เรือของกาลิเลโอ

เรือของกาลิเลโอ ()  เป็นการทดลองทางฟิสิกส์ซึ่งเสนอโดย กาลิเลโอ (Galileo), นักฟิสิกส์ นักดาราศาสตร์และนักปรัชญาผู้มีชื่อเสียงในคริสต์ศตวรรษที่ 16 และ 17 โดยการทดลองดังกล่าวถูกตั้งขึ้นเพื่อลบล้างข้อขัดแย้งแนวคิดเกี่ยวกับโลกหมุน

เบื้องหลัง 

หนังสือ Dialogue Concerning the Two Chief World Systems ของกาลิเลโอพิจารณาข้อโต้แย้งทั้งหมดซึ่งต่อต้านแนวคิดที่ว่าโลกเคลื่อนที่  ข้อโต้แย้งหนึ่งกล่าวว่า หากโลกหมุนรอบแกนของมัน พวกเราจะเคลื่อนไปทางตะวันออกด้วยความเร็วนับร้อยไมล์ต่อชั่วโมง ดังนั้น ลูกบอลที่ตกลงมาจากหอคอยลงมาตรง ๆ นั้นจะเคลื่อนไปตกทางตะวันตกของหอคอย ทั้งนี้หอคอยได้เลื่อนไปทางตะวันออกด้วย ด้วยวิธีการเดียวกัน ข้อโต้แย้งได้ไปถึงว่า ลูกปืนใหญ่ที่ยิงไปทางตะวันออกจะตกใกล้กว่าลูกปืนใหญ่ที่ยิงไปทางทิศตะวันตก ทั้งนี้ตัวปืนใหญ่จะเคลื่อนที่ไปทางตะวันออกจนไปทันลูกปืนด้วยส่วนหนึ่ง

ตัวแทนในเรื่องของกาลิเลโอชื่อ Salviati ได้ตอบสนองข้อโต้แย้งดังกล่าวด้วยการสาธิตหลักดั้งเดิมของสัมพัทธภาพตามหลักการนี้ เมื่อกำหนดโดยนักฟิสิกส์ในเวลาต่อมา มันจะไม่มีการสังเกตภายในใด ๆ (โดยปราศจากการมองออกนอกหน้าต่าง เป็นต้น) ที่ทำให้ใครสักคนสามารถแยกได้ว่าระบบกำลังเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยอัตราเร็วคงที่หรือระบบอยู่กับที่ ดังนั้นระบบสองระบบใด ๆ ที่เคลื่อนที่โดยปราศจาก ความเร่ง นั้นเทียบเท่ากัน และการเคลื่อนที่โดยไม่มีความเร่งเป็นปริมาณสัมพัทธ์ อย่างไรก็ตาม ปัญหาในการใช้หลักการนี้กับแสงทำให้ ไอน์สไตน์ คิดค้น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ขึ้น

ข้อเสนอ 

การทดลองของ Salviati เป็นไปดังนี้

Shut yourself up with some friend in the main cabin below decks on some large ship, and have with you there some flies, butterflies, and other small flying animals.  Have a large bowl of water with some fish in it; hang up a bottle that empties drop by drop into a wide vessel beneath it.  With the ship standing still, observe carefully how the little animals fly with equal speed to all sides of the cabin.  The fish swim indifferently in all directions; the drops fall into the vessel beneath; and, in throwing something to your friend, you need throw it no more strongly in one direction than another, the distances being equal; jumping with your feet together, you pass equal spaces in every direction.  When you have observed all these things carefully (though doubtless when the ship is standing still everything must happen in this way), have the ship proceed with any speed you like, so long as the motion is uniform and not fluctuating this way and that.  You will discover not the least change in all the effects named, nor could you tell from any of them whether the ship was moving or standing still.  In jumping, you will pass on the floor the same spaces as before, nor will you make larger jumps toward the stern than toward the prow even though the ship is moving quite rapidly, despite the fact that during the time that you are in the air the floor under you will be going in a direction opposite to your jump.  In throwing something to your companion, you will need no more force to get it to him whether he is in the direction of the bow or the stern, with yourself situated opposite.  The droplets will fall as before into the vessel beneath without dropping toward the stern, although while the drops are in the air the ship runs many spans.  The fish in their water will swim toward the front of their bowl with no more effort than toward the back, and will go with equal ease to bait placed anywhere around the edges of the bowl.  Finally the butterflies and flies will continue their flights indifferently toward every side, nor will it ever happen that they are concentrated toward the stern, as if tired out from keeping up with the course of the ship, from which they will have been separated during long intervals by keeping themselves in the air.  And if smoke is made by burning some incense, it will be seen going up in the form of a little cloud, remaining still and moving no more toward one side than the other.  The cause of all these correspondences of effects is the fact that the ship's motion is common to all the things contained in it, and to the air also.  That is why I said you should be below decks; for if this took place above in the open air, which would not follow the course of the ship, more or less noticeable differences would be seen in some of the effects noted.

Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, แปลโดย Stillman Drake, University of California Press, 1953, หน้า 186 - 187 (Second Day).

ข้อความข้างต้นซึ่งบรรยายการทดลองทางความคิดเกี่ยวกับเรือซึ่งกำลังแล่น ถูกเผยแพร่ภายใต้ GNU Free Documentation License (GFDL) โดยเป็นสมบัติของ Stillman Drake. 

ฟิสิกส์