Die Lorentztransformationsgleichungen



Aus der klassischen Kinematik kennen wir die sogenannten Galilei-Transformationsgleichungen, bei denen man von einer absoluten Zeit (und Masse) ausging. Mittlerweile wissen wir jedoch, daß diese Annahmnen nicht haltbar sind. Deswegen müssen wir neue Gleichungssysteme für den mathematischen Zusammenhang zwischen zwei Inertialsystemen finden. Diese Gleichungssysteme heißen Lorentztransformationsgleichungen.

Skizze zur Lorentztransformation

Wir betrachten zwei Intertialbeobachter A und B, die beide ein Ereignis E beobachten. Sie nehmen es jedoch zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Abständen wahr.

A-System: tA = ½ × (t1 + t2) (1)
XA = ½ × c × (t2 - t1) (2)
B-System: tB = ½ × (k × t1 + 1/k × t2) (3)
XB = ½ × c × (1/k × t2 - k × t1) (4)

Die Gleichung (3) lösen wir nach t1 auf:

Formel
Wir setzen den Term nun in die Gleichung (4) ein, fassen zusammen, und lösen dann nach t2 auf:
Formel
Wir setzen das Ergebnis nun wieder in die Gleichung (3') ein und fassen zusammen:
Formel
Nun setzen wir t1 und t2 in die Gleichung (1) ein:
Formel
Wir spalten nun die Brüche auf, fassen die tB und die XB Glieder zusammen und klammern dann aus:
Formel
Wir ersetzen nun den Dopplerfaktor k. Da
Formel
erhalten wir unsere Lösungsgleichungen für den Ort und die Zeit:

Formel Formel
Formel Formel

Wenn die Relativgeschwindigkeit sehr klein ist, gehen die Lorentztransformationsgleichungen wieder in die bekannten Formeln der Galilei-Transformation über.