Die Spezielle Relativitätstheorie wurde 1905 von Albert Einstein im Artikel „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“ veröffentlicht und später im Jahr 1915 in Spezielle Relativitätstheorie umbenannt. Sie war der erste Schritt einer fundamentalen Theorie [1], [2], [3].
Kurz Zusammengefasst ist die Spezielle Relativitätstheorie die Theorie der hohen Geschwindigkeiten und verschiedenen Beobachtern, die einen Vorgang in der Natur betrachten. Sie beschreibt die Transformation einzelner physikalischer Gesetze beim Wechsel des Bezugssystems. Diese Effekte werden besonders relevant, wenn die relative Geschwindigkeit zwischen den betrachteten Bezugssystemen vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wird [1], [7], [8], [9].
1881 und 1887 führten Michelson und Morley Experimente zum Nachweis des sogenannten Lichtäthers durch. In einer Anordnung von Lichtstrahlen sollte demnach die Mitbewegung des Lichtäthers und somit der Lichtwellen auf einem Interferometerarm nachgewiesen werden. Die Annahme war, dass sich das Interferenzmuster verändern würde, doch es war keiner Interferenzverschiebung beobachtbar [4]. Einstein erklärte diese Beobachtung mit der These, es gäbe keinen Weltäther und keinen Lichtäther und die Lichtgeschwindigkeit sei in allen Bezugssystemen konstant. Das erste Postulat der Speziellen Relativitätstheorie beschreibt also die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Das zweite Postulat des Relativitätsprinzips beschreibt, dass physikalische Gesetze und Messungen in allen zueinander gleichförmig geradlinig bewegten Systemen gleich seien [2], [5], [6], [8].
Im Folgenden werden von Einstein sogenannte Inertialsysteme eingeführt, also Bezugssysteme von Objekten, die sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen, während in allen Systemen dieselben physikalischen Gesetze gelten. Die Lorentz-Transformation sorgt dabei für die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit beim Übergang von Inertialsystemen – Wege und Zeiten ändern sich hingegen bei der Anwendung der Transformation [2], [5].
Nach Einstein sind Raum und Zeit relativ und unmittelbar miteinander verbunden mit der Folgerung, dass Ereignisse nur gleichzeitig sind, wenn sie zu einem festen Zeitpunkt am selben Ort stattfinden [2], [3], [5], [6], [8].
Das Ergebnis der Speziellen Relativitätstheorie ist außerdem, dass mathematisch gesehen Zeitreisen in die Zukunft oder die Vergangenheit möglich sind; technisch gesehen eher nicht, da es physikalisch nur möglich sein kann, in die Zukunft zu reisen, während Reisen in die Vergangenheit dem Kausalitätsprinzip widerspricht.
Sobald Gravitationskräfte im Spiel sind, genügt die Spezielle Relativitätstheorie nicht mehr, da sie keinerlei Beschreibung der Gravitation enthält – hier wird die Allgemeine Relativitätstheorie benötigt [2].
[1] Lexikon der Astronomie: Spezielle Relativitätstheorie, Spektrum (Link: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/spezielle-relativitaetstheorie/444), aufgerufen am 13.08.2020 [2] Sonne, Bernd: Spezielle Relativitätstheorie für jedermann – Ohne höhere Mathematik: Grundlagen und Anwendungen verständlich formuliert, Springer Spektrum, 2. Auflage, 2020 [3] Einstein, A.: Zur Elektrodynamik bewegter Körper; Das Relativitätsprinzip [4] Michelson, Albert A.; Morley, Edward W.: On the Relative Motion of the Earth and of the Luminiferous Ether; Sidereal Messenger vol. 6; 10/1887 [5] Einstein, A.; Lorentz, H. A.; Weyl, H.; Minkowski, H.: The Principle of Relativity – A Collection of Original Memoirs on the Special and General Theory of Relativity; 2013 [6] Einstein, Albert: Äther und Relativitäts-Theorie; Rede gehalten am 05.05.1920 an der Reichs-Universität zu Leiden [7] French, A. P.: Die spezielle Relativitätstheorie – M.I.T. Einführungskurs Physik, Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden, 1986 [8] Einstein, A.: Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie, Ann. D. Phys. 49; 1916 [9] Woodhouse, Nicholas: Spezielle Relativitätstheorie; Springer Verlag; 2016Weiterführende Literatur:
[10] Einstein, Albert; Übersetzt von Ono, Yoshimasa A.: How I created the theory of relativity; 1922 [11] Schlick, Moritz: Texte zu Einsteins Relativitätstheorie; 2019 [12] Manzel, Peter-Paul: Relativitätstheorie; 2005 [13] Rindler, Wolfgang: Relativitätstheorie: speziell, allgemein und kosmologisch; 2016