Le principe de relativité soutient que les lois de la physique fonctionneront de la même manière dans des conditions similaires, indépendamment de l’emplacement ou de la vitesse d’un observateur. Le principe de relativité ne doit pas être confondu avec les théories de la relativité générale ou restreinte, bien que ces théories utilisent le principe comme base. Ces théories ont été développées au 20ème siècle ; le principe de relativité a été compris bien plus tôt et illustré par Galilée dans un exemple célèbre connu sous le nom de navire de Galilée. L’application par Einstein du principe de relativité à la lumière a conduit à ses théories révolutionnaires de la relativité.
Pendant des siècles, la science a été limitée par le modèle ptolémaïque de l’univers, dans lequel toutes les étoiles et tous les corps planétaires étaient censés orbiter autour de la Terre. Copernic s’est rendu compte dans les années 1500 que le soleil était un corps central plus probable, mais cette croyance a été combattue par les autorités religieuses et scientifiques. Ils ont fait valoir que si la Terre était en mouvement, cela créerait des effets que les humains pourraient observer. Par exemple, un objet lâché d’un bâtiment atterrirait quelque part à l’ouest du bâtiment, car la planète avait tourné vers l’est pendant la chute de l’objet.
Galilée, écrivant en 1632, a réfuté cet argument avec l’expérience de pensée éloquente le navire de Galilée. Dans cet exemple, les personnes voyageant sur une mer calme sur un navire rapide ne seraient pas en mesure de dire si le navire était en mouvement ou au repos s’ils étaient enfermés dans une cabine sans fenêtre. Tous les objets dans la cabine, y compris les insectes volants, les poissons dans un bol et une balle lancée, bougeraient de la même manière quel que soit le mouvement externe du navire. En d’autres termes, leur mouvement serait relatif à leur environnement, et non à des facteurs externes. Le même principe s’applique à la Terre, c’est pourquoi les gens ne sont pas renversés par la force de la rotation de la planète.
Sir Isaac Newton, travaillant plus tard au cours du même siècle, a appliqué le principe de relativité à d’autres corps planétaires et à la mécanique du mouvement en général. Cela l’a aidé à former ses propres théories, qui sont devenues la base d’une grande partie de la science moderne. Au fil des siècles, la progression de la science s’est généralement éloignée de l’idée réconfortante qu’il existe un point de référence stable et immuable à partir duquel toutes choses peuvent être mesurées. Au lieu de cela, la science a prouvé à maintes reprises qu’il n’y a pas de point de référence fixe ; tout doit être mesuré par rapport à autre chose.
Même au début du 20e siècle, de nombreux scientifiques pensaient que l’espace était rempli d’un milieu stable appelé éther. Einstein et d’autres scientifiques ont cependant réalisé que le principe de la relativité s’appliquait à toutes les lois de la physique, ce qui a conduit aux célèbres théories de la relativité. L’essence de ces théories est que la matière, l’énergie, le temps et même l’espace lui-même ne sont pas des constantes mais peuvent changer dans les bonnes conditions. La vitesse de la lumière, réalisa Einstein, était la seule constante universelle qui pouvait être utilisée pour mesurer et confirmer ces théories. Le modèle classique du vaisseau de Galilée a parfois été appliqué aux vaisseaux spatiaux pour illustrer le principe selon lequel le mouvement d’un objet dans l’espace ne peut être mesuré que par rapport à d’autres objets.