Mit diesem Artikel vergleichen wir zwei Herleitungswege zur Speziellen Relativitätstheorie mit gleichen Ergebnissen aber unterschiedlichen Auslegungen.
In stichhaltiger Kurzform wird zuerst der etablierte Herleitungsweg zur SRT beschrieben.
Es folgt eine kurze Darstellung des in dieser Website geschilderten alternativen Zugangs zur Theorie.
Etablierter Herleitungsweg
Start: aus dem Postulat der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit (ein experimentell verifiziertes aber nicht theoretisch nachweisbares Prinzip, weil nicht in Einklang mit der klassischen Physik).
Physikalische Folgen:
Erweiterung des galileischen Relativitätsprinzips wonach die Lichtgeschwindigkeit für alle Inertialsysteme die gleiche ist (kein privilegiertes Inertialsystem).
Es folgen:
- Die Unhaltbarkeit der klassischen Addition der Geschwindigkeiten mit konsequentem Versagen der Galilei-Transformation.
- Eine neue Auslegung der Kinematik durch die Herleitung der Lorentz-Transformationen für Raum und Zeit (Konsequenzen: Längenkontraktion, Zeitdilatation, Paradoxen).
Aus der neuen Kinematik geht die relativistische Mechanik hervor.
Konstante Masse passt nicht zum relativistischen Additionstheorem der Geschwindigkeiten bei Beibehaltung der Gültigkeit des Impulserhaltungssatzes.
Aus dem relativistischen Additionstheorem der Geschwindigkeiten wird die Geschwindigkeitsabhängige Massenformel hergeleitet mit der Erkenntnis, dass die experimentell bewiesene Veränderung der Trägheit der Körper eine Konsequenz der Abhängigkeit ihrer Masse von der Geschwindigkeit ist.
Konsequenzen aus der etablierten Betrachtungsweise:
Raum und Zeit können nicht mehr als absolut gelten. Sie verlieren die Eigenschaften der Invarianz und müssen als geschwindigkeitsabhängige Größe betrachtet werden.
Fazit:
Der etablierte Herleitungsweg startet von einem Postulat, das nicht mit der klassischen Mechanik vereinbar ist.
Eine direkte Verbindung zwischen klassischer und relativistischer Mechanik besteht nicht.
Der etablierte Herleitungsweg ist nicht intuitiv gestaltet und schwer nachvollziehbar.
Alternativer Herleitungsweg
Start: Aus dem Äquivalenzprinzip Energie-Masse, das aus der klassischen Physik hergeleitet wird.
Das zweite Gesetz der Dynamik (F = dp/dt) unter der Verwendung des Äquivalenzprinzips E-M führt zur Herleitung der relativistischen Massenformel.
Physikalische Folgen:
Aus diesem Verfahren lässt sich leicht nachvollziehbar erkennen, dass bei hohen Geschwindigkeiten die Veränderung der Trägheit des physikalischen Körpers von der Veränderung seiner kinetischen Energie und nicht von der Veränderung der eigenen Masse abhängt.
Durch die Herleitung der Massenformel (die den Lorentz-Faktor enthält) stellt sich eine logische und nachvollziehbare Verbindung zwischen Newtonscher und relativistischer Mechanik her.
Aus der Massenformel geht die relativistische Mechanik hervor.
Mit der geschwindigkeitsabhängigen Massenformel unter Verwendung der Erhaltungssätze von Energie und Impuls werden alle relevanten Formeln der SRT (inklusiv Additionstheorem der Geschwindigkeiten) hergeleitet.
Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit resultiert als Konsequenz des Additionstheorems der Geschwindigkeiten und wird deswegen nicht mehr als Postulat, sondern als theoretisch beweisbares Prinzip betrachtet.
Konsequenzen aus der alternativen Betrachtungsweise:
Gleich wie beim etablierten Herleitungsweg: Raum und Zeit können nicht mehr als absolut gelten. Sie verlieren die Eigenschaften der Invarianz und müssen als geschwindigkeitsabhängige Größe betrachtet werden.
Fazit:
Der alternative Herleitungsweg startet von Äquivalenzprinzip Energie-Masse, das mit der klassischen Mechanik vereinbar ist.
Es zeigt sich, dass es eine direkte Verbindung von klassischer zu relativistischer Mechanik besteht.
Der alternative Herleitungsweg ist intuitiv gestaltet und leicht nachvollziehbar.
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