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Relativitätstheorie
Die Relativitätstheorie wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Albert Einstein formuliert und hat als Gegenstand die gleichförmige Bewegung physikalischer Systeme in der Speziellen Relativitätstheorie und deren beschleunigte Bewegung in der Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie war von Albert Einstein als Erweiterung der klassischen Physik gedacht und verlangte eine grundlegend andere Sichtweise von Zeit und Raum. Zu seiner Theorie gab es auch kritische Stimmen, z.B. von dem Physiker und Nobelpreisträger Philipp Lenard. Eine experimentelle Absicherung war lange Zeit aus methodischen Gründen nicht möglich.
Die Relativitätstheorie ist heute die international wissenschaftlich anerkannte Grundlage der Astrophysik und der Atomphysik. Sie hatte Anfang des 20. Jahrhunderts zu einem grundsätzlichen Streit der Meinungen geführt, da sie die Existenz eines ruhenden Mediums, genannt Äther, ablehnt und die Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante einstuft.
Spezielle Relativitätstheorie
Der Übergang zwischen den für eine mathematische Beschreibung völlig gleichwertigen Bezugssystemen erfolgt in der Speziellen Relativitätstheorie durch die von H. A. Lorentz entwickelte Lorentz-Transformation, in der die Geschwindigkeiten relativistisch addiert werden. Aus der Anwendung der Lorentz-Transformation folgen dann auch Annahmen, die Gegenstand heftigster Kritik wurden, z.B. die Lorentz-Kontraktion, die Zeitdilatation und die Abhängigkeit der Masse von der Geschwindigkeit. Weiter wurde die Lichtgeschwindigkeit c als nicht überschreitbare Maximalgeschwindigkeit für die Übertragung von Informationen oder die Beschleunigung eines Körpers angesehen, wobei diese als Naturkonstante gilt.
Allgemeine Relativitätstheorie
Mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von 1915 wurde das Relativitätsprinzip auch auf beschleunigte Bewegungen angewendet, wenn Gravitationsfelder mit in Betracht gezogen werden. Ob sich jemand im gravitationsfreien Raum gleichförmig bewegt oder sich unter Einfluss von Gravitation in einer beschleunigten Bewegung befindet, macht nach dieser Theorie keinen Unterschied. Dies beruht auf der universellen Gleichheit der schweren und der trägen Masse. Einstein hatte auf eine enge Verknüpfung der Metrik der vierdimensionalen Raum-Zeit-Welt, eine Idee in Anlehnung an Hermann Minkowski, mit dem Gravitationsfeld geschlossen. Alle durch homogene Gravitationsfelder beschleunigten Bewegungen sind demnach den nicht durch Gravitation beschleunigten Bewegungen im feldfreien Raum (Äquivalenzprinzip) gleichwertig. Das Vorhandensein von Gravitationsfeldern bewirkt nach Albert Einstein eine Krümmung des Raumes; eine Bewegung unter dem Einfluss von Gravitationskräften ist demnach nur eine andere Beschreibungsweise für eine kräftefreie Bewegung bei Raumkrümmung.
Die Hauptaussagen
In der ersten Veröffentlichung Albert Einsteins zur Speziellen Relativitätstheorie in den Annalen zur Physik und Chemie im Jahre 1905 stellte Albert Einstein zwei Behauptungen auf, die zentral für alle weiteren Herleitungen sind. Insbesondere seine Aussage von der konstanten Lichtgeschwindigkeit entzündete sich ein Widerstreit, da zum Beispiel zwei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegte Objekte, die von einem Lichtstrahl überholt werden, auch verschiedene Relativgeschwindigkeiten zu dem Lichtstrahl haben müssten. Seine zweite Hauptaussage lautete, es sei nicht möglich, ein absolutes Bezugssystem (als Koordinatensystem) zu bestimmen. Beides widerspricht der Physik von Isaac Newton.
Die experimentellen Bestätigungen
Es existieren zahlreiche Experimente, die mit den Vorhersagen der Theorie übereinstimmen. Diese Einzelergebnisse könnten zwar auch auf den Einfluss von Störgrößen zurückzuführen sein. Andererseits hat es eine Vielfalt von Versuchen gegeben, um die Relativitätstheorie zu widerlegen. Inzwischen hat die Theorie aufgrund ihrer offenkundig richtigen und nachvollziehbaren Aussagen bereits eine allgemeine Akzeptanz in der Wissenschaft erreicht, so dass durch Versuche weitere Erkenntnisse daraus erfolgen können. Die Relativitätstheorie gilt nicht nur bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit, sondern erklärt auch viele andere Vorgänge im Universum wie zum Beispiel die Rotverschiebung. Sie lässt sich jedoch mit den herkömmlichen Experimenten der klassischen Physik weder beweisen noch widerlegen.
Literatur
- Albert Einstein: Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. Vieweg Verlag, Braunschweig und Wiesbaden, mehrfach wieder aufgelegt – allgemeinverständlicher Text.
- Albert Einstein: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, in: Annalen der Physik. Band 17, Bern 1905, S. 891–921
- Bertrand Russell: Das ABC der Relativitätstheorie, neu herausgegeben von Felix Pirani, rororo 6787, Hamburg März 1984
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