Können wir das Relativitätsprinzip aus einigen Grundprinzipien ableiten?

Ich las „Relativität“ von Albert Einstein. In Kapitel 5 Seite 14 steht das geschrieben

Ist K ein galiläisches Koordinatensystem, so ist jedes andere Koordinatensystem K' ein galiläisches, wenn es sich gegenüber K in einem Zustand gleichförmiger Translationsbewegung befindet. Bezüglich K' gelten die mechanischen Gesetze von Galilei-Newton genauso wie bezüglich K.

Wir kommen in unserer Generation einen Schritt weiter, wenn wir den Satz so ausdrücken: Ist K' relativ zu K ein sich gleichförmig bewegendes Koordinatensystem ohne Rotation, dann laufen die Naturerscheinungen bezüglich K' nach genau dem ab dieselben allgemeinen Gesetze wie in Bezug auf K. Diese Aussage wird Relativitätsprinzip (im engeren Sinne) genannt.

Diese Verallgemeinerung ist nicht offensichtlich, nun ja ... Zumindest für mich. Gibt es einige zugrunde liegende Prinzipien, die verwendet werden, um dieses Prinzip abzuleiten oder abzuleiten? Außerdem, wie eine solche Verallgemeinerung gemacht werden kann (es ist nicht so einfach ... oder?) ?

Wenn es ein oder mehrere grundlegendere Prinzipien gibt, aus denen das „Prinzip“ der Relativität abgeleitet werden kann, wäre es (das Relativitätsprinzip) tatsächlich ein Prinzip?
@AlfredCentauri Nach meinem Verständnis gibt es historisch gesehen ein Beispiel für eine theoretische Idee, die als eigenständiges Prinzip angesehen wurde und später als Folge eines tieferen Phänomens erkannt wurde. Das thermodynamische Konzept der Entropie wurde durch die Beschreibung thermischer Phänomene mit Begriffen der statistischen Mechanik ersetzt. Die Tatsache, dass Physiker irgendwann beschlossen haben, den Begriff der Relativität als „Prinzip der Relativität“ zu bezeichnen, schließt die Möglichkeit nicht aus, dass es einen tieferen Begriff gibt, der den Physikern unbekannt ist.
Dies hängt davon ab, was Sie unter "Grundlegend" verstehen. Neben Einsteins Axiomen von 1905 gibt es sicher noch andere Axiomatisierungen, zB arxiv.org/abs/physics/0302045 .

Antworten (2)

Nach meinem Verständnis muss man, um die relativistische Physik von 1905 überhaupt zu formulieren, die Annahme treffen, die Einstein 1905 gemacht hat.

Diese Annahme ist die Verallgemeinerung, die Sie erwähnen. Und ja, es ist sehr viel nicht offensichtlich.

Es gibt die Äquivalenzklasse von Koordinatensystemen mit der Eigenschaft, dass für alle Mitglieder dieser Äquivalenzklasse die Newtonschen Bewegungsgesetze gelten.

Einsteins Verallgemeinerung von 1905:
Nicht nur Newtons Bewegungsgesetze gelten: Diese Äquivalenzklasse ist eine Äquivalenzklasse für alle Gesetze der Physik.

(Nun, 1905 war der einzige andere Satz von Bewegungsgesetzen die Theorie der Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung: die Maxwell-Gleichungen.)

Einstein fuhr fort zu zeigen, dass der scheinbare Selbstwiderspruch nicht auftritt, wenn man Folgendes akzeptiert: Die Mitglieder der Äquivalenzklasse sind durch Lorentz-Transformation, nicht durch Galilei-Transformation, miteinander verwandt.

Die Sache ist die: Der Übergang zur relativistischen Physik ist keine einzelne neue Annahme, sondern eine koordinierte Reihe neuer Annahmen. Für den Übergang müssen Sie die Annahmen als Ganzes akzeptieren, und wenn Sie sich mit ihnen vertraut machen, stellen Sie fest, dass kein Selbstwiderspruch entsteht.

Egal wie Sie es angehen, auf den ersten Blick wird es sehr nicht offensichtlich sein.

Die Grundüberlegung ist, dass die Koordinatensysteme nur Artefakte des menschlichen Geistes sind, daher sollten die physikalischen Gesetze unabhängig von den gewählten Koordinaten dieselbe Form aufweisen.

SR (Spezielle Relativitätstheorie) erweiterte das Galilei-Prinzip von der Mechanik auf alle anderen physikalischen Gesetze (mit Ausnahme von Gravitations-/beschleunigten Systemen).

Zusammen mit der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit (zweites Prinzip von SR) plus Annahmen über die Homogenität und Isotropie des Vakuums ermöglichte dies die Berechnung der Lorentz-Transformation.