Invariante Größen in der klassischen Physik und in der speziellen Relativitätstheorie
Es gibt in der klassischen Physik und in der Relativitätstheorie eine Reihe von Größen, die ihren Wert bzw. ihre Form nicht ändern, wenn man von einem Inertialsystem in ein anderes übergeht. Solche Größen werden als invariante Größen bezeichnet. Auch für Gesetze gibt es eine Invarianz. Die Bestimmung von invarianten Größen bzw. Gesetzen trägt dazu bei, physikalische Phänomene und Zusammenhänge besser zu verstehen.
Was heißt Invarianz?
So ist z.B. die Masse eines Körpers in der klassischen Physik eine invariante Größe, denn ihr Wert bleibt stets gleich, unabhängig von dem Bezugssystem, in dem man sich befindet. In der speziellen Relativitätstheorie dagegen ist die Masse abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich der Körper bewegt. Sie ist im Rahmen dieser Theorie keine invariante, sondern eine relative Größe.
Im Unterschied dazu ist z.B. die Beschleunigung sowohl in der klassischen Physik als auch in der Relativitätstheorie eine invariante Größe, ändert also ihren Wert nicht, wenn das Bezugssystem gewechselt wird.
Beispiele für invariante und nicht invariante Größen
In der nachfolgenden Übersicht sind ausgewählte Größen zusammengestellt, die teils in der klassischen Physik, teils in der Relativitätstheorie invariant sind, wobei wir stets von Inertialsystemen (unbeschleunigten Bezugssystemen) ausgehen.
| physikalische Größe | klassische Mechanik | spezielle Relativitätstheorie |
| Zeit | invariant | nicht invariant (relativ) |
| Zeitdauer (Zeitintervall) | invariant | nicht invariant (relativ) |
| Weg | invariant | invariant |
| Länge eines Körpers (Abstand zweier Punkte) | invariant | nicht invariant (relativ) |
| Geschwindigkeit | nicht invariant (relativ) | nicht invariant (relativ) |
| Änderung der Geschwindigkeit | invariant | invariant |
| Beschleunigung | invariant | invariant |
| Masse | invariant | nicht invariant (relativ) |
| Impuls | nicht invariant (relativ) | nicht invariant (relativ) |
| kinetische Energie | nicht invariant (relativ) | nicht invariant (relativ) |
Sowohl in der klasischen Physik als auch in der speziellen Relativitätstheorie sind auch der Energieerhaltungssatz und der Impulserhaltungssatz invariant.
