相对性原理

有幾種相對性原理在科學領域被廣泛作為理論的假設。其中一種最為人所知的，就是相信自然定律一直都會是一樣的；並且，科學研究通常會假設自然定律不會因為觀察者改變。這類原理已經被當作是科學探究最基本的一部份。任何相對性原理都規定了一種自然定律的對稱性：換句話說，一個觀察者看這些自然定律，會跟另一個觀察者看起來一樣。舉例而言，如果兩個觀察者在不同時間觀察到同樣的物理定律，那麼能量這種物理量將會守恆。在這種觀點下，相對性原理可以預測出自然會如何表現，並且還能靠實驗驗證，不再只是一些有關科學家如何寫下定律的論述。

根據狹義相對論的第一條公設：[1]

狹義相對論是以下面的公設為基礎的，而伽利略-牛頓的力學也滿足這條公設：如果這樣選取座標系 K，使物理定律參照於它得以最簡單的形式成立，那同樣的定律也會在任何相對於K均速平移的座標系K'裡成立。這條公設我們稱為"狹義相對性原理"。

— 阿爾伯特·愛因斯坦：廣義相對論基礎，A部分，§1.對狹義相對論的評述

狹義相對性原理主張物理定律應該在所有相互均速運動的慣性座標系(定義為牛頓第一運動定律為真的座標系)裡都要一樣，且牛頓力學同樣的滿足這個原理。這個原理的一個重要結果，就是相對於慣性座標系靜止的觀察者，無法在不參照其他物體的狀況下，以任何物理方法確定自己是靜止還是等速運動。

廣義相對性原理說明了:[3]

在基本物理定律下，所有座標系都該是等價的
— C. Møller The Theory of Relativity, p. 220

換句話說，普適的物理定律在所有座標系下都該是相同的—不管是慣性或是非慣性。一個加速的帶電粒子可能會產生同步輻射, 儘管一個慣性座標系下靜止的粒子並不會產生這樣的輻射。如果我們現在考慮的是另一個同樣在加速的帶電粒子，不過是在它的非慣性靜止系下觀察，那它的確會在靜止的時候輻射。

在非慣性座標系下的物理是用座標變換來處理的，一開始在慣性座標系中進行一些必要的計算，接下來再把物理量轉換到非慣性座標系下。在多數的情況下，我們只要多考慮假想力，就可以在非慣性座標系下使用同樣的物理定律。以常見的均勻轉動座標系為例，只要我們加上離心力和科氏力，就可以把這個座標系當作是慣性座標系來處理。

涉及在廣義相對性原理的問題不會這麼簡單。狹義相對論預測，在慣性座標系下的觀察者不會看到(局域速度)比光速還快的物體。然而，在地球的非慣性座標系下，如果我們把地球當作是個定點，那我們在天上看到的星星每天都會繞地球一圈。因為這些星星距離地球數光年，這個結果表示在地球的非慣性座標系下，觀察者會發現星星相對他們移動的速度看似比光速還快。

但因為非慣性座標系不適用於狹義相對性原理，這樣的觀察結果並不會和前面的論述自相矛盾。