Ein Kernstück der Relativtätstheorie sind die Transformationsgleichungen für Koordinatensysteme. Das sind die Gleichungen, die angeben wie physikalische Vorgänge in einem Koordinatensystem von einem anderen bewegten System aus erscheinen. Es gibt zwei Transformationen, die mit dem Relativitätsprinzip konform sind. Die erste ist die Galileotransformation, in der alle Zeit- und Längenmaßstäbe gleich bleiben. Die andere ist die etwas kompliziertere Lorentztransformation.
Die Lorentztransformation kennt im Gegensatz zur Galileotransformation eine Geschwindigkeit die für alle Beobachter gleich ist und sich nicht relativ zur Geschwindigkeit des Beobachters ändert. Diese universelle Geschwindigkeit nimmt die Stellung ein, die in der Galileotransformation die unendliche Geschwindigkeit hat. Um das erfüllen zu können, muss die Lorentztransformation Längen- und Zeitmaßstäbe für zueinander bewegte Koordinatensysteme verändern.
Galileotransformation und Lorentztransformation erfüllen die Relativitätsforderung gleich gut. Man kann keinen theoretischen Grund angeben aus dem die eine Transformation vor der anderen bevorzugt werden sollte. Zur Klärung, welche Koordinatentransformation in unserer Welt gilt, muss man Experimente heranziehen. Tatsächlich weisen heute alle modernen Experimente daruf hin, dass die Geschwindigkeit des Lichts unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Beobachter gemessen wird. Die Lichtgeschwindigkeit ändert sich also für bewegte Beobachter nicht. Damit ist klar, dass Koordinaten nach der Lorentztransformation transformieren müssen um Inertialsysteme ineinander umzuwandeln. Die universelle Geschwindigkeit ist mit der Geschwindigkeit von Licht im Vakuum identisch.
Aus der Universalität der Lichtgeschwindigkeit folgt direkt, dass die Lichtgeschwindigkeit die maximal erreichbare Geschwindigkeit ist. Es ist nicht möglich einen Körper auf Lichtgeschwindigkeit oder darüber hinaus zu beschleunigen. Anschaulich kann man das damit begründen, dass sich Licht aus der Sicht jedes Objektes mit der konstanten Geschwindigkeit von über einer Milliarde Kilometern in der Stunde bewegt. Jedes Objekt ist also stets gleich weit von der Lichtgeschwindigkeit entfernt. Für den äußeren Beobachter macht sich diese Tatsache dadurch bemerkbar, dass man immer mehr Energie braucht um einen Körper zu beschleunigen je näher er der Lichtgeschwindigkeit kommt. Es hat den Anschein, als würde der Körper immer träger werden, als würde seine Masse zunehmen.
Dieses Konzept der relativen Masse, die mit der Geschwindigkeit zunimmt, kann leicht zu Verwirrungen führen, da es daneben noch Begriffe wie die invariante Masse und träge und schwere Masse gibt. Ich habe daher zur Übersicht eine Seite zu relativistischen Aspekten der Masse erstellt.
Wenn es eine maximale Geschwindigkeit gibt, die für jede Form von Bewegung gilt, dann hat das Konsequenzen auf den Begriff der Gleichzeitigkeit: Ereignisse, die nacheinander geschehen aber räumlich weit voneinander getrennt sind, können einander ebenso wenig beeinflussen wie gleichzeitige Ereignisse. Diese Konsequenz des Relativitätsprinzips, die relative Gleichzeitigkeit beschreibe ich auf der nächsten Seite.
Letzte Änderung: 22.06.2011
© Joachim Schulz