Mit dem Artikel Zur Elektrodynamik bewegter Körper, der 1905 in der Zeitschrift Annalen der Physik erschien, begründete Albert Einstein ein neues Relativitätsprinzip. Dieses Prinzip hatte gegenüber dem von Galileo Galilei den Vorteil, dass es neben der Mechanik auch die Elektrodynamik als unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters beschrieb.
Dieser Entdeckung ging eine lange Diskussion der Physiker voraus, in welchem System die Lichtgeschwindigkeit zu messen sei. Obwohl damals schon lange anerkannt war, dass die Erde rotiert und um die Sonne kreist, konnte auch mit den besten Messmethoden nicht festgestellt werden, dass sich ein Lichtstrahl in Richtung der Erdbewegung anders verhält als gegen die Erdbewegung. Es wurde daher vorgeschlagen, dass sich das Licht in einem Stoff namens Aether bewegen könnte, der sich mit der Erde mitdreht. Nur war solch einen Stoff weder messbar, noch konnte man erklären, warum er keinen Gegenwind gegen die Erdbewegung erzeugt. Solch ein Gegenwind müsste dafür sorgen, dass das Licht in Bewegungsrichtung der Erde messbar langsamer ist, als gegen die Bewegungsrichtung.
Die Lösung, die Einstein für dieses Problem fand, war mathematisch so einfach, dass die Originalveröffentlichung auch für Laien gut verständlich ist. (Um so erstaunlicher ist, dass es noch immer viele Stimmen, auch im Internet, gibt, die Einstein offensichtlich nicht verstanden haben.)
Einstein vermutete, dass es auch ein Relativitätsprinzip für die Elektrodynamik gibt. Dass also die Gleichungen, die elektrische und magnetische Phänomene beschreiben, für alle zueinander (geradlinig und gleichförmig) bewegten Beobachter gleich sein müssen. Da die Lichtgeschwindigkeit ein elektromagnetisches Phänomen ist, folgt aus dieser Annahme, dass die Geschwindigkeit des Lichts für jeden Beobachter gleich sein muss. Zudem folgt aus dem Relativitätsprinzip, dass die Lichtgeschwindigkeit die höchste erreichbare Geschwindigkeit ist. Einsteins Aussage war nicht, dass alles relativ sei. Er stellte vielmehr fest, dass es eine absolute maximale Geschwindigkeit gibt: Die Lichtgeschwindigkeit beträgt etwa 300000km/s.
Während die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter gleich ist, ergibt die Relativitätstheorie, dass die gemessenen Längen und Zeiten vom Bewegungszustand abhängen. Für ein schnell bewegtes Objekt vergeht weniger Zeit als mit einem System synchronisierter Uhren, gegen das es sich bewegt, festgestellt wird. Ein schnell bewegtes Objekt wird im System, in dem es Bewegt ist, kürzer gemessen, als in seinem Ruhesystem.
Auch in der speziellen Relativitätstheorie gibt es Erhaltungsgrößen. Energie und Impuls verschmelzen jedoch zu einer Erhaltungsgröße. Diese Größe ist die Schwerpunktenergie, also die Energie, die die betrachteten Körper in dem System haben, in dem ihr gemeinsamer Schwerpunkt in Ruhe ist. Für einzelne Körper ist die Schwerpunktenergie mit der Masse (auch Ruhemasse genannt) identisch. Die Masse eines Körpers ist also von der Bewegung unabhängig.
Die Zeit, die für ein bewegtes Objekt vergeht, kann von jedem Beobachter nach den gleichen Regeln berechnet werden und wird Eigenzeit genannt. Außerdem kann man zwischen zwei Ereignissen einen vom Beobachter unabhängigen Abstand definieren in dem neben den Orten auch die Zeiten der Ereignisse eingehen. Raum und Zeit können in der speziellen Relativitätstheorie nicht mehr getrennt betrachtet werden. Sie werden deshalb auch als Raumzeit zusammengefasst.
Die spezielle Relativitätstheorie kann also nicht auf den Satz "Alles ist relativ" reduziert werden. Sie gibt klare Beziehungen zwischen relativ zueinander bewegten Systemen an.
Für kleine Geschwindigkeiten ist die spezielle Relativitätstheorie nicht von Galileos Relativitäts-Prinzip zu unterscheiden. Sie steht unserer Anschauung nur deshalb entgegen, weil in der Natur fast nur Geschwindigkeiten beobachtet werden, die viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind. In der Astronomie und bei Teilchenbeschleunigern auf der Erde kommen dagegen auch Teilchen vor, die beinahe Lichtgeschwindigkeit erreichen. Hier kann die Relativitätstheorie sehr genau geprüft werden und hat bisher nie versagt.
Müssten Photonen nicht nach E=mc² Masse haben?
Relativitätsprinzip: Bewegung ist relativ
Ein Rechenbeispiel: Gedankenexperiment relativistische Lochkamera
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Letzte Änderung: 26.06.2013