Великий Галілей: принцип відносності і механічні перетворення

Великий італійський вчений і натураліст Галілео Галілей надав неминуще історичне вплив на розвиток не тільки конкретних наук: фізики, механіки, астрономії, але і розробив деякі фундаментальні принципи розвитку науки в цілому, принцип відносності Галілея, перетворення Галілея мали значний вплив на формування теперішньої картини світу.

Науковим мотивом відкриття Галілеєм принципу відносності стало сумнів у вірності формул, що відображають прискорення руху тел. Як відомо, що у разі відсутності прискорення в русі системи щодо якоїсь іншої системи відліку, прискорення тіла, щодо обох цих систем, буде величиною постійною.

Так як раніше, згідно законам Ньютона, стверджувалося, що саме прискорення виступає основним параметром, що описує кінематику тіл (2 закон Ньютона), то і сили можуть бути залежними тільки від положення і величини швидкостей тел. Галілей піддав сумніву таку залежність на тій підставі, що в такому випадку всі рівняння механіки візьмуть однаковий вигляд в будь-який з систем відліку. Твердження, яке висуває Галілей, принцип відносності, стверджує, що закони механіки не можуть залежати від того, в якій системі вони нами досліджуються. Цей принцип більш простіше можна представити у дії таким чином.

Наприклад, якщо провести який-небудь експеримент одночасно в двох приміщеннях, де одне рухається щодо іншого, то результат нашого експерименту буде однаковим для обох приміщень.

Вимоги, які сформулював Галілей, принцип відносності, були сприйняті як постулат. Разом з законами Ньютона, ці висновки Галілея, а також його перетворення, мали значний впливу на процес розвитку механіки як науки.

Перетворення Галілея в галузі механіки також практично змінили багато, що панували раніше, уявлення про механічні процесах. Зокрема, закони перетворення координат, які відбуваються при переході від однієї системи відліку до іншої, припускають однаковість часу, а тому висувається поняття «абсолютного часу». В даному випадку, те, що стверджував Галілей, принцип відносності, виступає як окремий випадок концепції Лоренца, і застосовне лише для малих швидкостей (щодо швидкості світла, звичайно ж).

Слід сказати, що до Галілея фізика практично повсюдно вивчалася за працями Аристотеля, в них затверджувалися метафізичні уявлення про природу і людину. Що стосується конкретно фізики, то Аристотель, наприклад, стверджував, що швидкість падіння тіла прямо пропорційна його вазі і що будь-який рух відбувається тільки до тих пір, поки на нього впливає «спонукальна причина». Галілей спростував ці висновки і сформулював правильні, які відображають справжні процеси падіння і залежності швидкості від маси тіла при його русі.

Сформульований механічний принцип відносності Галілея вперше був запропонований у книзі «Діалог про дві системи світу». У самому просто викладі, він звучить так: для предметів, які рівномірно рухаються, цей рух не впливає тільки на ті предмети, які не беруть участь в цьому русі. Це твердження дозволило вченому геть спростувати деякі постулати астрономічного гелиоцентризма, які заявляли, що сам факт обертання Землі впливає на перебіг подій, які на ній відбуваються.

Те, що стверджував Галілей, принцип відносності, його механістичні перетворення філософські міркування стали основою для відкриття багатьох законів фізики вже після смерті великого вченого. До них можна віднести, наприклад, закони збереження енергії, закони хитання маятника і розподілу частот, він передбачив і навіть ввів в обіг таке фундаментальне фізичне поняття, як момент сили.