Il principio di relatività sostiene che le leggi della fisica funzioneranno allo stesso modo in condizioni simili, indipendentemente dalla posizione o dalla velocità di un osservatore. Il principio di relatività non deve essere confuso con le teorie della relatività generale o speciale, sebbene tali teorie utilizzino il principio come base. Queste teorie sono state sviluppate nel XX secolo; il principio di relatività era stato compreso molto prima e illustrato da Galileo in un famoso esempio noto come “nave di Galileo”. L’applicazione di Einstein del principio di relatività alla luce ha portato alle sue rivoluzionarie teorie della relatività.
Per secoli, la scienza è stata vincolata dal modello tolemaico dell’universo, in cui si credeva che tutte le stelle e i corpi planetari orbitano attorno alla Terra. Copernico si rese conto nel 1500 che il sole era un corpo centrale più probabile, ma questa credenza fu osteggiata dalle autorità religiose e scientifiche. Sostenevano che se la Terra fosse in movimento, ciò creerebbe effetti che gli umani potrebbero osservare. Ad esempio, un oggetto caduto da un edificio sarebbe atterrato da qualche parte a ovest dell’edificio, perché il pianeta aveva ruotato verso est durante la caduta dell’oggetto.
Galileo, scrivendo nel 1632, confutò questa tesi con l’eloquente esperimento mentale “La nave di Galileo”. In questo esempio, le persone che viaggiano in mare calmo su una nave veloce non sarebbero in grado di dire se la nave fosse in movimento o ferma se fossero racchiuse in una cabina senza finestre. Qualsiasi oggetto nella cabina, inclusi insetti volanti, pesce in una ciotola e una palla lanciata, si muoverebbe allo stesso modo indipendentemente dal movimento esterno della nave. In altre parole, il loro moto sarebbe relativo al loro ambiente, non a fattori esterni. Lo stesso principio si applica alla Terra, motivo per cui le persone non vengono travolte dalla forza della rotazione del pianeta.
Sir Isaac Newton, lavorando più tardi nello stesso secolo, applicò il principio di relatività ad altri corpi planetari e alla meccanica del moto in generale. Questo lo ha aiutato a formare le sue teorie, che sono diventate la base per gran parte della scienza moderna. Nel corso dei secoli, la progressione della scienza è stata generalmente lontana dall’idea confortante che ci sia un punto di riferimento stabile e immutabile da cui tutte le cose possono essere misurate. La scienza, invece, ha più volte dimostrato che non esiste un punto di riferimento “fisso”; tutto deve essere misurato in relazione a qualcos’altro.
Anche all’inizio del XX secolo, molti scienziati credevano che lo spazio fosse pieno di un mezzo stabile chiamato “etere”. Einstein e altri scienziati, tuttavia, si resero conto che il principio di relatività si applicava a tutte le leggi della fisica, portando a famose teorie della relatività. L’essenza di queste teorie è che materia, energia, tempo e persino lo spazio stesso non sono costanti ma possono cambiare nelle giuste condizioni. La velocità della luce, si rese conto Einstein, era l’unica costante universale che poteva essere utilizzata per misurare e confermare queste teorie. Il modello classico della nave di Galileo è stato talvolta applicato alle astronavi per illustrare il principio secondo cui il movimento di un oggetto nello spazio può essere misurato solo in relazione ad altri oggetti.