi poskusov utemeljitve heliocentričnega sistema. Medtem pa je bil celovito razvit znanstvenik. Preskusi Galileja v astronomiji so človeštvu dali odkritja Jupitrovih satelitov, planeta Neptune in prisotnosti kraterjev in depresij na Luni. Z vidika filozofije je Galileo znanstveno utemeljil napačna stališča Aristotela o vesolju kot niz idealnih področij, v katerih se Zemlja nahaja v središču. Iz raziskav tega znanstvenika izvira znanstvene metode glavna vloga, ki jo igra zbirka obdelavo informacij potrditi ali ovreči nekatere hipoteze. Vendar pa je bilo glavno mesto v Galilejevih spisih podeljeno enaki fiziki.

Galilejsko načelo relativnosti: prazgodovina

Do sredine XVI. Stoletja je bil prevladujoči sistem v konstrukciji sveta Ptolemejev sistem, katerega glavni postulat je veljal za statični položaj Zemlje v središču Vesolja in dinamično gibanje vseh drugih nebesnih teles okoli nje. Ta sistem je bil dopolnjen z naravoslovno-filozofskimi določbami Aristotela, eden najpomembnejših je, da je hitrost telesa v prosti padec sorazmerno s svojo maso. Kopernik je skrbno preučil dela skoraj vseh svojih predhodnikov, izvedel različne eksperimente, da bi utemeljil bistveno drugačen, heliocentrični model. V tem primeru so voditelji katoliške cerkve, ki niso želeli zamuditi ideološkega in znanstvenega prvenstva, vztrajali, da je ta sistem v nasprotju z okoliščino realnosti. Na primer, trdili so, da če bi se Zemlja resnično premaknila, potem težki predmeti nikoli ne bi padli strogo navpično. Vse na svojem mestu je postavilo načelo relativnosti Galileja.

Referenčni sistemi za mehansko gibanje

Da bi razumeli načelo Galilejske relativnosti, je treba imeti v mislih, da so v tem času (kot mimogrede več kot tristo let pozneje) znanstveniki skušali vse fizične spremembe zmanjšati na razumljivo za vse mehanike. Posebno vlogo pri tem so imeli koordinatni sistemi, primat v študiji katerih je pripadal francoskemu filozofu R. Descartesu. Pri tem je najpomembnejše, da se položaj določenega telesa v določenem časovnem obdobju določi z dvema (na ravnini) ali s tremi koordinatami. Vendar, da bi ustvarili ta virtualni koordinatni sistem, je potrebna fiksna referenčna točka, to je drug sistem. V tej ravnini je Galileo začel razmišljati. mehansko gibanje.

Inercialni sistemi

Galileo je v svojih študijah opozoril predvsem na ti inercialne sisteme. Danes lahko celo običajen učenec okleva reči, da so taki sistemi tisti, ki so med seboj relativni, bodisi v stanju popolnega počitka bodisi v procesu enotnega pravokotnega gibanja. Inercialni sistemi v klasični fiziki igrajo vlogo stebra, iz katerega se lahko premaknemo k uresničevanju resnice v odnosu do vseh procesov, ki se dogajajo v zunanjem svetu.

Bistvo načela relativnosti Galileo

V svojem najbolj znanem delu, v katerem se sistemi Ptolomeja in Kopernika primerjajo iz različnih zornih kotov, Galileo posebno pozornost posveča oblikovanju koncepta relativnosti. Da bi njegov položaj postal jasen povprečnemu človeku, znanstvenik dela s primeri. Zato bralca poziva, naj vizualno predstavi kabino ladje, ki stoji nepremično. V zaprtih prostorih, metulji in muhe letijo v različnih smereh, voda kaplja iz kapljice vode iz ene posode v drugo. V tistem trenutku, ko se ladja začne enakomerno premikati, se v kabini nič ne spremeni: muhe se bodo premikale z enako hitrostjo, voda pa bo tudi iz zgornjega plovila na nižji. Zato je slavni Galileojev princip: vsi inercialni sistemi so med seboj podobni, kar pomeni, da pri prehodu iz enega takšnega sistema v drugega enačbe klasične mehanike niso podvržene spremembam.

Načelo Galileo in ne-inercialni sistemi

Kar zadeva inercialne sisteme, je bilo načelo relativnosti razumljivo in ga nihče ni izpodbijal. Toda ali bo delovala tudi v ne-inercialnih referenčnih sistemih, torej v tistih, kjer se en sistem premika glede na drugo (ki je po drugi strani inercialen) z določenim pospeškom? Galileo zaradi svojega omejenega znanja in nepopolnih raziskovalnih instrumentov ni mogel odgovoriti na to vprašanje. Kasneje je Einstein prepričljivo dokazal, da pospešek v ne-inercialnih sistemih neposredno vpliva na procese, ki se pojavljajo v sistemu. To je bil eden od dokazov omejenega načela relativnosti Galileja.

Slabosti in omejitve načela Galileo

Italijanski znanstvenik je svoje raziskave naredil za pravo revolucijo v znanstvenem svetu. Toda sčasoma so številne določbe, vključno z notornim načelom relativnosti, pokazale svoje omejitve in so bile bolj ali manj revidirane. Eden od takih primerov je bil prikazan zgoraj. Prav tako lahko poudarite, da je v vseh študijah Galilea čas potekal v zelo majhnih vrzelih, medtem ko so se te vrzeli štele za enake za oba sistema. Vendar pa je isti Einstein začel obravnavati čas kot drugo koordinato za referenčne sisteme, in dokazal je možnost svoje neenakomernosti, če govorimo o hitrostih, ki se približujejo hitrost svetlobe. Hkrati, če upoštevamo kratkotrajne dogodke, se Galilejevo načelo relativnosti popolnoma potrdi.

Razvoj načela relativnosti Galileja

Učenje Galileja v zadnjih petsto letih je potekalo dolgo in trdo pot. Če so bili na začetku glavni nasprotniki teologov, potem so Galilejevo načelo relativnosti večkrat izpodbijali ugledni znanstveniki. Mnogi so predpostavili, da se lahko z naprednimi instrumenti zaznava gibanje v notranjosti inercialnega sistema. Na koncu je ameriški fizik A. Michelson konec XIX. Stoletja izvedel eksperiment z uporabo interferometra, ki ga je izumil. Ta naprava je omogočila odkrivanje tudi najmanjšega odstopanja, vendar je bil rezultat negativen. Na podlagi te izkušnje je Einstein končno oblikoval načelo relativnosti Galileja za vse inercialne sisteme: nobena fizična naprava in metoda ne more zaznati gibanja znotraj danega sistema. To načelo je postalo eden od temeljev njegove posebne teorije relativnosti.