Was ist in der Physik das Relativitätsprinzip?

Das Relativitätsprinzip besagt, dass die Gesetze der Physik unter ähnlichen Bedingungen gleich funktionieren, unabhängig von dem Ort oder der Geschwindigkeit eines Beobachters. Das Relativitätsprinzip sollte nicht mit den Theorien der allgemeinen oder speziellen Relativitätstheorie verwechselt werden, obwohl diese Theorien das Prinzip als Grundlage verwenden. Diese Theorien wurden im 20. Jahrhundert entwickelt; Das Prinzip der Relativitätstheorie wurde von Galileo schon viel früher verstanden und in einem berühmten Beispiel veranschaulicht, das als „Galileos Schiff“ bekannt ist. Einsteins Anwendung des Prinzips der Relativitätstheorie zum Licht führte zu seinen bahnbrechenden Relativitätstheorien.

Jahrhunderte lang war die Wissenschaft durch das ptolemäische Modell des Universums eingeschränkt, in dem alle Sterne und Planetenkörper die Erde umkreisen sollten. Copernicus erkannte in den 1500er Jahren, dass die Sonne ein wahrscheinlicherer zentraler Körper war, aber diese Überzeugung wurde von religiösen und wissenschaftlichen Autoritäten abgelehnt. Sie argumentierten, wenn die Erde in Bewegung wäre, würde dies Effekte hervorrufen, die der Mensch beobachten könnte. Zum Beispiel würde ein von einem Gebäude gefallenes Objekt irgendwo westlich des Gebäudes landen, da sich der Planet während des Fallens des Objekts nach Osten gedreht hatte.

Galileo, der 1632 schrieb, widerlegte dieses Argument mit dem beredten Gedankenexperiment „Galileos Schiff“. In diesem Beispiel würden Menschen, die auf einem schnellen Schiff auf glatter See unterwegs sind, nicht erkennen können, ob sich das Schiff in Bewegung befindet oder ob sie sich in Ruhe befinden eingeschlossen in einer fensterlosen Kabine. Alle Objekte in der Kabine, einschließlich fliegender Insekten, Fische in einer Schüssel und einer geworfenen Kugel, würden sich unabhängig von der Bewegung des Schiffs von außen gleich bewegen. Mit anderen Worten, ihre Bewegung wäre relativ zu ihrer Umgebung, nicht zu externen Faktoren. Dasselbe Prinzip gilt für die Erde, weshalb die Menschen nicht durch die Kraft der Planetenrotation umgeworfen werden.

Sir Isaac Newton, der später im selben Jahrhundert arbeitete, wandte das Relativitätsprinzip auf andere Planetenkörper und die Mechanik der Bewegung im Allgemeinen an. Dies half ihm, seine eigenen Theorien zu bilden, die die Grundlage für einen Großteil der modernen Wissenschaft wurden. Über die Jahrhunderte hinweg war der Fortschritt der Wissenschaft im Allgemeinen von der tröstlichen Vorstellung entfernt, dass es einen stabilen, unveränderlichen Bezugspunkt gibt, von dem aus alle Dinge gemessen werden können. Stattdessen hat die Wissenschaft wiederholt bewiesen, dass es keinen „festen“ Bezugspunkt gibt. alles muss relativ zu etwas anderem gemessen werden.

Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubten viele Wissenschaftler, der Weltraum sei mit einem stabilen Medium namens „Äther“ gefüllt. Einstein und andere Wissenschaftler erkannten jedoch, dass das Relativitätsprinzip auf alle Gesetze der Physik anwendbar war, was zu berühmten Relativitätstheorien führte. Die Essenz dieser Theorien ist, dass Materie, Energie, Zeit und sogar Raum selbst keine Konstanten sind, sondern sich unter den richtigen Bedingungen ändern können. Einstein erkannte, dass die Lichtgeschwindigkeit die einzige universelle Konstante war, mit der diese Theorien gemessen und bestätigt werden konnten. Das klassische Modell von Galileos Schiff wurde manchmal auf Raumschiffe angewendet, um das Prinzip zu veranschaulichen, bei dem die Bewegung eines Objekts im Raum nur in Bezug auf andere Objekte gemessen werden kann.