Galilejský princip relativity: dveře nové vědecké reality

Historie vědy o lidstvu je stálým pohybem ve vzestupné linii, ve které lze nicméně identifikovat řadu náhlých okamžiků. Tyto klíčové body odpovídají práci a objevům těch vědců, kteří otevřeli nové stránky v jedné nebo jiné disciplíně. Jednou z těchto stránek byla princip galilejské relativity a související začátek formování mechanistického obrazu světa.

Galileo a jeho okruh vědeckých zájmů

Jméno jednoho z největších vědců posledního tisíciletí, Galileo Galilei, je známé většině moderních lidí hlavně ve světle jeho konfliktu s katolickou církví kvůli pokusu o zdůvodnění heliocentrického systému. Mezitím byl komplexně vyvinutým vědcem. Experimenty programu Galileo v astronomii poskytly lidstvu objevy družic Jupitera, planety Neptun a přítomnost kráterů a dutin na Měsíci. Z hlediska filosofie Galileo vědecky zdůvodnil chybné názory Aristotle na vesmíru jako soubor ideálních sfér, ve kterých se Země nachází v centru. Je to z výzkumu tohoto vědce pochází vědecké metody hlavní role, ve kterých sbírka hraje a zpracování informací k potvrzení nebo vyvrácení určitých hypotéz. Nicméně hlavní místo ve spisech Galileo bylo dáno stejné fyzice.

Galileanský princip relativity: prehistorie

Až do poloviny 16. století byl dominantním systémem ve stavbě světa ptolematický systém, jehož hlavní postulát byl považován za statickou pozici Země v centru vesmíru a dynamický pohyb všech ostatních nebeských těles kolem sebe. Tento systém byl doplněn přírodovědně filozofickými ustanoveními Aristotle, jedním z nejdůležitějších je, že rychlost těla v volný pád poměrně k jeho hmotnosti. Copernicus pečlivě zkoumal díla téměř všech svých předchozích vědců, provedl různé experimenty, aby dokázal fundamentálně odlišný, heliocentrický model. V tomto případě vedoucí katolické církve, kteří nechtěli nechat ujít ideologický a vědecký přednost, trvali na tom, že tento systém je v rozporu s okolní skutečností. Například tvrdili, že pokud by se Země skutečně pohybovala, těžké předměty by nikdy neklesly přísně vertikálně. Vše na jejím místě stanovilo princip galilejské relativity.

Referenční systémy pro mechanický pohyb

Abychom porozuměli principu galilejské relativity, je třeba mít na paměti, že v tomto časovém období (jako mimochodem o více než tři sta let později) se vědci snažili snížit všechny fyzické změny, aby byly srozumitelné všem mechanikům. Zvláštní roli hrají koordinační systémy, jejichž primát ve studiu patřil francouzskému filozofovi R. Descartesovi. Zde je nejdůležitější bod, že pozice určitého tělesa v určitém časovém období je určena buď dvěma (v rovině) nebo třemi souřadnicemi. Avšak pro vytvoření tohoto virtuálního souřadného systému je nutný pevný referenční bod, tedy jiný systém. Právě v této rovině Galileo začal uvažovat. mechanický pohyb.

Inerciální systémy

Ve svých studiích Galileo upozornil především na takzvané inerciální systémy. Dnes i obyčejní školáci mohou váhat, když říkají, že takové systémy jsou vzájemně relativní, a to buď v úplném odpočinku, nebo v procesu rovnoměrného přímočarého pohybu. Inerciální systémy v klasické fyzice hrají roli pilíře, ze kterého se člověk může pohybovat k realizaci pravdy ve vztahu ke všem procesům, které se vyskytují v okolním světě.

Podstata principu relativity Galileo

Ve svém nejslavnějším díle, ve kterém jsou systémy Ptolemaia a Koperníka srovnávány z různých úhlů, věnuje Galileo zvláštní pozornost formulování konceptu relativity. K tomu, aby se jeho postavení stalo průkopníkem průměrného člověka, pracuje vědec příklady. Takže vyzývá čtenáře, aby vizuálně představil kabinu lodi, která stojí nehybně. Vnitřní, motýli a muchy létají různými směry, voda kapání z kapky vody z jedné nádoby do druhé. V té chvíli, kdy se loď začne rovnoměrně pohybovat, se v kabině nic nezmění: muchy se budou pohybovat stejnou rychlostí a voda bude také proudit z horní nádoby do nižší. Z tohoto důvodu je slavný princip Galileo: všechny inerciální systémy jsou navzájem podobné, to znamená, že při přechodu z jednoho takového systému do druhého nejsou rovnice klasické mechaniky předmětem žádných změn.

Systém Galileo a neinerciční systémy

Pokud jde o inerciální systémy, princip relativity byl pochopitelný a nebyl nikým zpochybněn. Bude ale také působit v neinertních referenčních systémech, tedy v těch, kde se jeden systém pohybuje relativně k jinému (který je zase inerciální) s určitým zrychlením? Galileo kvůli svým omezeným znalostem a nedokonalým výzkumným nástrojům nedokázal odpovědět na tuto otázku. Následně Einstein přesvědčivě dokázal, že v neinercičních systémech má zrychlení přímý vliv na procesy, které se vyskytují v systému. To byl jeden z důkazů omezeného principu galilejské relativity.

Nevýhody a omezení principu systému Galileo

Italský vědec učinil jeho výzkum skutečnou revolucí ve vědeckém světě. Časem však řada ustanovení, včetně notoricky známého principu relativity, ukázala jejich omezení a byla víceméně revidována. Jeden z takových příkladů byl uveden výše. Můžete také zdůraznit, že ve všech studiích programu Galileo byl čas prováděn v mimořádně malých intervalech, přičemž tyto intervaly byly pro oba systémy považovány za stejné. Stejný Einstein však začal uvažovat o čase jako o jiné souřadnici referenčních systémů a prokázal možnost jeho nerovnoměrnosti, pokud mluvíme o rychlostech blížících se rychlost světla. Současně, pokud budeme uvažovat o událostech s krátkou dobou trvání, plně potvrdí Galileoův princip relativity.

Vývoj principu galilejské relativity

Výuka programu Galileo za posledních pět set let prošla dlouhou a trnitou cestou. Jestliže na počátku byli jeho hlavní oponenty teologové, později Galileoův princip relativity byl opakovaně zpochybňován prominentními vědci. Mnoho lidí předpokládalo, že s pokročilými nástroji může být detekován pohyb uvnitř inerciálního systému. Nakonec americký fyzik A. Michelson na konci XIX. Století provedl experiment s použitím interferometru, který vynalezl. Toto zařízení umožnilo detekovat i nejmenší odchylku, ale i zde se výsledek ukázal jako negativní. S využitím této zkušenosti Einstein konečně formuloval Galileanův princip relativity pro všechny inerciální systémy: žádná fyzická zařízení a metody nemohou detekovat pohyb uvnitř daného systému. Tento princip se stal jedním ze základních kamenů své speciální teorie relativity.