15 февраля 1564 года считается датой рождения Галилея. Начальное образование будущий великий ученый получил в монастыре, где проявил себя как талантливый ребенок с разносторонними способностями: занимался рисованием, изучал иностранные языки и музыку. В 17 лет Галилей поступил в университет, где первоначально изучал медицину. Однако его истинным увлечением стала математика. Он глубоко изучал геометрию и алгебру, познакомился с трудами Коперника, что и определило его дальнейшую научную деятельность, и благодаря поддержке одного маркиза начал преподавать в Болонском университете.
В период своего преподавания Галилей создал ряд фундаментальных трудов: «О движении» и «Механика», в которых опроверг устаревшие теории Аристотеля. В 1609 году совершил революционное изобретение – создал первый телескоп, с помощью которого сделал множество важных астрономических открытий, среди которых: обнаружение гор на Луне; открытие четырех спутников Юпитера (это наиболее крупные спутники газового гиганта, так называемые галилеевы спутники: Ио – самый близкий к Юпитеру, Европа – второй по удаленности спутник; Ганимед – крупнейший спутник в Солнечной системе; Каллисто – самый дальний из галилеевых спутников); обнаружение колец у Сатурна и пятен на Солнце. В точных науках Галилей открыл закон падения тел (при идеальных условиях (в вакууме) тела падают с одинаковой скоростью независимо от их массы и достигнут Земли одновременно), закон инерции (это фундаментальный закон природы, формулируемый в рамках классической механики, согласно которому тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы или их действие скомпенсировано); принцип относительности (в формулировке Галилея звучит так: «Не существует никаких механических экспериментов, которые показали бы, движется тело или покоится») и формулу колебания маятников.
Таким образом, Галилей первым сформулировал принцип относительности и только для механических явлений, но позже его идею развили Пуанкаре (1895 год) и Эйнштейн (1905 год). Анри Пуанкаре расширил принцип относительности, данный Галилеем. Он подчеркнул, что принцип относительности Галилея применим не только к механическим явлениям, но и к электромагнитным, гравитационным и другим явлениям.
В 1860-х годах Джеймс Клерк Максвелл утверждал, что выведенные им уравнения электромагнитного поля справедливы только в одной механической системе отсчета, связанной с неким эфиром. Пуанкаре опроверг это утверждение, расширив принцип относительности на электромагнитные явления. В дальнейшем принцип относительности, расширенный Пуанкаре, лег в основу специальной теории относительности Эйнштейна.
Будучи еще в юном возрасте Альберт Эйнштейн задался простым, казалось бы, вопросом: «А что будет, если двигаться со скоростью света. Будет ли казаться, что световая волна замерла?» И, быть может, поиски ответа на этот вопрос и привели великого ученого к первой его значимой работе по специальной теории относительности, опубликованной им в 1905 году.
«Нет!» – ответит Эйнштейн по завершении своей работы, на свой детский вопрос: «Нет! Световая волна не замрет! Она будет убегать от вас со скоростью света, независимо от того, как быстро движетесь вы!». Это стало очередной настоящей революцией в науке, да и в познании мира в целом.
Простыми словами принцип относительности, сформулированный Эйнштейном, можно пояснить так. Для начала представим обычный пассажирский поезд и себя в нем вместе с другими пассажирами. Пусть поезд движется, скажем, шестьдесят километров в час, а наша скорость, с которой мы перемещаемся вдоль поезда, – пять километров в час. Тогда верно сказать, что наша скорость в пять километров в час лишь относительно неподвижных в поезде пассажиров, а относительно, скажем, людей на платформе, мимо которой проезжает поезд, если мы приближаемся к ним, будет складываться из скорости поезда и нашей собственной скорости в нем, то есть шестьдесят пять километров в час. Так с какой скоростью мы двигались на самом деле? И то, и другое на самом деле. Этот момент важен, чтобы понять дальнейшее. Теперь также представим поезд, который движется, и также фонарь. Один фонарь будет на самом поезде, а другой закреплен на платформе, но оба будут светить в одном направлении. Сделав засечку времени, когда поезд проезжает мимо платформы и фонарь поезда оказывается ровно рядом с фонарем на платформе, мы увидим, что скорость света, испущенная от фонаря поезда, и скорость света, испущенная от фонаря на платформе, одна и та же, то есть свет от них одновременно достигнет некоторого экрана впереди, на котором будет проводиться измерение, то есть фактически скорость света не зависит от скорости источника, его испускающего. Другими словами, скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета.