Klassische Mechanik und Relativität: Newton bis Einstein

Grundlegende Sätze der klassischen Mechanik nach Newton

Es ist möglich und wünschenswert, alle Erscheinungen der Natur auf die Wechselwirkung zwischen materiellen Partikeln zu reduzieren (objektive Realität). Es existieren nur mathematisierbare Qualitäten: Ausdehnung und Bewegung. Es ist ausreichend, die Bewegungsgesetze mathematisch zu beschreiben; die wissenschaftliche Erklärung muss lediglich die Beziehung zwischen zwei kovariierenden Variablen mathematisch ausdrücken.

• Die Größe und der Umfang im Raum sind objektive Eigenschaften der Körper.
• Die Masse (bei Newton) ist ebenfalls eine Eigenschaft aller Körper.
• Alle Bewegungen in der Natur haben eine Ursache, die diese Bewegung erzwingt. In der physischen Realität gibt es keine Freiheit; alles ist fest vorgegeben und könnte gar nicht anders sein.
• Die primären Qualitäten der Objekte (Form, Größe, Bewegung und Position) sind vom Beobachter unabhängig.

Das Problem der menschlichen Freiheit in der Moderne

Eines der großen Probleme des modernen Denkens ist die Frage, wie die menschliche Freiheit möglich ist. Es gibt vier Versuche zur Lösung des Problems durch vier Denker der Moderne:

• René Descartes (17. Jh.): Descartes schlägt vor und beweist die Existenz des Menschen als eine Einheit aus Körper und Seele, die von Natur aus mit einer von Gott gegebenen Freiheit ausgestattet ist. Descartes „beweist“ zudem die Existenz Gottes.
• Benedictus de Spinoza (17. Jh.): Er stellt fest, dass es nur eine Substanz in der Welt gibt: Gott oder die Natur mit unendlichen Attributen. Davon kennt der Mensch nur zwei: Ausdehnung und Denken. Alle einzelnen Einheiten sind „Teile“ (Spinoza nennt sie „Modi“) dieser einen Substanz, die Gott ist. In einer gewöhnlichen Person sind Leib und Seele wie zwei Seiten derselben Medaille. Alles, was im Körper geschieht, ereignet sich gleichermaßen in der Seele und umgekehrt.
• David Hume (18. Jh.) und Immanuel Kant (18. Jh.).

Das zeitgenössische Weltbild

Die klassische Mechanik war die hegemoniale physikalische Theorie während des 18. und 19. Jahrhunderts. Sie interpretierte alle nicht-menschlichen Ereignisse als durch Determinismus fest vorgegeben (sogar Tiere wurden als hoch entwickelte Mechanismen bzw. Maschinen betrachtet). Alle Materie befindet sich in Bewegung, immer zurückzuführen auf eine wirksame Ursache in einem absoluten Raum und einer absoluten Zeit.

Die Relativitätstheorie von Albert Einstein

Diese lässt sich in zwei Teile gliedern: die Spezielle Relativitätstheorie und die Allgemeine Relativitätstheorie.

Die Spezielle Relativitätstheorie besagt:

• Die Geschwindigkeit des Lichtes hängt nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle oder der Geschwindigkeit des Beobachters ab.
• Deshalb ist die „Galileo-Transformation“ nicht gültig.
• Sie wird durch die Lorentz-Transformation ersetzt: Die Messung der Geschwindigkeit – das heißt sowohl Raum als auch Zeit – hängt von der Geschwindigkeit des Beobachters ab.
• Während die Masse für Newton eine Eigenschaft aller Körper war, gibt es für Einstein keine solche absolute Eigenschaft. Die Masse ist eine Beziehung zwischen einem physikalischen System und einem Bezugsrahmen; sie steigt zudem mit der Geschwindigkeit an, berechnet nach der folgenden Formel: