I vari principi di relatività affermano che le leggi fisiche restano invariate (non necessariamente i valori delle grandezze) anche se cambia la prospettiva con la quale si osserva il fenomeno: essendo principi non hanno dimostrazione, ma si basano sull’evidenza, dalla quale dedurre tali proprietà.
Principi semplici
I principi semplici si basano sul principio di Noether, che lega l’invarianza delle leggi fisiche alle caratteristiche di simmetria di alcune grandezze fisiche
“Per ogni simmetria continua
esiste un corrispondente principio di conservazione, e viceversa”
Il nostro universo possiede delle simmetrie spazio-temporali, e per ognuna di esse si ricava dalla fisica teorica una legge di conservazione di una grandezza fisica:
- le leggi fisiche sono le stesse in ogni luogo (lo spazio è omogeneo), non esiste un’origine spaziale privilegiata per i sistemi di riferimento: da tale osservazione si può ricavare il principio di conservazione della quantità di moto;
- le leggi fisiche sono le stesse in ogni direzione (lo spazio è isotropo), non esiste una direzione privilegiata per i sistemi di riferimento: da tale osservazione si può ricavare il principio di conservazione del momento angolare;
- le leggi fisiche sono le stesse in ogni tempo (il tempo è omogeneo), non esiste un’origine temporale privilegiata per i sistemi di riferimento: da tale osservazione si può ricavare il principio di conservazione dell’energia.
Principi speciali
I principi speciali affermano che le leggi fisiche sono le stesse in ogni sistema di riferimento inerziale (riguarda i sistemi in moto relativo uniforme):
- in meccanica classica l’analisi cinematica è svolta per mezzo delle trasformazioni di Galileo, in cui spazio e tempo sono considerati assoluti;
- in meccanica relativistica speciale (o ristretta) l’analisi cinematica è svolta per mezzo delle trasformazioni di Lorentz, in cui si assume che la velocità della luce sia costante per ogni osservatore.
Principi generali
I principi generali affermano che le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento (riguarda i sistemi in moto relativo accelerato):
- in meccanica relativistica generale l’analisi dinamica è svolta introducendo le forze apparenti.