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Metzler Lexikon Philosophie: Relativitätstheorie

Unter R. werden zwei Theorien der Physik zusammengefasst, die spezielle R. und die allgemeine R. Die spezielle R. wurde von A. Einstein 1905 gefunden. Kern der Theorie sind zwei Prinzipien: (1) Das spezielle Relativitätsprinzip. Es besagt, dass physikalische Prozesse für alle Beobachter bzw. Bezugssysteme, die sich gegeneinander gradlinig und gleichförmig bewegen (Inertialsysteme), in gleicher Weise verlaufen, d.h. Beobachter in verschiedenen Inertialsystemen stellen bei Experimenten die Gültigkeit der gleichen Naturgesetze fest. (2) Das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit nimmt in allen Inertialsystemen denselben konstanten Wert c = 300.000 km/sek an. Die beiden Prinzipien der speziellen R. führen zu den Lorentz-Transformationen, die angeben, wie sich die Werte physikalischer Größen beim Übergang zwischen verschiedenen Inertialsystemen verändern. Danach führt die Messung räumlicher und zeitlicher Abstände in verschiedenen Inertialsystemen zu verschiedenen Ergebnissen (Lorentz-Kontraktion bewegter Maßstäbe, Verlangsamung des Gangs bewegter Uhren). Zwei Ereignisse, die in einem Inertialsystem gleichzeitig sind, sind es i.a. nicht in einem anderen Inertialsystem (Relativität der Gleichzeitigkeit). Die spezielle R. ist eine Rahmentheorie für alle physikalischen Theorien, die die Größen Raum und Zeit enthalten. Physikalische Gesetze sollen in einer gegen Lorentz-Transformationen invarianten Form formuliert werden. Wichtige Konsequenzen der relativistischen Mechanik sind die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse eines Körpers und die Masse-Energie-Äquivalenz (E = mc2). – Die allgemeine R. wurde von Einstein 1915 gefunden. Sie ist eine Feld-Theorie der Gravitation, die die Newton’sche Gravitationstheorie abgelöst hat. Aufgrund der schon Galilei bekannten Tatsache, dass alle Körper im Gravitationsfeld gleich beschleunigt werden, erfährt ein frei fallender Beobachter keine Gravitationskraft (Schwerelosigkeit). Für Einstein entspringt daraus das Äquivalenzprinzip: Die Trägheits-Wirkungen in einem beschleunigten Bezugssystem sind von den Wirkungen eines homogenen Gravitationsfeldes in einem ruhenden Bezugssystem ununterscheidbar. Daher werden, in Erweiterung des Relativitätsprinzips, in der allgemeinen R. auch beschleunigte Bezugssysteme gleichberechtigt zur Beschreibung der Natur zugelassen. Nach der allgemeinen R. erzeugt die Materie und andere Energieformen eine von der euklidischen Geometrie abweichende Riemann’sche Geometrie der Raum-Zeit. Die »gekrümmte« Riemann’sche Raum-Zeit-Struktur zeigt sich z.B. in der Ablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand, deren Bestätigung (1919) zusammen mit der Erklärung des Merkur-Perihels den Durchbruch der allgemeinen R. bewirkte. Der Zusammenhang zwischen gravitierender Materie-Energie und Gravitationsfeld (Raum-Zeit-Struktur) wird in Einsteins Feldgleichungen dargestellt, die u. a. die Grundlage der modernen physikalischen Kosmologie und ihrer Weltmodelle bilden.

Literatur:

  • A. Einstein: Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. Braunschweig 1988
  • A. Einstein/H. A. Lorentz/H. Minkowski: Das Relativitätsprinzip. Stuttgart 1982
  • M. Friedman: Foundations of Space-Time-Theories. Princeton 1984
  • C. W. Misner/K. S. Thorne/J. A. Wheeler: Gravitation. San Francisco 1973
  • C. Moller: Relativitätstheorie. Mannheim 1976
  • H. Reichenbach: Philosophie der Raum-Zeit-Lehre. Ges. Werke. Braunschweig 1977
  • J. Schwinger: Einsteins Erbe. Heidelberg 1987
  • L. Sklar: Philosophy and Spacetime Physics. Berkeley 1985.

AB

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