В теоретической физике предпочтительная система координат или привилегированная система координат обычно представляет собой особую гипотетическую систему отсчета, в которой законы физики могут показаться явно отличными (более простыми) от законов в других системах отсчета.
В теориях, применяющих принцип относительности к движению по инерции , физика одинакова во всех инерциальных системах отсчета и даже одинакова во всех системах отсчета в соответствии с принципом общей теории относительности .
В теориях, предполагающих, что свет распространяется с фиксированной скоростью относительно неизменяемого и обнаруживаемого светоносного эфира , предпочтительной системой отсчета была бы система, в которой этот эфир был бы неподвижен. В 1887 году Майкельсон и Морли попытались определить состояние движения эфира. Для этого они предположили, что теория относительности Галилея удовлетворяется часами и линейками; то есть, что длина линеек и периоды часов инвариантны при любом изменении системы Галилея. Согласно такой гипотезе, эфир должен был наблюдаться.
Сравнивая измерения, сделанные в разных направлениях, и пытаясь найти эффект, обусловленный орбитальной скоростью Земли, их эксперимент, как известно, дал нулевой результат . Как следствие, в теории эфира Лоренца преобразование Галилея было заменено преобразованием Лоренца . Однако в теории эфира Лоренца предполагается существование необнаружимого эфира и соблюдается принцип относительности. Теория была быстро заменена специальной теорией относительности , которая дала аналогичные формулы без существования ненаблюдаемого эфира. В обеих теориях все инерциальные системы отсчета физически эквивалентны. Точнее, при условии, что никакое явление не нарушает принцип относительности движения, нет возможности измерить скорость инерциального наблюдателя относительно возможной среды распространения квантовых волн.
Хотя все инерциальные системы отсчета эквивалентны согласно классической механике и специальной теории относительности , в этих теориях набор всех инерциальных систем отсчета имеет преимущество перед неинерциальными системами отсчета. [1] : 10 Инерциальные системы отсчета имеют преимущество, поскольку в них нет физики, причины которой находятся вне системы, в отличие от неинерциальных систем отсчета. Эйнштейн приводит следующий пример: предположим, что два упругих тела одинакового состава находятся в пространстве и находятся на таком расстоянии друг от друга, что взаимодействием между ними можно пренебречь, и единственным относительным движением которых является равномерное жесткое вращение вокруг линии, соединяющей центры обоих тел. (как крутящиеся колеса вокруг оси ). Одно из тел представляет собой сферу , а другое — сфероид , сплющенную сферу. Наблюдаемая правильная физическая форма тел остается одинаковой во всех кадрах. В системе с невращающимся сфероидом действует физика, причина которой лежит вне системы и ответственна за сжатие сфероида. Рамка с невращающейся сферой этого не делает, что делает ее привилегированной, поскольку она не требует внешних причин. Это относится ко всем инерциальным системам отсчета, которые имеют одинаковые привилегии. [1] : 209 Эйнштейн продолжил развивать общую теорию относительности и принцип эквивалентности , в котором инерциально-гравитационные системы отсчета больше не имеют привилегированного значения, [1] : 215–223, поскольку геодезические пространства - времени объясняют эти инерциально-гравитационные эффекты без внешней причины. . [2]