Spezielle Relativitätstheorie

EINSTEINs Spezielle Relativitätstheorie (1905) war eine Revolution der Grundlagen der klassischen Physik, eine radikale Abkehr von NEWTONs Vorstellungen über Raum und Zeit. Einerseits hat sie schon lange technische und insbesondere militärische Anwendungen gefunden, andererseits aber sind ihre letzten Konsequenzen noch nicht in das Bewusstsein der Menschen - ja nicht einmal in das der meisten Physiker - vorgedrungen.

In diesem Abschnitt finden Sie eine (fast) allgemein verständliche Einführung in die Spezielle Relativitätstheorie und die von mir erläuterten und kommentierten grundlegenden Arbeiten Einsteins dazu. Ferner eine gründliche Betrachtung des so genannten Zwillingsparadoxons.

Nur fast allgemein verständlich ist diese Einführung darum, weil sie einige Mathematik-Kenntnisse voraussetzt - übrigens erstaunlich wenig: etwa die Algebra der neunten Jahrgangsstufe. Mehr braucht man tatsächlich nicht, um die LORENTZ-Transformationen herzuleiten, die grundlegenden Gleichungen der Speziellen Relativitätstheorie, aus der sich alle ihre Konsequenzen ableiten lassen.

Das Lehrziel dieser Abhandlung ist die Vermittlung eines profunden Verständnisses der Speziellen Relativitätstheorie.

Die Einführung ist in zwei Teile gegliedert:

Erster Teil: Von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit zu den LORENTZ-Transformationen und ihren Konsequenzen.

Zweiter Teil: Der MINKOWSKI-Raum - wie er wirklich ist. Hier gibt es auch nach über hundert Jahren noch etwas Neues zu entdecken.

Dies ist Einsteins zweite Veröffentlichung zur Speziellen Relativitätstheorie, ebenfalls abschnittsweise erläutert und kommentiert. In dieser Arbeit führt ein Gedankenexperiment Einstein zu dem Ergebnis, dass Energie träge ist, also eine wesentliche Eigenschaft einer Masse besitzt.  

Das so genannte Zwillingsparadoxon ist der älteste und berühmteste Versuch, einen Widerspruch in der Speziellen Relativitätstheorie nachzuweisen.

Die Schwierigkeit, diesen Widerspruch aufzulösen, ist bereits in der ersten Arbeit Einstein zur Speziellen Relativitätstheorie begründet: Dort (Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik und Chemie, Jg. 17, 1905, S. 897) nämlich setzt er - bislang kaum beachtet - das eine seiner beiden Bezugssysteme einer Beschleunigung aus und zerstört damit die Gleichberechtigung der beiden Systeme. Eine genauere Betrachtung zeigt nämlich, dass durch eine Beschleunigung der Gang einer jeden Uhr (und damit auch der Zerfall einer radioaktiven Substanz, das Verwittern eines Steins und das Altern eines lebendigen Organismus) verlangsamt wird. Erst dadurch werden das unterschiedliche Altern der Zwillinge wie auch die Langlebigkeit schneller µ-Mesonen wirklich verständlich.