Suhteellisuusperiaatteen

Suhteellisuusperiaate tarkoittaa, että fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaalissa viitekehyksissä. Toisin sanoen mikään yksittäinen kokeellinen mittaus ei voi erottaa, onko tutkija levossa vai liikkuu tasaisesti suhteessa toiseen inertiaaliseen järjestelmään. Periaate juontaa Galileo Galilein tutkimuksista ja muodostaa modernin fysiikan perustan, jonka varaan nojaavat sekä erityinen että yleinen suhteellisuusteoria.

Erityinen suhteellisuusteoria (1905) laajentaa periaatteen kuvaamaan liikkeitä tasaisessa tilassa. Sen keskeisiä postulaatteja ovat valon nopeuden vakio kaikissa inertiaalijärjestelmissä sekä lakien muoto, joka on sama kaikille näille järjestelmille. Näiden seurauksena seuraavat Lorentz-muunnokset, aikadilataatio, pituuden supistuminen ja simultaisuuden suhteellisuus. Lisäksi massan ja energian välinen yhteys E = mc^2 on yksi teorian olennaisista seurausilmiöistä.

Yleinen suhteellisuusteoria (1915) laajentaa käsitteen gravitaatioon. Paikallisesti vapaassa pudotuksessa fysiikan lait ovat samanlaiset kuin levossa, ja gravitaatio on aika- ja avaruuden kaareutumisen seurausta, ei perinteinen voima. Tämä equivalence-periaate tarkoittaa, että gravitaatio ja kiihtyvyys ovat paikallisesti samaa ilmiötä. Näin aika-avaruuden kaareutuminen kuvaa massojen vaikutusta liikkeisiin; teorian ennusteita ovat muun muassa gravitaatioaallot, valon taipuminen suurten massojen läheisyydessä sekä aikakäyrien havaittavat eroavuudet.

Nykyään suhteellisuusperiaate on keskeinen osa sekä teoreettista että kokeellista fysiikkaa ja teknologiaa. Todisteita löytyy lukuisista kokeista ja havainnoista: Michelson–Morleyn kokeen tulokset tukevat, ettei ole havaittavissa absoluuttista liikettä; aikadilataatio ja pituuden muutokset on osoitettu muun muassa hiukkasfysiikan kokeissa ja kiertorataa käyttävissä ajastimissa sekä GPS-järjestelmissä, joissa relativistiset korjaukset ovat välttämättömiä. Gravitaatioaallot on havaittu suoraan, mikä vahvistaa yleisen suhteellisuusteorian ennusteita.