Das Äquivalenzprinzip der ART (Allgemeinen RelativitätsTheorie) besagt, dass Bezugsysteme in denen die gleichen Naturgesetze gelten äquivalent sind. Sie bilden eine Äquivalenzklasse. (z.Bsp. bilden Inertialsysteme eine Äquivalenzklasse). Das Äquivalenzprinzip der ART in seiner obigen Formulierung ist die Grundlage der Allgemeinen RelativitätsTheorie.

Äquivalent bedeutet in dem hier verwendeten Sinne, dass zwei Dinge anhand der betrachteten Merkmale nicht voneinander zu unterschieden sind.

Die träge Masse ist ein Maß für die Grösse der Trägheitskraft, die bei der Kontaktbeschleunigung eines Körpers durch einen anderen Körper entsteht.

Die (passive) schwere Masse ist ein Maß für die Grösse der Schwerkraft die ein Körper im Schwerfeld (Gravitationsfeld) auf einen anderen Körper ausübt.

Allerdings ist die Unterscheidung in träge Masse und schwere Masse lediglich eine methodologische Folge der menschlichen Betrachtungsweise der Natur. In der Natur gibt es nur einen Massetyp. Träge Masse und schwere Masse sind lediglich zwei verschiedene Betrachtungsaspekte ein und derselben physikalischen Grösse, genannt Masse. Das Äquivalenzprinzip besagt also genaugenommen, dass diese beiden Betrachtungsaspekte äquivalent sind. Trifft man nun die Unterscheidung in träge Masse und schwere Masse, so ergibt sich als Folge aus dem Äquivalenzprinzip, dass träge Masse und (passive) schwere Masse äquivalent sind. Verzichtet man auf die methodologische Unterscheidung in träge Masse und schwere Masse, so ist die ART davon keinesfalls betroffen, da das Äquivalenzprinzip der ART in seiner obigen Formulierung ja erhalten bleibt. Das Äquivalenzprinzip besagt daher, dass die beiden Aspekte, träge Masse und schwere Masse eines Körpers, stets gleich sind, so dass man beide mit nur einer physikalischen Grösse beschreiben kann.

Eine Folge des Äquivalenzprinzips ist, dass die Bewegung eines Körpers im Gravitationsfeld unabhängig von seiner Masse ist: Ein doppelt so schwerer Körper erfährt zwar im Gravitationsfeld eine doppelt so große Kraft, andererseits aber braucht es gerade diese doppelt so große Kraft, um dieselbe Beschleunigung zu erreichen. Das bedeutet insbesondere, dass man eine Bewegung im freien Fall lokal nicht von einer Bewegung in der Schwerelosigkeit unterscheiden kann. Ein typisches Beispiel hierfür sind Aufenthalte in der Raumstation ISS: In der Höhe der Raumstation ist das Erdgravitationsfeld noch fast genausostark wie am Erdboden, dennoch erleben die Astronauten in ihr Schwerelosigkeit, da sie sich im freien Fall um die Erde befindet.

In der Tat lässt sich das Äquivalenzprinzip auch über diese Ununterscheidbarkeit von Schwerelosigkeit und freiem Fall definieren. Diese Betrachtungsweise ist eine der Grundlagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. In dieser wird das Konzept eines Gravitationsfeldes, das Körper im Raum ablenkt, ersetzt durch das Konzept einer gekrümmten Raumzeit, in der sich der Körper frei bewegt, die jedoch durch Energie und Impuls der in ihr vorhandenen Materie gekrümmt wird. Dadurch erscheint die kräftefreie Bahn ebenfalls gekrümmt, so als ob der Körper eine Kraft erführe. Die beobachteten Kräfte (z.B. beim Tragen eines schweren Objekts) sind dabei Trägheitskräfte, die aufgrund der (zum Beispiel durch die Erdoberfläche) erzwungenen Abweichung vom freien Fall auftreten, ganz analog zu den Kräften, die in einem beschleunigten Objekt auftreten (beispielsweise wird man im Auto beim Beschleunigen in den Sitz gedrückt).

Ein früher Test des (schwachen) Äquivalenzprinzips war das Eötvös-Experiment. Daneben werden Fallexperimente an Falltürmen als Test herangezogen.

Allgemeine Relativitätstheorie

Ækvivalensprincip | Αρχή της ισοδυναμίας | Equivalence principle | Principio de equivalencia | Principe d'équivalence | Principio di equivalenza | 등가 원리 | Ekvivalensprinsippet | 等效原理