二、伽利略发现相对性原理

伽利略在 1632 年出版的名著《关于托勒玫和哥白尼两大世界体系的对话》中揭示了一个具有普遍意义的事实，他写道：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，再让你们带几只苍蝇、蝴蝶和其它小飞虫， 舱内放一只大水碗，其中放几条鱼．然后挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里．船停着不动时，你留神观察，小虫都同等地向舱内各个方向飞行，鱼向各个方向游动，水滴一滴滴滴进下面的罐子里．你

把任何东西扔到你的朋友时，只要距离相等，向这个方向不比向另一方向用更多的力，你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等．当你仔细地观察了这些事情后（虽然当船停止时，事情无疑一定这样的），再使船以任何速度直线前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化，你也无法从其中任何一个现象来确定， 船是在运动中还是停着不动．即使让船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远，虽然你跳到空中去时，脚下的船底板在向着你跳时相反方向移动．你

把不论什么东西扔给你的同伴时，不论你在船头还是在船尾，你也并不需要用更多的力．水滴也将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾，虽然水滴在空中时，船已行驶了许多距离．鱼在水中游向水碗前部用的力，不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任

何地方的食饵．最后，蝴蝶和苍蝇将随意地到处飞行，它们也决不会向船尾集中，并不因它们可能长时间留在空中，脱离了船，而为赶上船的运动显出累的样子．如果香冒着烟，则看到的烟将象一朵云一样向上升起，不向任何一边飘动．”从这里我们可看出，伽利略已基本上得出了力学中的相对性原理．他强调船应作匀速直线运动，在这样的船中做任何力学实验都是不可测出船的运动快慢或着停着不动．

力学相对性原理今天可叙述为：在彼此作匀速直线运动的惯性系内， 所作的任何力学实验都相同，都不能确定该惯性系相对于其他惯性系是否运动．因为首先提出这个原理的是伽利略，因此又称为伽利略相对性原理．

伽利略总结出了相对性原理，但伽利略的研究仅局限于地球，他确信，位于地球上的人们是觉察不出地球的运动的，就好比一条船在作匀速直线运动时，处于它的封闭的船舱中的旅客觉察不出船的运动一样．但是地球的运动即不是匀速的，也不是直线运动，地球是围绕太阳旋转，并绕自身的轴而自转，这些伽利略已明确地证实了．伽利略认为，位于地球表面的物体的运动与匀速直线运动相差甚小．尽管如此，这种差别还是客观存在的，那么人们自然而然地就会提出，位于地球上的人是否能用实验发现自己运动的非匀速性和非直线性呢？如果可能的话，怎样去发现呢？伽利略当时没能解决这些问题．