Fundamente der speziellen Relativitätstheorie

Kurzer historischer Überblick

Die spezielle Relativitätstheorie, deren Fundamente wir hier näher betrachten wollen, wurde 1905 von A. Einstein aufgestellt und hat unser modernes Verständnis von Raum und Zeit tief geprägt. So erfolgte durch die spezielle Relativitätstheorie nicht nur eine Revision der Begriffe der klassischen Kinematik (Raum, Zeit), sondern auch der klassischen Dynamik (Energie, Impuls).

Neben Einstein lieferten auch andere große Physiker und Mathematiker wie H. Poincaré, H. Minkowski und H. A. Lorentz bedeutende Beiträge zur speziellen Relativitätstheorie.

Unser Zugang im Kurs

Obwohl man in der Schulphysik nicht den gesamten mathematischen Apparat der speziellen Relativitätstheorie darstellen kann, so kann man dennoch bestimmte Grundlagen vermitteln und Formeln bis zu einer bestimmten Grenze entwickeln. Die allgemeine Relativitätstheorie (1915) Einsteins muss jedoch ausgeklammert werden, weil für ihr Verständnis Methoden benötigt, die deutlich über den Schulstoff und sogar die Pflichtkurse eines Physikstudiums hinausgehen.

Motivation: Existiert ein Äther?

Ende des 19. Jahrhunderts stellten sich den Physikern äußerst relevante Grundlagenprobleme. Eines dieser Probleme könnte man so formulieren: Existiert der sogenannte Äther, in dem sich die von Maxwell vorhergesagten elektromagnetischen Wellen und damit auch Licht (Licht ist ja bekanntlich eine elektromagnetische Welle) bewegen? Und wie könnte man den Äther nachweisen?

Man nahm in der klassischen Physik zunächst an, dass sich das Licht analog dem Schall in einem Medium, den man als Äther bezeichnete, ausbreiten würde.

Eine Konsequenz der Äthertheorie wäre dann die Möglichkeit alle Bewegungen im Bezugssystem des Äthers zu messen.

Insbesondere könnte man dann von der Annahme ausgehen, dass der Äther ein absolut ruhendes Inertialsystem darstellt. Wir wollen diese Behauptung in den nächsten Abschnitten genauer analysieren und die Äthertheorie auf den Prüfstand stellen.

Hier noch folgendes Video, das Dir als Einstieg und zur Motivation dienen soll: