Relativität in der Physik
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Relativität in der Physik

In der Physik versuchen wir die Naturvorgänge möglichst allgemein zu beschreiben. Das bedeutet, dass die Rechenvorschriften so formuliert werden sollten, dass sie vom Standpunkt des Betrachters möglichst unabhängig sind. Die Physik soll also in Berlin die gleiche sein wie in New York oder an jedem anderen Punkt im Weltraum. Es passieren auf der Sonne zwar nicht die gleichen physikalischen Dinge wie auf der Erde, man möchte aber die Unterschiede auf unterschiedliche Randbedingungen (Temperatur, Masse, etc.) zurückführen und nicht darauf, dass dort eine andere Physik herrscht. Rechenvorschriften, die so allgemein sind werden oft als Naturgesetze bezeichnet.

Dass die prinzipielle Gleichheit physikalischer Vorgänge nichts selbstverständliches ist, erkennt man daran, dass Jahrhunderte lang die Lehre von Aristoteles anerkannt war, nach der sich die Himmelsmechanik grundlegend von der Mechanik auf der Erde, die aus physikalischen Gründen im Mittelpunkt des Universums stehen musste, unterschied. Erst Sir Isaac Newton (1643-1727) zeigte eindeutig, dass irdische Vorgänge tatsächlich mit den gleichen Mitteln wie die Himmelsmechanik erklärt werden können.

Ein Wegbereiter Newtons war Galileo Galilei aus Pisa (1564-1642), der die Idee hatte, dass Bewegungen nicht absolut sondern nur relativ zu einem Beobachter gemessen werden können. Galileo schuf somit die erste Relativitätstheorie. Die Physik ist also nicht nur unabhängig vom Ort, sondern auch von der Geschwindigkeit des physikalischen Systems.

Mit dem Erfolg der newtonschen Lehre blieb auch die galileische Relativität bis ins 20. Jahrhundert ein wichtiger Bestandteil der Physik. Es zeigte sich aber, dass die Gesetze der Elektrodynamik, die in den maxwellschen Gleichungen formuliert wurden, nicht mit der galileischen Relativität vereinbar waren. Das veranlasste Albert Einstein (1879-1955) dazu 1905 die spezielle Relativitätstheorie (SRT) zu entwickeln. Diese Theorie enthält nur eine kleine aber entscheidende Änderung gegenüber der Newtonschen Theorie: Geschwindigkeiten können grundsätzlich nicht unendlich groß werden, es gibt eine maximale Geschwindigkeit, die Lichtgeschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit ist für alle Beobachter, unabhängig von ihrer Geschwindigkeit gleich.

An dieser Stelle möchte ich betonen, dass mit Hilfe der speziellen Relativitätstheorie tatsächlich alle mechanischen Systeme berechnet werden können. Es ist ein verbreiteter Irrtum, die spezielle Relativitätstheorie beschäftige sich nur mit gleichförmiger Bewegung. Tatsächlich können auch Beschleunigungen mit der speziellen Relativitätstheorie berechnet werden.

Sowohl in der Newtonschen als auch in der speziell relativistischen Mechanik kann man nicht verstehen, warum träge und schwere Masse gleich sind. Schon Newton erkannte, dass es nicht selbstverständlich ist, dass schwere Körper auch besonders träge sein müssen. Experimentelle Untersuchungen ergaben aber stets, dass Trägheit und Schwere identisch sind. Diese Erfahrungstatsache machte Einstein au einem allgemeinen Prinzip, indem er bis 1915 die allgemeine Relativitätstheorie (ART) entwarf. Diese bringt auf elegante Art Beschleunigungen und die Gravitationskraft zu einer gemeinsamen Theorie zusammen.

Letzte Änderung: 15.04.2007