Taustsüsteemid

Taustsüsteemid, tuntud ka kui referentsraamid, on matemaatilised konstruktsioonid, mida kasutatakse füüsiliste objektide asukoha, liikumise ja orientatsiooni kirjeldamiseks. Need koosnevad koordinaatsüsteemist, mis on seotud kindla vaatleja või objektiga, ning ajaarvestuse süsteemist. Oluline on eristada inertsiaalseid ja mitte-inertsiaalseid taustsüsteeme. Inertsiaalsed taustsüsteemid on need, kus Newtoni esimese seaduse järgi ehk inertsiseaduse kohaselt jääb liikuv keha ühtlasesse ja sirgjoonelisse liikumisse või seisab paigal, kui sellele ei mõju välisjõud. Mitte-inertsiaalsed taustsüsteemid aga kiirendavad või pöörlevad ning nende kirjeldamiseks on vaja appi võtta tühijõude, nagu tsentrifugaaljõud või Coriolise jõud.

Einsteini erirelatiivsusteoorias on kõik inertsiaalsed taustsüsteemid füüsikaseaduste poolest võrdväärsed. See tähendab, et füüsikalised seadused avalduvad igas inertsiaalses taustsüsteemis ühesugusel kujul. Erinevad inertsiaalsed taustsüsteemid on omavahel seotud Lorentzi teisendustega, mis näitavad, kuidas ruumi- ja aja mõõtmed muutuvad eri kiirustega liikumisel.

Üldrelatiivsusteoorias laieneb taustsüsteemide mõiste ka mitte-inertsiaalsetele taustsüsteemidele, kirjeldades gravitatsiooni mitte ruumina-ajana vääramatuna, vaid ruumi-aja enda kumerusena, mis on tingitud massist ja energiast. Taustsüsteemide valik sõltub sageli uuritava probleemi spetsiifikast ja sellest, milline süsteem muudab kirjelduse lihtsaimaks. Näiteks Maa peal olevast vaatlejast lähtuv taustsüsteem on mitte-inertsiaalne, sest Maa pöörleb ja liigub ümber Päikese. Kosmoses liikuva satelliidi taustsüsteem võib aga olla inertsiaalne teatud aja jooksul.