Spezielle Relativitätstheorie – Explorer

Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die physikalischen Gesetze in allen Inertialsystemen gleich sind und die Lichtgeschwindigkeit c konstant ist. Dies erfordert Lorentz-Transformationen statt Galilei-Transformationen, was zu Zeitdilatation t' = t / sqrt(1 - v²/c²) und Längenkontraktion führt. Raum und Zeit verschmelzen zur vierdimensionalen Raumzeit mit der invarianten Metrik ds² = c²dt² - dx² - dy² - dz².

Das ganze Werkzeug dreht sich um eine Zahl: den Lorentzfaktor γ = 1/√(1−β²) mit β = v/c. Bei Schrittgeschwindigkeit ist γ ≈ 1, sodass sich die Relativität versteckt; nähert sich v der Lichtgeschwindigkeit c, wächst γ grenzenlos. Bei v = 0.87c ist γ = 2 — bewegte Uhren ticken halb so schnell und Längen halbieren sich. Da c den Wert γ = ∞ erfordern würde, erreicht es kein massebehaftetes Objekt: Der Preis wäre unendliche Energie.

Die Längenkontraktion ist das, was man misst, nicht das, was man sieht. Da Licht von der fernen Seite eines Körpers früher startet als von der nahen, zeigt ein Foto eines vorbeirasenden Objekts es scheinbar gedreht statt abgeflacht — eine Kugel behält ihren runden Umriss. Diese Penrose-Terrell-Rotation blieb 54 Jahre unbemerkt, bis James Terrell und Roger Penrose sie 1959 unabhängig voneinander entdeckten.