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Relativitätstheorie: Temperatur unabhängig von Bewegungszustand

Die Temperatur eines Körpers hängt nicht von dessen Bewegungszustand ab. Dies konnten Physiker nun anhand von Computersimulationen zeigen. So wäre beispielsweise die Temperatur eines im Zug eingeschlossenen Gases unabhängig von seiner Geschwindigkeit relativ zum Beobachter.

Einsteins Spezielle Relativitätstheorie besagt, dass sich die Länge eines bewegten Stabes vom ruhenden Beobachter aus gesehen verringert. Im Jahre 1907 schlugen Planck und Einstein vor, dass sich analog auch die absolute Temperatur eines bewegten Körpers verringern sollte. Andere große Physiker wie Eddington argumentierten demgegenüber für eine Temperaturerhöhung, während einige Wissenschaftler die Auffassung vertraten, dass sich die Temperatur nicht ändere.

Ein grundlegendes Problem dabei ist, wie Temperatur überhaupt definiert oder gemessen wird. James Clerk Maxwell behauptete 1866, dass die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen in einem Gas einer Gaußverteilung entspräche. Letztere erlaubt prinzipiell auch Geschwindigkeiten, die größer sind als die Lichtgeschwindigkeit, was im Widerspruch zur Einstein'schen Relativitätstheorie steht. Die korrekte Geschwindigkeitsverteilung für relativistische Teilchen wurde seither kontrovers diskutiert.

Physiker um Jörn Dunkel von der Universität Augsburg haben nun umfangreiche Simulationen zur Molekulardynamik relativistischer Gase durchgeführt und bestätigen mit hoher Genauigkeit eine Verteilung, die bereits im Jahre 1911 von Ferencz Jüttner postuliert wurde. Weiterhin zeigen ihre Ergebnisse, dass zumindest für Systeme in einer Dimension die Temperatur eines Gases bei Verwendung eines geeigneten statistischen Thermometers nicht von seiner Bewegung relativ zum Beobachter abhängt.
08.11.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 08.11.2007

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