Великий галилей: принцип относительности и механические преобразования

Великий итальянский ученый и естествоиспытатель Галилео Галилей оказал непреходящее историческое влияние на развитие не только конкретных наук: физики, механики, астрономии, но и разработал некоторые фундаментальные принципы развития науки в целом, принцип относительности Галилея, преобразования Галилея оказали значительное влияние на формирование теперешней картины мира.

Научным мотивом открытия Галилеем принципа относительности стало сомнение в верности формул, отражающих ускорения движения тел. Как известно, что в случае отсутствия ускорения в движении системы относительно некой другой системы отсчета, ускорение тела, относительно обоих этих систем, будет величиной постоянной.

Так как ранее, согласно законам Ньютона, утверждалось, что именно ускорение выступает основным параметром, описывающим кинематику тел (2 закон Ньютона), то и силы могут быть зависимыми только от положения и величины скоростей тел. Галилей подверг сомнению такую зависимость на том основании, что в таком случае все уравнения механики примут одинаковый вид в любой из систем отсчета. Утверждение, которое выдвигает Галилей, принцип относительности, утверждает, что законы механики не могут зависеть от того, в какой системе они нами исследуются. Этот принцип более проще можно представить в действии следующим образом.

Например, если провести какой-либо эксперимент одновременно в двух помещениях, где одно движется относительно другого, то результат нашего эксперимента будет одинаковым для обоих помещений.

Требования, которые сформулировал Галилей, принцип относительности, были восприняты как постулат. Вместе с законами Ньютона, эти выводы Галилея, а также его преобразования, оказали значительное влияния на процесс развития механики как науки.

Преобразования Галилея в области механики также практически изменили многие, господствовавшие ранее, представления о механических процессах. В частности, законы преобразования координат, которые происходят при переходе от одной системы отсчета к другой, предполагают одинаковость времени, а потому выдвигается понятие «абсолютного времени». В данном случае, то, что утверждал Галилей, принцип относительности, выступает как частный случай концепции Лоренца, и применимо лишь для малых скоростей (относительно скорости света, конечно же).

Следует сказать, что до Галилея физика практически повсеместно изучалась по трудам Аристотеля, в них утверждались метафизические представления о природе и человеке. Что касается конкретно физики, то Аристотель, например, утверждал, что скорость падения тела прямо пропорциональна его весу и что любое движение происходит только до тех пор, пока на него воздействует «побудительная причина». Галилей опроверг эти выводы и сформулировал правильные, которые отражают истинные процессы падения и зависимости скорости от массы тела при его движении.

Сформулированный механический принцип относительности Галилея впервые был предложен в книге «Диалог о двух системах мира». В самом просто изложении, он звучит так: для предметов, которые равномерно движутся, это движение не влияет только лишь на те предметы, которые не участвуют в этом движении. Это утверждение позволило ученому напрочь опровергнуть некоторые постулаты астрономического гелиоцентризма, которые заявляли, что сам факт вращения Земли влияет на течение событий, которые на ней происходят.

То, что утверждал Галилей, принцип относительности, его механистические преобразования философские рассуждения стали основой для открытия многих законов физики уже после смерти великого ученого. К ним можно отнести, например, законы сохранения энергии, законы качания маятника и распределения частот, он предсказал и даже ввел в оборот такое фундаментальное физическое понятие, как момент силы.