Relativitätstheorien - arthur

Relativitätstheorien
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Aus dem Experiment (Abb. 19.2) folgert Einstein, dass keine „Absolute Ruhe“ möglich
ist und dass Vorgänge in gleichberechtigten Inertialsystemen jeweils nach denselben
Gesetzen ablaufen. Dieses Relativitätsprinzip ist an sich nichts Neues. Neu ist, dass
Einstein das Konzept auch auf die Elektrodynamik erweitert hat. Ursprünglich wurde
das Prinzip von Newton für die Mechanik (siehe Abb. 19.1) formuliert.
Merk & Würdig
Einstein’sches
Relativitätsprinzip:
Die Naturgesetze nehmen in allen
Inertialsystemen dieselbe Form an.
Es gibt kein physikalisch bevorzugtes
(ausgezeichnetes) Inertialsystem.
Experiment
Abb. 19.1
Die mit konstanter Geschwindigkeit fahrende Eisenbahn (links) und die Wiese (rechts)
sind gleichberechtigte Inertialsysteme:
Experimente laufen jeweils nach den gleichen Gesetzen ab. Die Beobachterin in diesen
Systemen erlebt jeweils den gleichen Versuchsablauf.
Stimmt das?
War Einstein tatsächlich der „Vater der Relativitätstheorie“?
Die Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) ist A. Einstein zuzuschreiben,
er benötigte für dieses Werk mit Unterbrechungen mehrere Jahre – die ART
gilt als sein eigentliches Lebenswerk.
Einstein hatte aber auch durchaus eine gewichtige Rolle bei der Formulierung der
Speziellen Relativitätstheorie (SRT). Die spezielle Relativitätstheorie war 1905, wie er
selbst sagt, reif zur Entdeckung gewesen (siehe Zitat unten). A. Lorentz und G.F. Fitzgerald
haben schon (unabhängig voneinander) knapp vor Einstein die wesentlichsten
Gleichungen (Lorentztransformation) veröffentlicht. Auch der Franzose J. H. Poincarẻ
hat einige wesentliche Verbesserungen an den Arbeiten von Lorentz praktisch zeitgleich
mit Einstein veröffentlicht. An der Ausarbeitung und Weiterentwicklung der Relativitätstheorie
hatten auch Planck und vor allem Minkowski einen wesentlichen Anteil.
Planck gilt im Übrigen als jener Physiker, der die Bezeichnung „Relativitätstheorie“
verwendet und damit verbreitet hat. (Einsteins Titel der ersten Veröffentlichung lautete
„Zur Elektrodynamik bewegter Körper“).
Wichtigen Einfluss auf Einstein hatten bei der SRT die fachlichen Gespräche mit seinem
Freund Angelo Besso, einem Schweizer Ingenieur. Bei der ART wurde ihm wesentliche
mathematische Unterstützung durch einen weiteren Freund, Marcel Grossmann, zuteil.
„Es ist zweifellos, dass die spezielle Relativitätstheorie, wenn wir ihre Entwicklung rückschauend
betrachten, im Jahre 1905 reif zur Entdeckung war. Lorentz hatte schon erkannt, dass
für die Analyse der Maxwell´schen Gleichungen die nach ihm benannte Transformation wesentlich
sei, und Poincarẻ hat diese Erkenntnis noch vertieft. Was mich betrifft, so kannte ich
nur Lorentz´ bedeutendstes Werk von 1895 (…), aber nicht Lorentz´ spätere Arbeiten und
auch nicht die daran anschließende Untersuchung von Poincarẻ. In diesem Sinne war meine
Arbeit von 1905 selbständig. Was dabei neu war, war die Erkenntnis, dass die Lorentztransformation(…)
das Wesen von Raum und Zeit im Allgemeinen betraf.“ Zitat: Einstein
Abb. 19.2 Bewegt sich ein Magnet relativ zu
einer Spule, so wird Spannung induziert. Dies
passiert aber auch, wenn man die Spule bewegt
und der Magnet ruht. Aus dem Betrag
der Spannung lässt sich nicht erkennen, was
bewegt wird.
„Diese beiden Voraussetzungen (Konstanz
der Lichtgeschwindigkeit und
Relativitätsprinzip) genügen, um zu
einer einfachen und widerspruchsfreien
Elektrodynamik bewegter Körper
zu gelangen (…). Die Einführung eines
,Lichtäthers‘ wird sich insofern als
überflüssig erweisen, …“
A. Einstein: Zur Elektrodynamik
bewegter Körper, Annalen der Physik,
1905
Abb. 19.3 Lorentz hat sich 20 Jahre mit dem Problem
der elektromagnetischen Wellen in bewegten
Bezugssystemen beschäftigt.
Nach dem holländischen Physiker H. A. Lorentz wurde
die „Lorentzkraft“ (Kraft auf bewegte Ladungen
im Magnetfeld) benannt.
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