相對性原理伽利略提出的相對論

人們常說，不同環(huán)境需要不同的生存法則，環(huán)境變了，我們的生存法則也需要改變，而有一種法則是永遠不變的，那就是物理法則。

不會變化的物理法則

簡單來說，相對性原理就是無論誰從什么樣的角度來看待物理學，物理法則都不會發(fā)生變化。無論是在地球、月球、其他的銀河系，或者任何運動狀態(tài)下，它都是不變的。

首次將相對性原理以明確的形式應用于物理學的人是伽利略。關于物體運動的實驗，無論是在陸地上進行還是在航船上進行，結果都是一定的。

再回到光的話題。在伽利略提出相對性原理后，愛因斯坦又將物體運動的相對性原理擴展到光的研究領域。不過擴充之后帶來一個難題就是“絕對時間”和“絕對空間”的想法不再適用了。這是因為，導入新的想法后，則可以推出這樣的結論：時間與空間的尺度，在運動狀態(tài)下會發(fā)生變化。這就是狹義相對論。

“薩爾維蒂”大船

1632年，伽利略出版了他的名著《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，書中徹底地回答了上述問題。他提到了一艘叫做“薩爾維蒂”的船，它的狀態(tài)是靜止勻速運動。

伽利略說：“把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙里，你們帶著幾只蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲，艙內放著一只大碗，里面有幾條魚。然后在艙頂上掛一只水瓶，讓水滴逐滴滴到下面的一只寬口罐里。

“當船停著不動時，你仔細觀察，小蟲將以相同的速度在艙內各方向飛行，魚也向各個方向隨意地游動，水滴滴進下面的罐中，你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離不變，向這一方向不必比向另一方向費更大的力氣。

“你雙腳起跳，無論向哪個方向跳，離開原地的距離都是相等的。當你仔細地觀察這些情景后之后，再使船以任何速度前進，只要運動是勻速，也不忽左忽右地擺動，你將發(fā)現(xiàn)：所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定，船是在運動還是停著不動。無論他在船頭還是船尾，只要你站在他對面，你就不需要用更大的力氣。

“水滴將像先前一樣，滴進下面的罐子里，一滴也不會滴在船的尾部。雖然水滴在空中時，船已行駛了一段距離，但水中的魚游向水碗前部并不需要用比游向水碗后部花費更大的力氣，它們一如既往地悠游于水碗邊緣的任何地方并吞吃魚餌。

“最后，蝴蝶和蒼蠅也繼續(xù)隨意地四處飛行，它們也絕不會集中在船尾，這不是因為它們可能長時間停留在空中，脫離了船的運動，而為了跟上船的運動而顯示出疲憊的樣子。”

“薩爾維蒂”大船道出了一條極為重要的真理：就船中發(fā)生的任何一種現(xiàn)象而言，你無法判斷船處于什么樣的運動狀態(tài)。這個論斷就是我們所說的伽利略相對性原理，而“薩爾維蒂”的大船就是一種慣性參考系。所以說，以不同的速度勻速運動而且又不忽左忽右擺動的船都是慣性參考系。在一個慣性系中能看到的現(xiàn)象，在另一個慣性參考系中必定也能毫無差別地呈現(xiàn)。

“薩爾維蒂”大船實驗

究竟船是動的還是靜止的呢

首次將相對性原理以明確的形式應用于物理學的人是伽利略。人們在觀察物體運動的時候會思考一個問題：究竟船是動的還是靜止的呢？對這些問題的思考就是相對性原理被發(fā)現(xiàn)的原因。

結論

關于物體運動的實驗，無論是在陸地上進行還是在航船上進行，結果都是一樣的。

“薩爾維蒂”大船闡述的真理

1632年，伽利略出版了他的名著《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，書中回答當時人們關于地動說和地靜說的爭論。他提到了一艘叫做“薩爾維蒂”的船，它的狀態(tài)是靜止勻速運動。

實驗結論 “薩爾維蒂”大船道出了一條重要的真理：就船中發(fā)生的任何一種現(xiàn)象而言，人們無法判斷船處于什么樣的運動狀態(tài)，即我們所說的伽利略相對性原理。“薩爾維蒂”的大船就是一種慣性參考系。