Mechanische und gravitative Beschleunigung
Äquivalenz-Prinzip der ART
Im "Jahr der Physik 2005" stehen die epochalen Theorien des Physikers Albert Einstein im Mittelpunkt vieler Ö1 Sendungen. Hier die Erklärung der wichtigsten Begriffe seiner wissenschaftlichen Arbeiten zum Nachlesen.
8. April 2017, 21:58
Unter dem "Äquivalenz-Prinzip" der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) versteht Einstein die Ununterscheidbarkeit respektive Gleichwertigkeit von mechanischer Beschleunigung (durch einen Antrieb: Motor, Rakete oder ähnlichem) und Beschleunigung durch Schwerkraft in einem Gravitationsfeld.
Zwei Interpretationsmöglichkeiten
Für einfache kinematische Phänomene ist dies klar. Spürt ein Beobachter in Inneren eines geschlossenen Kastens "Schwere", etwa in Einsteins berühmter Liftkabine, indem etwa Gegenstände zum Boden hin fallen, hat er zwei nicht entscheidbare Interpretationsmöglichkeiten: Sein Kasten könnte auf der Oberfläche eines Planeten stehen und dessen Schwerkraft unterliegen. Oder er könnte sich fern jeder Gravitation im freien Raum befinden und durch einen Raketenantrieb konstant beschleunigt werden.
Die kinematische Phänomene sind gleich. Ebenso umgekehrt: Beim Fehlen von Schwerkraft ist (im Kleinen) nicht unterscheidbar, ob der Kasten fern von Schwerkraft antriebslos durch den Raum treibt, oder ob er in freiem Fall auf einen Himmelskörper zustürzt.
Dieses Phänomen wird heute im Rahmen des Trainings von Astronauten genutzt: Flugzeuge stürzen tatsächlich aus großer Höhe eine Zeitlang frei zu Boden, dabei entsteht im Inneren für einige Minuten Schwerelosigkeit.
Gilt für alle Naturphänomene
Einstein postulierte als Voraussetzung der ART nun, dass diese Ununterscheidbarkeit und damit Gleichwertigkeit von mechanischer und gravitativer Beschleunigung nicht nur für die Kinematik (Bewegungen von Körpern) gilt, sondern generell und ausnahmslos für alle Naturphänomene. Insbesondere auch für solche der Strahlung, der Ausbreitung von Licht, der Form und Ausbreitung elektromagnetischer Felder.
Dies war, wohlgemerkt, keine Erkenntnis der ART, sondern vorerst eine willkürliche Setzung. Messergebnisse, die diese Annahme stützten, existierten damals nicht. Das Äquivalenz-Prinzip ist ein Axiom, das Einstein der ART als Basis zugrunde legte. Aus ihm leiten sich deren weitere Konsequenzen erst ab.
