7 相对性原理 伽俐略提出的相对论

人们常说，不同环境需要不同的生存法则，环境变了，我们的生存法则也需要改变，而有一种法则是永远不变的，那就是物理法则。

不会变化的物理法则

简单来说，相对性原理就是无论谁从什么样的角度来看待物理学，物理法则都不会发生变化。无论是在地球、月球、其他的星系，或者任何运动状态下，它都是不变的。

首次将相对性原理以明确的形式应用于物理学的人是伽俐略。关于物体运动的实验，无论是在陆地上进行还是在航船上进行，结果都是一定的。

人们在观察物体运动的时候会思考一个问题：究竟船是动的还是静止的呢？对这些问题的思考就是相对性原理被发现的原因。

深入的思考也许让问题变得复杂起来。如果考虑船是运动的，那么船就必定具有一定的速度，当船开始笔直地朝一定方向行驶时，船的运动状态就会发生改变，运动着的船的速度又会发生什么样的变化呢？

特别强调

再回到光的话题。在伽利略提出相对性原理后，爱因斯坦又将物体运动的相对性原理扩展到光的研究领域。不过扩充之后带来一个难题就是“绝对时间”和“绝对空间”的想法不再适用了。这是因为，导入新的想法后，则可以推出这样的结论：时间与空间的尺度，在运动状态下会发生变化。这就是狭义相对论。

“萨尔维蒂”大船

经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。当时曾有过一场激烈的争论：赞成哥白尼学说的人认为地球在运动——地动说，维护亚里士多德——拖勒密体系的人则认为地球是静止的——地静说。地静派有一条反对地动说的理由：如果地球在高速运动，为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢？

这个问题的确是不能回避。1632年，伽利略出版了他的名著《关于拖勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，书中彻底地回答了上述问题。他提到了一艘叫作“萨尔维蒂”的船，它的状态是静止匀速运动。

伽利略说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放着一只大碗，里面有几条鱼。然后在舱顶上挂一只水瓶，让水滴逐滴滴到下面的一只宽口罐里。

“当船停着不动时，你仔细观察，小虫将以相同的速度在舱内各方向飞行，鱼也向各个方向随意地游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离不变，向这一方向不必比向另一方向费更大的力气。

“你双脚起跳，无论向哪个方向跳，离开原地的距离都是相等的。当你仔细地观察这些情景之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现：所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头跳得远；你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动；无论你把什么东西扔给你的同伴，无论他在船头还是船尾，只要你站在他对面，你就不需要用更大的力气。

“水滴将像先前一样，滴进下面的罐子里，一滴也不会滴在船的尾部。虽然水滴在空中时，船已行驶了一段距离，但水中的鱼游向水碗前部并不需要用比游向水碗后部花费更大的力气，它们一如既往地悠游于水碗边缘的任何地方并吞吃鱼饵。

“最后，蝴蝶和苍蝇也继续随意地四处飞行，它们也绝不会集中在船尾，这不是因为它们可能长时间停留在空中，脱离了船的运动，而为了跟上船的运动而显示出疲惫的样子。”

“萨尔维蒂”大船道出了一条极为重要的真理：就船中发生的任何一种现象而言，你无法判断船处于什么样的运动状态。这个论断就是我们所说的伽利略相对性原理，而“萨尔维蒂”的大船就是一种惯性参考系。所以说，以不同的速度匀速运动而且又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。在一个惯性参考系中能看到的现象，在另一个惯性参考系中必定也能毫无差别地呈现。

有关“萨尔维蒂”大船

究竟船是动的还是静止的呢

首次将相对性原理以明确的形式应用于物理学的人是伽利略。人们在观察物体运动的时候会思考一个问题：究竟船是动的还是静止的呢？对这些问题的思考就是相对性原理被发现的原因。

结论

关于物体运动的实验，无论是在陆地上进行还是在航船上进行，结果都是一样的。

“萨尔维蒂”大船阐述的真理

1632年，伽利略出版了他的名著《关于拖勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，书中回答当时人们关于地动说和地静说的争论。他提到了一艘叫作“萨尔维蒂”的船，它的状态是静止匀速运动。

实验结论 “萨尔维蒂”大船道出了一条重要的真理：就船中发生的任何一种现象而言，人们无法判断船处于什么样的运动状态，即我们所说的伽利略相对性原理。“萨尔维蒂”的大船就是一种惯性参考系。