Scurt istoric al evenimentelor premergatoare teoriei Relativității

„Lucrul cel mai frumos pe care îl putem trai este tainicul. Este simțământul ce stă la leagănul adevăratei științe și arte. Cine nu-l cunoaște, cel care nu se mai poate mira, acela este, pentru a spune așa, mort, iar ochii săi sunt închiși '„

A. Einstein.

Una dintre cele mai simple și mai importante ramuri ale fizicii este mecanica. Încă din cele mai vechi timpuri oamenii au încercat să-i afle tainele și să o exprime într-o formă logică folosindu-se de aparatul matematic. Primii care au făcut acest pas important au fost filosofii greci. Aristotel ( 384-322 i. e.n ) a fost unul dintre primii cercetători ai naturii care a făcut o sinteza a cunoștințelor mecanicii și a publicat-o sub forma unui tratat. Astăzi știm că o mare parte a principiilor sale sunt eronate, insă principalul său merit este acela de a fi încercat să exprime ideile vremii sale sub forma unor legi universal valabile. Din aceasta cauza, și nu numai, Aristotel merită să fie considerat unul dintre primii cercetători ai naturii în sensul modern al cuvântului. Una dintre legile mecanicii definite de Aristotel este cea conform căreia „ starea naturală „ a corpurilor este repaosul, generațiile următoare infirmând valabilitatea acestei legi. Din păcate, insă, a fost nevoie să treacă aproape 2000 de ani pană la Galileo Galilei (1563-1642) care după o serie de experimente de mecanică a reușit să formuleze Principiul Inerției ce afirmă că „ starea naturală „ a corpurilor este mișcarea rectilinie uniformă ( în linie dreaptă și cu viteză constantă ), repaosul fiind doar un caz particular al acesteia. Prin „ stare naturală „ trebuie să se inteleaga aici, starea acelui corp care este sustras tuturor influentelor exterioare datorate interacției cu alte corpuri. Această afirmație va deveni primul dintre cele cinci principii ale mecanicii clasice formulate de Isaac Newton (1643-1727) în celebra sa lucrare „ Principia mathematica philosophie naturalis „ ( Principiile matematice ale filosofiei naturale ) publicată în anul 1687. In această amplă operă Newton definește spațiul și timpul ca fiind absolute, având aceeași valoare, sau aceeași mărime, în toate sistemele de referință inerțiale, la fel ca și predecesorul său, Galilei care a formulat legile de transformare a coordonatelor spatio-temporare ce-i poartă numele, acestea fiind:x' = x-vt; x = x'+vt' unde t' = t y' = y și z' =z (x' și t' respectiv x și t sunt coordonatele spațiale și temporare în două sisteme de referință inerțiale ce se mișcă cu viteza v unul fată de altul. Definirea și explicarea lor se va face mai târziu ). În capitolul „ Transformările Lorentz „ se va arăta că aceste transformări nu mai sunt valabile la viteze relativ mari, comparabile cu cea a luminii. Principala greșeală a mecanicii clasice a constat în faptul că spațiu și timpul au fost presupuse absolute din start, fizica acelei perioade nepermițând sesizarea vreunei greșelii. O discuție mai amplă asupra absolutismului din mecanica newtoniană se va face în capitolele dedicate relativității restrânse. Însă să revenim la Principiul Inerției.

S-a ajuns ceva mai devreme la concluzia conform căreia un corp pus în mișcare va continua sa-și păstreze această stare la nesfârșit, schimbarea survenind doar atunci când asupra corpului va acționa o forța exterioara. Astfel Principiu Relativității clasice va începe să prindă rădăcini.

În primul rând pentru elucidarea acestui principiu este nevoie să se definească noțiunea de sistem de referința inerțial, notat pe scurt SRI ( a nu se confunda cu Serviciul Român de Informații ).

Să ne imaginăm că într-o regiune din Univers avem un număr oarecare de corpuri X1, X2, X3. Xn, care se mișcă rectiliniu și uniform unele fată de altele. Pentru un observator aflat pe oricare din aceste corpuri, să presupunem X1, toate celelalte corpuri pot fi considerate SRI-uri, deoarece pentru toate acestea este valabil Principiul Inerției definit ceva mai devreme. Cu alte cuvinte, oricare din aceste corpuri poate fi considerat SRI pentru celelalte, iar acestea din urmă sunt la rândul lor SRI-uri pentru acest corp.

Acum putem reveni la definirea Principiului Relativității, ce afirmă că legile mecanicii sunt aceleași în orice SRI. Inițial, oricât de ciudat ni s-ar părea nouă astăzi, acest principiu fundamental nu a fost acceptat imediat. Galileo Galilei a încercat să înlăture orice dubii ce planau asupra valabilității acestui principiu printr-un experiment mintal ce se desfășoară în cabina unei corăbii aflate în mișcare: „ Dacă mișcarea este rectilinie și uniformă, nu veți observa nici o schimbare în toate fenomenele și nici nu veți fi în stare să afirmați, ținând seama de aceste fenomene, dacă corabia se mișca sau nu. Sărind veți parcurge aceleași distante ca în cazul în care aceasta ar sta pe loc, adică, datorita mișcării corăbiei, nu veți face salturi mai mari spre pupa decât spre prora acesteia, deși în timp ce vă aflați în aer podeaua de sub voi fuge în partea opusă săriturii „ (fig. 1).