Das Relativitätsprinzip

James Clerk Maxwell formulierte im 19. Jahrhundert die Maxwell-Gleichungen. Diese beschreiben Licht als elektromagnetische Welle. Da sich alle bislang bekannten Wellen in einem Medium ausbreiteten, nahm man an dass auch Licht sich in einen sogenannten Äther fortbewegen würde. Jedoch kam weder in den Maxwell-Gleichungen so etwas wie ein Äther vor, noch lies sich dieser experimentell nachweisen. Aufgrund dessen verwarf man die Idee vom Äther. Dies zog zweierlei weitreichende Konsequenzen nach sich, die u.a. die Geburt der Relativitätstheorie einläuteten.

Es gibt keinen Mittel- oder sonst wie ausgezeichneten Punkt im Universum. Daraus folgt, dass auf dem Mond, in der linsenförmigen Galaxie M 102 und auch sonst überall dieselben physikalischen Gesetze gelten wie hier auf der Erde. Bereits Newton hatte eine ähnliche Idee, als er von einem herunterfallenden Apfel auf die Himmelsmechanik schloss. Der gegenwärtige Erfolg der theoretischen Astronomie spricht für diese Annahme. Darüber hinaus haben die physikalischen Gesetze für alle Beobachter mit konstanter Geschwindigkeit dieselbe Gestalt. Ein Bezugssystem, das sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt, nennt man Inertialsystem. Mehr dazu jetzt.

Bislang nahm man an, dass sich Objekte relativ zum Äther bewegen. Ohne Äther gibt es aber auch kein Ruhesystem in Bezug zu dem sich absolute Bewegung beschreiben lies. Stellen sie sich vor sie befänden sich schwebend in einem komplett leerem Universum. Um sie herum ist alles schwarz. Wie könnten sie entscheiden ob sie sich gerade bewegen oder ruhen? Genau vor diesem Problem stand die Physik nun.

Die Relativität der Bewegung ergab sich bereits aus der newtonschen Mechanik. Mithilfe oberer Grafik lässt sie sich leicht nachvollziehen. Aus der Sicht des Baumes bewegt sich das Auto relativ in seine Richtung. Man könnte aber auch sagen der Baum (Objekt) oder mit ihm noch die gesamte Erdoberfläche (System von Objekten) bewege sich relativ zum Auto. Außenstehende Objekte (wie die linsenförmige Galaxie M 102 in Bezug auf Auto und Baum) sind stets irrelevant. Dieses Beispiel zeigt auf, dass es nach dem Wegfall eines absoluten Bezugspunkts unmöglich ist einen absoluten oder bevorzugten Bewegungszustand für ein Objekt auszumachen. Bewegungen von Objekten können nur relativ zu anderen Objekten beschrieben werden. Und dabei sind alle Beschreibungen gleichwertig. Das Auto bewegt sich relativ zum Baum, genauso wie sich der Baum relativ zum Auto bewegt.

Gleichmäßige Bewegung ist stets relativ. Wenn sie in einem Zug mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fahren merken sie dies nicht. Es gibt für sie keinen Unterschied zwischen Fahrt und Stillstand und es ist für sie genauso einfach nach vorne, wie nach hinten zu laufen. Es gibt aber auch absolute Bewegung. Beschleunigte Bewegung und Rotation erzeugen Trägheitseffekte, wie z.B.: das in den Sitz gepresst werden beim ICE-Start. Aufgrund dessen lässt sich die absolute zeitliche Änderung der Geschwindigkeit bestimmen.

Ein weiteres Resultat aus der Aufgabe des Äthers und der zweite Stützpfeiler der speziellen Relativitätstheorie ist die Lichtkonstante.

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