In der Physik ist der Grundsatz der Relativität die Voraussetzung, dass die Gleichungen, die die Gesetze der Physik beschreiben, dieselbe Form in allen zulässigen Bezugssystemen haben.

Zum Beispiel im Fachwerk der speziellen Relativität haben die Gleichungen von Maxwell dieselbe Form in allen Trägheitsbezugssystemen. Im Fachwerk der allgemeinen Relativität haben die Gleichungen von Maxwell oder die Feldgleichungen von Einstein dieselbe Form in willkürlichen Bezugssystemen.

Mehrere Grundsätze der Relativität sind überall in der Wissenschaft, ob implizit (als in der Newtonischen Mechanik) oder ausführlich (als in der speziellen Relativität von Albert Einstein und allgemeiner Relativität) erfolgreich angewandt worden.

Geschichte der Relativität

Grundlegende Relativitätsgrundsätze

Bestimmte Grundsätze der Relativität sind in den meisten wissenschaftlichen Disziplinen weit angenommen worden. Einer der weit verbreitetsten ist der Glaube, dass jedes Naturgesetz dasselbe zu jeder Zeit sein sollte; und wissenschaftliche Untersuchungen nehmen allgemein an, dass Naturgesetze dasselbe unabhängig von der Person sind, die sie misst. Diese Sorten von Grundsätzen sind in die wissenschaftliche von Niveaus höchstens grundsätzliche Untersuchung vereinigt worden.

Jeder Grundsatz der Relativität schreibt eine Symmetrie im natürlichen Gesetz vor: D. h. die Gesetze müssen dasselbe einem Beobachter schauen, wie sie zu einem anderen tun. Gemäß dem Lehrsatz von genanntem Noether eines tiefen theoretischen Ergebnisses wird jede solche Symmetrie auch ein Bewahrungsgesetz neben einbeziehen. Zum Beispiel, wenn zwei Beobachter zu verschiedenen Zeiten dieselben Gesetze sehen, dann wird eine Menge genannt Energie erhalten. In diesem Licht machen Relativitätsgrundsätze prüfbare Vorhersagen darüber, wie sich Natur benimmt, und nicht nur Behauptungen darüber ist, wie Wissenschaftler Gesetze schreiben sollten.

Spezieller Grundsatz der Relativität

Gemäß dem ersten Postulat der speziellen Relativitätstheorie:

Dieses Postulat definiert ein Trägheitsbezugssystem.

Der spezielle Grundsatz der Relativität stellt fest, dass physische Gesetze dasselbe in jedem Trägheitsbezugssystem sein sollten, aber dass sie sich über Nichtträgheits-ändern können. Dieser Grundsatz wird sowohl in der Newtonischen Mechanik als auch in der Theorie der speziellen Relativität verwendet. Sein Einfluss in den Letzteren ist so stark, dass Max Planck die Theorie nach dem Grundsatz genannt hat.

Der Grundsatz verlangt, dass physische Gesetze dasselbe für jeden Körper sind, der sich an der unveränderlichen Geschwindigkeit bewegt, wie sie für einen Körper ruhig sind. Eine Folge ist, dass ein Beobachter in einem Trägheitsbezugsrahmen keine absolute Geschwindigkeit oder Richtung des Reisens im Raum bestimmen kann, und nur von der Geschwindigkeit oder Richtung hinsichtlich eines anderen Gegenstands sprechen kann.

Der Grundsatz streckt sich bis zu Nichtträgheitsbezugsrahmen nicht aus, weil jene Rahmen nicht in der allgemeinen Erfahrung tun, scheinen, sich an dieselben Gesetze der Physik zu halten. In der klassischen Physik werden Romankräfte verwendet, um Beschleunigung in Nichtträgheitsbezugsrahmen zu beschreiben.

In der Newtonischen Mechanik

Der spezielle Grundsatz der Relativität wurde zuerst von Galileo Galilei 1632 in seinem Dialog Bezüglich der Zwei Hauptweltsysteme mit der Metapher des Schiffs von Galileo ausführlich behauptet.

Newtonische Mechanik hat zum speziellen Grundsatz mehrere andere Konzepte, einschließlich Gesetze der Bewegung, Schwerkraft und einer Annahme einer absoluten Zeit hinzugefügt. Wenn formuliert, im Zusammenhang dieser Gesetze stellt der spezielle Grundsatz der Relativität fest, dass die Gesetze der Mechanik invariant unter einer galiläischen Transformation sind.

In der speziellen Relativität

Joseph Larmor und Hendrik Lorentz haben entdeckt, dass die Gleichungen von Maxwell, der Eckstein des Elektromagnetismus, invariant nur durch eine bestimmte Änderung der Zeit und Länge-Einheiten waren. Das hat ziemlich wenig Verwirrung unter Physikern verlassen, von denen viele gedacht haben, dass ein luminiferous Narkoseäther mit dem Relativitätsgrundsatz in der Weise unvereinbar ist, wie es von Henri Poincaré definiert wurde:

In ihren 1905-Zeitungen auf der Elektrodynamik haben Henri Poincaré und Albert Einstein erklärt, dass mit den Transformationen von Lorentz der Relativitätsgrundsatz vollkommen hält. Einstein hat den (speziellen) Grundsatz der Relativität zu einem Postulat der Theorie erhoben und hat die Transformationen von Lorentz von diesem Grundsatz abgeleitet, der mit dem Grundsatz der Unabhängigkeit der Geschwindigkeit des Lichtes (im Vakuum) von der Bewegung der Quelle verbunden ist. Diese zwei Grundsätze wurden mit einander (in der Behandlung von Einstein, obwohl nicht in Poincaré) durch eine Nachprüfung der grundsätzlichen Bedeutungen von Zwischenräumen der Zeit und Raums beigelegt.

Die Kraft der speziellen Relativität liegt in seiner Abstammung von einfachen, Kernprinzipien, einschließlich des invariance der Gesetze der Physik unter einer Verschiebung von Trägheitsbezugsrahmen und des invariance der Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum. (Siehe auch: Kovarianz von Lorentz.)

Es ist tatsächlich, möglich, die Transformationen von Lorentz vom Grundsatz der Relativität allein abzuleiten und die Beständigkeit der Geschwindigkeit des Lichtes demzufolge zu erhalten. Mit nur die Isotropie des Raums und der durch den Grundsatz der speziellen Relativität einbezogenen Symmetrie kann man zeigen, dass die Raum-Zeit-Transformationen zwischen Trägheitsrahmen entweder Galiläer oder Lorentzian sind. Im Fall von Lorentzian kann man dann relativistische Zwischenraum-Bewahrung und die Beständigkeit der Geschwindigkeit des Lichtes erhalten.

Allgemeiner Grundsatz der Relativität

Der allgemeine Grundsatz von Relativitätsstaaten:

D. h. physische Gesetze sind dasselbe in allen Bezugsrahmen — Trägheits- oder Nichtträgheits-. Eine beschleunigte beladene Partikel könnte Synchrotron-Radiation ausstrahlen, obwohl eine Partikel ruhig nicht tut. Wenn wir jetzt dieselbe beschleunigte beladene Partikel in seinem Nichtträgheitsrest-Rahmen denken, strahlt sie Radiation ruhig aus.

Die Physik in Nichtträgheitsbezugsrahmen wurde durch eine Koordinatentransformation erstens zu einem Trägheitsbezugsrahmen historisch behandelt, die notwendigen Berechnungen darin, und mit einem anderen durchführend, um zum Nichtträgheitsbezugsrahmen zurückzukehren. In den meisten solchen Situationen können dieselben Gesetze der Physik verwendet werden, wenn bestimmte voraussagbare Romankräfte in die Rücksicht hinzugefügt werden; ein Beispiel ist ein gleichförmig rotierender Bezugsrahmen, der als ein Trägheitsbezugsrahmen behandelt werden kann, wenn man eine Romanzentrifugalkraft und Kraft von Coriolis in die Rücksicht hinzufügt.

Die beteiligten Probleme sind nicht immer so trivial. Spezielle Relativität sagt voraus, dass ein Beobachter in einem Trägheitsbezugsrahmen Gegenstände nicht sieht, die sie als das Bewegen schneller beschreiben würden als die Geschwindigkeit des Lichtes. Jedoch, im Nichtträgheitsbezugsrahmen der Erde, einen Punkt auf der Erde als ein fester Punkt behandelnd, wie man beobachtet, bewegen sich die Sterne im Himmel, einmal über die Erde pro Tag kreisend. Da die Sterne Lichtjahre weg sind, bedeutet diese Beobachtung, dass, im Nichtträgheitsbezugsrahmen der Erde, jeder, der auf die Sterne schaut, Gegenstände sieht, die, zu ihnen scheinen, sich schneller zu bewegen, als die Geschwindigkeit des Lichtes.

Da Nichtträgheitsbezugsrahmen beim speziellen Grundsatz der Relativität nicht bleiben, sind solche Situationen nicht widersprüchlich.

Allgemeine Relativität

Allgemeine Relativität wurde von Einstein in den Jahren 1907 - 1915 entwickelt. Allgemeine Relativität verlangt, dass die globale Kovarianz von Lorentz der speziellen Relativität eine lokale Kovarianz von Lorentz in Gegenwart von der Sache wird. Die Anwesenheit der Sache "biegt" Raum-Zeit, und diese Krümmung betrifft den Pfad von freien Partikeln (und sogar den Pfad des Lichtes). Allgemeine Relativität verwendet die Mathematik der Differenzialgeometrie und des Tensor, um Schwerkraft als eine Wirkung der Geometrie der Raum-Zeit zu beschreiben. Einstein hat diese neue Theorie über den allgemeinen Grundsatz der Relativität gestützt, und er hat die Theorie nach dem zu Grunde liegenden Grundsatz genannt.

Siehe auch

• Hintergrundunabhängigkeit
• Grundsatz der Gleichförmigkeit
• Grundsatz der Kovarianz
• Bevorzugter Rahmen
• Kosmische Mikrowellenhintergrundradiation
• Spezielle Relativität einschließlich der Einführung in die spezielle Relativität
• Allgemeine Relativität einschließlich der Einführung in die allgemeine Relativität
• Galiläische Relativität
• Liste von Veröffentlichungen in der Physik: Relativitätstheorie
• Invariant
• Verbundene Diameter

Weiterführende Literatur

Sieh die speziellen Relativitätsverweisungen und die allgemeinen Relativitätsverweisungen.

Zeichen und Verweisungen

Links

• Wikibooks: Spezielle Relativität
• Lebende Rezensionen in der Relativität - Ein offener Zugang, Gleicher-bezogen, allein Online-Physik-Zeitschrift, die veröffentlicht, haben Rezensionen eingeladen, die alle Gebiete der Relativitätsforschung bedecken.
• MathPages - Nachdenken über die Relativität - Ein ganzer Online-Kurs über die Relativität.
• Spezieller Relativitätssimulator
• Ein Relativitätstutorenkurs an Caltech - Eine grundlegende Einführung in Konzepte der Speziellen und Allgemeinen Relativität, sowie Astrophysik.
• Relativitätsernst und Kosmologie - Ein kurzer Kurs haben sich an MIT geboten.
• Relativität in Filmklammern und Zeichentrickfilmen von der Universität von New South Wales.
• Zeichentrickfilm-Büroklammer, die sich die Effekten der speziellen Relativität auf schnellen bewegenden Gegenständen vergegenwärtigt.
• Relativitätsrechenmaschine - Erfährt Spezielle Relativitätsmathematik Die Mathematik der speziellen Relativität, die in als einfache und umfassende innerhalb von philosophischen und historischen Zusammenhängen mögliche Weise präsentiert ist.