Принцип относительности Галилея

При описании любого движения необходимо выбрать систему отсчета – совокупность тел, относительно которых рассматривается движение. Система отсчета выбирается произвольно, субъективно. Так, например, движение человека на теплоходе можно рассматривать как относительно предметов, находящихся на палубе, так и относительно берега. В каждом случае оно будет разным. Более того, сидящий на палубе человек относительно теплохода покоится, а относительно берега движется.

Система называется изолированной, если она никоим образом не связана с предметами, не входящими в эту систему. Палуба теплохода может быть изолированной, не связанной с рекой или берегом, для механических явлений, но не для оптических: с палубы видны берега и можно наблюдать движение теплохода относительно них. А вот трюм того же теплохода – полностью изолированная система.

Наблюдения показывают, что все явления в системах, движущихся равномерно и прямолинейно, протекают точно так же, как в покоящейся: отпущенный с высоты предмет упадет на пол прямо по вертикали, брошенный под углом к горизонту будет двигаться по параболе, а покоящийся предмет не получит ускорения, пока сумма действующих на него сил будет равна нулю. Последнее наблюдение послужило основой для названия этих систем – они называются инерциальными, поскольку в них выполняется закон инерции. Если система получает ускорение или замедление, тела в ней приходят в движение без действия внешних сил. Из–за того, что закон инерции нарушен в этих системах, они называются неинерциальными.

Поскольку в инерциальных системах все явления протекают точно так же, как в покоящихся, то, находясь внутри такой системы, невозможно обнаружить ее движение. Последнее заключение получило название принципа относительности Галилея. Этот принцип был сформулирован им на основании наблюдения механических явлений.

К концу девятнадцатого столетия был поставлен вопрос о справедливости принципа относительности и для световых явлений. В то время существовало представление, что свет распространяется в светоносном эфире и является волнами этого эфира. В эфир погружены все небесные тела. Движение можно рассматривать относительно этого эфира, а его считать абсолютной системой отсчета. Земля относительно эфира движется с постоянной скоростью по своей орбите. Если пренебречь ее кривизной, которая очень мала по отношению к размерам Земли, то любую систему отсчета, связанную с Землей, скажем, лабораторию, можно считать инерциальной, то есть движущейся равномерно и прямолинейно.

Согласно принципу относительности это движение невозможно обнаружить никакими опытами, проводимыми внутри системы. Но если этот принцип не распространяется на световые явления, то проводя опыты со светом, можно обнаружить движение Земли относительно эфира и даже определить его скорость.

В 1887 году американские физики Майкельсон и Морли осуществили опыт по наблюдению интерференции света, пытаясь обнаружить влияние на это явление движения Земли и надеясь рассчитать скорость этого движения.