Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie ist ein zentraler theoretischer Rahmen der Physik, der beschreibt, wie Raum, Zeit und Gravitation miteinander verknüpft sind. Sie gliedert sich in zwei Hauptteile: die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) und die Allgemeine Relativitätstheorie (ART).

Die SRT, 1905 von Albert Einstein formuliert, beruht auf den Postulaten der Relativität aller Inertialsysteme und der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Daraus folgen Effekte wie Zeitdilatation, Längenkontraktion und die Relativität der Gleichzeitigkeit; die Gleichungen beruhen auf der Lorentztransformation. Eine der bekanntesten Folgerungen ist die Äquivalenz von Masse und Energie, ausgedrückt durch E=mc^2.

Die ART von 1915 generalisiert diese Ideen auf beschleunigte Systeme und Gravitation. Statt eine Gravitationskraft als äußere Einflussgröße zu behandeln, beschreibt sie Gravitation als Geometrie der Raumzeit, deren Krümmung durch Energie und Materie bestimmt wird. Die mathematische Formulierung erfolgt über die Einstein-Feldgleichungen Gμν = 8πG/c^4 Tμν. Lösungen liefern Modelle wie die um Sterne oder Schwarze Löcher. Vorhersagen umfassen Lichtablenkung durch Gravitation, Gravitationsrotverschiebung, Gravitationslinsen, Shapiro-Zeitverzögerung und Gravitationswellen.

Fundierte Experimente bestätigten die Theorie: der perihelische Vorlauf des Merkur, Messungen der Lichtablenkung während Sonnenfinsternissen, Gravitationsrotverschiebung, Gravitationslinsen und Gravitationswellen (Detektion 2015). GPS-Systeme nutzen zeitliche Relativitätseffekte. Die Relativitätstheorie bleibt eine bewährte Grundlage der modernen Physik, doch sie vereint sich noch nicht mit der Quantenmechanik; eine vollständige Quanten-Gravitation ist Gegenstand aktueller Forschung.

Historisch entwickelte sich die Theorie aus Arbeiten von Lorentz, Poincaré und Minkowski, mit der eigentlichen Revolution durch Einstein. Heute wird die Sprache der Relativität oft geometrisch in Begriffen der Raumzeit verwendet.