Das Machsche Prinzip beschreibt im Kern die Auffassung, dass es sinnlos ist, von einer Bewegung eines Körpers bezogen auf einen absoluten Raum zu sprechen, sondern dass letztlich nur Bewegungen in Relation zu allen anderen Körpern des Universums bedeutend sind.
Obwohl nach Mach bezeichnet ist der Kerngedanke des Prinzips, die Ablehnung des absoluten Raumes als eigenständige Entität bzw. die Annahme der Körper als einzig real exisierende physikalische Entitäten, lange vor E. Mach vertreten worden. Beispielsweise vertraten Leibniz oder viel früher bereits Aristoteles ähnliche Ideen. Demgegenüber wurde die alternative Vorstellung, in der der absolute Raum und die Körper jeweils eigene Entitäten sind, bereits von Demokrit vertreten. Als dritte Richtung kann die Auffassung unterschieden werden, die von der alleinigen Existenz des Raumes ausgeht und die materiellen Körper darin nicht als eigenständige Entitäten auffasst, sondern diese letztlich auf geometrische Eigenschaften des Raumes reduzieren will.
Wegen dem nur schwierig exakt formulierbaren Kernaussage des Machschen Prinzips, gibt es heute eine Vielzahl von Versionen und verschiedenen konkreten Formulierungen des Machschen Prinzips, welche nicht zueinander äquivalent sind.
Newtons Eimer-Experiment und Machs Kritik
Besonders Newton vertrat die Existenz des absoluten Raumes und einer absoluten Zeit und begründete sie in seiner Philosophiae Naturalis Principia Mathematica mit dem Eimer-Experiment. Man könne demnach immer Nachweisen ob das Wasser in einem Eimer sich um seine Rotationsachse relativ zu einem absoluten Raume drehe, da in diesem Fall die Oberfläche des Wassers einen Rotationsparaboloiden bildet, egal ob der Eimer selbst sich mitdrehe oder nicht.
Machs Einwand an diesem Gedankenexperiment ist, dass Newton nicht den Einfluss der übrigen Materie des Universums auf das Wasser berücksichtige. Newtons Experiment wäre nur in einem ansonsten leeren Universum von Bedeutung. Im realen Universum, in dem Materie vorhanden ist, sei statt einer Rotation relativ zu einem absoluten Raume, wie von Newton behauptet, nur eine Rotation bezogen auf die übrigen Himmelskörper für das Experiment von Bedeutung:
"Der Versuch Newtons mit dem rotierenden Wassergefäss lehrt nur, dass die Relativdrehung des Wassers gegen die G e f ä s s w ä n d e keine merkliche Centrifugalkräfte weckt, dass dieselben aber durch die Relativdrehung gegen die Masse der Erde und die übrigen Himmelskörper geweckt werden. Niemand kann sagen, wie der Versuch verlaufen würde, wenn die Gefässwände immer dicker und massiger, zuletzt mehrere Meilen dick würden." (E. Mach, Die Mechanik in ihrer Entwicklung, Seite 216/217)
Mach erwähnt hier also auch ein abgewandeltes Gedankenexperiment, in dem die Wände des Eimers extrem vedickt würden und deutet die Möglichkeit an, dass in diesem Fall das Mitrotieren des Eimers einen Einfluss auf die Wasseroberfläche hätte. Damit ist Mach der erste der einen "Drag-Effekt" lokal rotierender Massen erwähnt, welcher Einfluss auf das Trägheitsverhalten von Körpern in der Umgebung dieser rotierenden Massen haben könne.
Machs Prinzip und die Allgemeine Relativitätstheorie
Das Prinzip wurde von Albert Einstein 1918 nach Ernst Mach benannt, der es in seinem Buch Die Mechanik in ihrer Entwickelung vertreten hatte. Das MP bildete eine wichtige Motivation für die Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie, obwohl sich später zeigte, dass Einsteins Relativitätstheorie mit einigen konkreten Formulierungen des MP gar nicht vereinbar ist und mit anderen Formulierungen des MP die Vereinbarkeit eine offene Fragestellung ist.
Siehe auch
Literatur
- E. Mach, Die Mechanik in ihrer Entwicklung, Leipzig, (1883)
- E. Mach, Science of Mechanics. Open Court Publishing Company (1960), ISBN 0875482023
- J. Barbour, H. Pfister, eds., Mach's Principle: From Newton's Bucket to Quantum Gravity. Birkhaeuser (1995), ISBN 0817638237
- J. Overduin, H-J Fahr, Matter, spacetime and the vacuum. Naturwissenschaften, 88, 491–503 (2001)
- H. Bondi, J.Samuel, The Lense-Thirring effect and Mach's principle. Physics Letters A, 228, 121-126 (1997)
- J. Lucinda, Beyond the equivalence Principle. Physics Essays, 12, 131-145, (1999)
- O. Gron, K. Voyenli, On the foundation of the principle of relativity. Foundations of Physics, 29, 1695-1733 (1999)
- AS. Sant'Anna, CS. Maia, Axioms for Mach's mechanics. Foundations of Physics Letters, 14, 247-262 (2001)
- H. Lichtenegger, B. Mashhoon, Mach’s Principle