Relativitätstheorie, Spezielle

[Bion]

---

Spezielle Relativitätstheorie (SRT):

Die newtonsche Mechanik, mit der sich z. B. die Sternenbewegungen sehr gut beschreiben lassen, sind von verschiedenen Beobachterpositionen aus gesehen, insbesondere aus ruhendem und mitbewegten Beobachter gleichartig, solange keine beschleunigten Systeme oder solche in starken Gravitationsfeldern eine Rolle spielen.

Die mathematische Gruppe der Umrechnungen (Transformationen) ist in diesen Fällen besonders intuitiv (Translation, Drehung, Spiegelung). Sie werden als Galilei-Transformationen bezeichnet. Die Bewegungsgleichungen der newtonschen Mechanik sind, wie man so sagt, invariant gegenüber Galilei-Transformationen.

Dies ist aber nicht mehr der Fall, wenn man die Ausbreitung von Lichtwellen beschreiben will. Hier gelten die Maxwellschen Gleichungen. Und diese lassen Galilei-Transformationen nicht zu. D. h. sie scheinen nur in einem bestimmten Koordinatensystem (dem Inertialsystem) zu gelten. Doch entsprechende Experimente zur Messung der Lichtgeschwindigkeit mit und gegen die Erdbewegung (Michelson-Morley Experiment) scheiterten. Offensichtlich war die Annahme eines bestimmten Inertialsystems (Äther-These) falsch. Es wurde offenbar, dass sich Licht in jedem Inertialsystem (im Vakuum) mit der gleichen Geschwindigkeit (c = 2,997925*10^8 m/s) bewegt – entgegen der klassischen Annahme, bei der sich Geschwindigkeiten einfach addieren, was bei einer Geschwindigkeitsgrenze nicht möglich ist.

Es war das Verdienst Albert Einsteins (ab etwa 1905), das ↗Relativitätsprinzip, das bereits aus der Mechanik bekannt war, auf die Maxwellsche Theorie für elektromagnetische Wellen zu verallgemeinern, und die Lichtgeschwindigkeit als eine für alle physikalischen Vorgänge geltende Grenzgeschwindigkeit zu postulieren.

Wenn also Bezugssysteme (außerhalb starker Gravitationsfelder und geringer Beschleunigung) gegeneinander mit Geschwindigkeiten im Bereich der Lichtgeschwindigkeit keine einfache Addition von Geschwindigkeiten mehr erlauben, so müssen die Bewegungsgleichungen eine Lorentz-Transformation zulassen. (Die maxwellschen Gleichungen waren bereits als lorentz-invariant bekannt.)
Die SRT beruht also auf den beiden Prinzipien

• ↗Relativitätsprinzip und
  
• Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

Durch die Lorentz-Invarianz der Bewegungsgleichungen ergibt sich, dass Raum und Zeit in unterschiedlichen Bezugssystemen unterschiedlich gemessen werden. Solange keine starken Beschleunigungen oder hohe Gravitationsfelder eine Rolle spielen, gibt die SRT die Messdaten extrem genau wieder. Beispiel: Die moderne Navigationstechnik beruht auf der Präzision der SRT.

---

Autor des Beitrags: Ekkard


● Zum Inhaltsverzeichnis des Lexikons