In der Newtonschen Mechanik wird das Ruhesystem eines Labors auf der Erde als (ungefähr) ein Trägheitssystem betrachtet. Dass sich ein geworfener Ball nicht auf einer geraden Linie bewegt, entspricht der Wirkung der Schwerkraft.
In der speziellen Relativitätstheorie haben wir keine Beschreibung der Schwerkraft als Kraft, also zeigt die Bewegung der Kugel, dass das Ruhesystem des Labors kein Trägheitssystem ist. Allerdings wenden wir in vielen gedankenexperimenten spezielle Relativitätstheorie auf Situationen auf der (hypothetischen) Erde mit Zügen usw. an. Also wird dort das Ruhesystem des Labors stillschweigend als Inertialsystem angenommen.
Dieses Problem wird noch ausgeprägter, wenn wir die Terminologie von Taylor und Wheelers Spacetime Physics übernehmen , die in der speziellen Relativitätstheorie die Verwendung des Begriffs „frei fallendes Bezugssystem“ dem „Trägheitsbezugssystem“ vorzieht. Also betrachten sie das Ruhesystem eines Labors auf der Erde stillschweigend als "frei fallend", obwohl es eindeutig relativ zur Erde stationär ist.
Meine Frage lautet also: Sollte das Ruhesystem eines Labors auf der Erde in der speziellen Relativitätstheorie als Inertialsystem (= frei fallendes System) betrachtet werden oder nicht? Vielleicht stimmt überhaupt etwas mit meiner Assoziation des Labors und "seines eigenen" Trägheitsrahmens nicht? (Taylor und Wheeler schlagen sicherlich eine solche Assoziation vor, indem sie sich einen Bezugsrahmen als ein Gitter aus Stäben und Uhren vorstellen.)
Ein Inertialsystem in SR muss als frei fallendes System definiert werden. Es gibt keinen möglichen konsistenten Rahmen für SR, in dem wir die Newtonsche Definition eines Trägheitssystems verwenden würden. In der Newtonschen Mechanik wissen wir nur, dass ein Rahmen träge ist, wenn wir alle auf eine Testmasse wirkenden Kräfte kennen, sodass wir beurteilen können, ob die Masse den Newtonschen Gesetzen gehorcht oder nicht. Dazu müssen wir zum Beispiel alle Gravitationskräfte kennen, die von allen Objekten im Universum ausgeübt werden, egal wie weit sie entfernt sind. In SR wird dies sogar im Prinzip unmöglich, weil wir Dinge nicht augenblicklich aus der Ferne beobachten können.
Allerdings wenden wir in vielen Gedankenexperimenten die spezielle Relativitätstheorie auf Situationen auf der (hypothetischen) Erde mit Zügen usw. an. Also wird dort das Ruhesystem des Labors stillschweigend als Inertialsystem angenommen.
Experimente dieser Art können in äquivalente Experimente in einem frei fallenden Rahmen umgewandelt werden, und es ändert sich nichts. Das liegt daran, dass es zB beim klassischen Gedankenexperiment um den Zug nur um die horizontale Bewegung geht.
Adomas Baliuka