Jan 16

Trägheitsvariabilität und Raum-Zeit-Struktur

In der Newtonschen Dynamik ist die Träge Masse eines Teilchens eine vom Bezugssystem unabhängige Teilcheneigenschaft. Es gilt ein Erhaltungssatz für die träge Masse. Wird keine Masse hinzugefügt oder entfernt bleibt die träge Masse eines Teilchens unabhängig von Ort, Zeit und Bewegungszustand des Teilchens unverändert erhalten. Zugleich gelten Erhaltungssätze für Energie und Impuls, sie schließen zusammen eine Relativität, bzw. Variabilität der Trägheit aus und das impliziert die Absolutheit des Newtonschen dreidimensionalen Raumes und der Newtonschen absoluten Zeit. Anders ausgedrückt, die Trennung von Raum für sich und Zeit für sich bei Newton kommt in der Unabhängigkeit der beiden Erhaltungssätze für Energie und Impuls zum Ausdruck. Fordert man die Möglichkeit einer Variabilität der Trägheit, muss die Anzahl der Erhaltungssätze auf einen einzigen Erhaltungssatz reduziert werden. Die mathematische Konstruktion führt erstaunlicherweise direkt auf einen Erhaltungssatz, der aus der speziellen Relativitätstheorie bekannt ist, und der die 4-dimensionale Raum-Zeit-Struktur (Minkowski-Raum) impliziert. Die Forderung der Trägheitsvariabilität führt unmittelbar auf eine neue Naturkonstante, auf eine invariante Geschwindigkeit. Aus Experimenten (Michelson, Morley) sowie der Maxwellschen Elektrodynamik ist bekannt, dass es sich bei dieser Geschwindigkeit um die Vakuumlichtgeschwindigkeit handelt. Trägheitsvariabilität und Raum-Zeit-Struktur sind daher streng miteinander verknüpft, und Theorien über die Trägheit sind stets auch Theorien über die Raum-Zeit. Während Einstein über das Rätsel einer invarianten Vakuumlichtgeschwindigkeit nachdachte und dadurch 1905 die spezielle Relativitätstheorie entdeckte, führt hier das Nachdenken über die Möglichkeit einer Trägheitsvariabilität (im Zusammenhang von Überlegungen zur Trägheitsinduktion auf Basis des Machschen Prinzips) auf die Spezielle Relativitätstheorie. Die Herleitung hier kennzeichnet also einen anderen Zugang zu einem zentralen Fundamte der modernen Physik und ist in Bezug auf die Frage nach den Beziehungen zwischen Machschem Prinzip und relativistischer Physik von heuristischer Bedeutung.

Bild: Einsteinring LRG, 3-757, Autor: NASA

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