Was ist der Unterschied zwischen Konstanz und Invarianz?
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Was ist der Unterschied zwischen Konstanz und Invarianz?

Bei Diskussionen über die Relativitätstheorie und die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit gibt es oft Verwirrungen, weil die Begriffe Invarianz und Konstanz verwechselt werden. Was ist also der Unterschied zwischen einer invarianten und einer konstanten Größe?

Konstanz

Als Konstante bezeichnet man eine Messgröße, die sich im Verlauf der Zeit nicht ändert. Man kann hierbei zwischen Konstanten eines bestimmten Versuchsaufbaus und Naturkonstanten unterscheiden. In mechanischen Anordnungen hat man oft sogenannte Konstanten der Bewegung. Dies sind Größen, die trotz der Bewegung eines Objektes oder einer Gruppe von Objekten stets konstant bleiben. Beispiele hierfür sind Gesamtenergie und -impuls aber auch der Drehimpuls des Versuchsaufbaus.

Naturkonstanten sind Größen, von denen man annimmt, dass sie in jedem physikalischen Vorgang stets den gleichen Wert haben. Beispiele Hierfür sind die relativen Stärken der fundamentalen Wechselwirkungen, die Elementarladung und die Massen der Elementarteilchen. Auch die Lichtgeschwindigkeit zählt zu den Naturkonstanten.

Invarianz

Invarianten sind Größen, die unter verschiedenen Blickrichtungen oder in verschieden aufgespannten Koordinatensystemen gleich erscheinen. Eine Invarianz muss immer in Bezug auf eine Veränderung des Blickwinkels angegeben werden. Ein einfaches Beipiel für eine Invariante ist der Abstand zweier Objekte. Der Abstand ist invariant gegenüber Drehungen und Verschiebungen des Koordinatensystems. Bei einer Drehung des Bezugssystems können sich alle Koordinaten jedes der betrachteten Objekte ändern, ihr gegenseitiger Abstand bleibt dagegen immer gleich.

Invarianten haben eine Große bedeutung in der Physik, da sie die Berechnung vieler Dinge stark erleichtern. Weiß man über eine Größe, dass sie bezüglich einer bestimmten Änderung des Blickwinkels (Koordinatentransformation) invariant ist, dann kann man sich das System aussuchen, in dem die Formeln zur Berechnung am einfachsten werden. Oft kann man auch aus dem Wissen über die Invarianten Informationen über die Änderung der nicht-invarianten Größen ableiten.

Invarianz und Relativität

Eine Invarianz spielt die entscheidende Rolle in der Entwicklung der Relativitätstheorie. Man hat nämlich in zahlreichen Experimenten herausgefunden, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Invariante bezüglich der Geschwindigkeit des beobachtenden Koordinatensystems ist. Das heißt unabhängig von der eigenen Bewegungsgeschwindigkeit nimmt man Licht immer mit der selben Geschwindigkeit von etwas mehr als eine Milliarde km/h wahr. Diese Invarianz führt letztlich dazu, dass andere Größen wie die vergangene Zeit vom Blickwinkel abhängen und damit relativ sind. Jedoch ist auch in der Relativitätstheorie nicht alles relativ: Neben der Lichtgeschwindigkeit sind zum Beipiel die Ruhemasse und die Eigenzeit jedes Objektes Invarianten bezüglich der Geschwindigkeitsänderung des Bezugssystems.

Letzte Änderung: 01.02.2005