Referenzräume

Referenzräume (oder Referenzrahmen) sind konzeptionelle, meist koordinatensystembasierte Räume, in denen Ereignisse beschrieben und Messgrößen wie Position, Geschwindigkeit oder Zeit festgelegt werden. Sie werden von einem Beobachter oder einer Messanordnung definiert und dienen dazu, physikalische Größen relativ zu einem bestimmten Ort und einer bestimmten Bewegung zu beschreiben.

Ein Referenzraum umfasst ein Koordinatensystem, eine Uhr und eine durch Bewegungen des Beobachters bestimmte Orientierung. Die gemessenen Werte hängen vom gewählten Referenzraum ab, auch wenn die zugrunde liegenden Ereignisse dieselben bleiben.

Bei klassischen, also nicht-relativistischen Bewegungen wird häufig das Galilei-Transformationsgesetz verwendet, um Koordinaten zwischen inertialen Referenzräumen zu übertragen. In der speziellen Relativitätstheorie lösen Lorentz-Transformationen diese Aufgabe, sodass Zeit und Raum relativ sind. Allgemein-relativistische Beschreibungen verwenden allgemein gekrümmte Referenzsysteme in der Geometrie der Raumzeit.

Zwischen zwei Referenzräumen kann es Differenzen wie Trägheitskräfte in beschleunigten oder rotierenden Systemen geben. Inertiale Referenzräume bewegen sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit zueinander; rotierende oder beschleunigte Systeme werden als nicht-inertial bezeichnet und führen zu scheinbaren Kräften.

In der Physik gilt kein privilegierter Referenzraum; verschiedene Beobachter können Ereignisse unterschiedlich koordinieren, ohne dass sich das physikalische Vorzeichen ändert. Die Konzepte von Gleichzeitigkeit und Zeitdauer hängen vom Referenzraum ab, insbesondere in der Relativitätstheorie.

Außerhalb der Physik kann von Referenzräumen auch in der Mathematik gesprochen werden, etwa als Koordinatensysteme oder Basen eines Vektorraums. Dort dienen Referenzräume als Grundlage für die Beschreibung von Vektoren, Funktionen und Geometrie.