相对性原理

有几种相对性原理在科学领域被广泛作为理论的假设。其中一种最为人所知的，就是相信自然定律一直都会是一样的；并且，科学研究通常会假设自然定律不会因为观察者改变。这类原理已经被当作是科学探究最基本的一部份。任何相对性原理都规定了一种自然定律的对称性：换句话说，一个观察者看这些自然定律，会跟另一个观察者看起来一样。举例而言，如果两个观察者在不同时间观察到同样的物理定律，那么能量这种物理量将会守恒。在这种观点下，相对性原理可以预测出自然会如何表现，并且还能靠实验验证，不再只是一些有关科学家如何写下定律的论述。

根据狭义相对论的第一条公设：[1]

狭义相对论是以下面的公设为基础的，而伽利略-牛顿的力学也满足这条公设：如果这样选取座标系 K，使物理定律参照于它得以最简单的形式成立，那同样的定律也会在任何相对于K均速平移的座标系K'里成立。这条公设我们称为"狭义相对性原理"。

— 阿尔伯特·爱因斯坦：广义相对论基础，A部分，§1.对狭义相对论的评述

狭义相对性原理主张物理定律应该在所有相互均速运动的惯性座标系(定义为牛顿第一运动定律为真的座标系)里都要一样，且牛顿力学同样的满足这个原理。这个原理的一个重要结果，就是相对于惯性座标系静止的观察者，无法在不参照其他物体的状况下，以任何物理方法确定自己是静止还是等速运动。

广义相对性原理说明了:[3]

在基本物理定律下，所有座标系都该是等价的
— C. Møller The Theory of Relativity, p. 220

换句话说，普适的物理定律在所有座标系下都该是相同的—不管是惯性或是非惯性。一个加速的带电粒子可能会产生同步辐射, 尽管一个惯性座标系下静止的粒子并不会产生这样的辐射。如果我们现在考虑的是另一个同样在加速的带电粒子，不过是在它的非惯性静止系下观察，那它的确会在静止的时候辐射。

在非惯性座标系下的物理是用座标变换来处理的，一开始在惯性座标系中进行一些必要的计算，接下来再把物理量转换到非惯性座标系下。在多数的情况下，我们只要多考虑假想力，就可以在非惯性座标系下使用同样的物理定律。以常见的均匀转动座标系为例，只要我们加上离心力和科氏力，就可以把这个座标系当作是惯性座标系来处理。

涉及在广义相对性原理的问题不会这么简单。狭义相对论预测，在惯性座标系下的观察者不会看到(局域速度)比光速还快的物体。然而，在地球的非惯性座标系下，如果我们把地球当作是个定点，那我们在天上看到的星星每天都会绕地球一圈。因为这些星星距离地球数光年，这个结果表示在地球的非惯性座标系下，观察者会发现星星相对他们移动的速度看似比光速还快。

但因为非惯性座标系不适用于狭义相对性原理，这样的观察结果并不会和前面的论述自相矛盾。