Raumspiegelung

2021-05-31T21:13:03Z

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Die '''Raumspiegelung''', auch '''Inversion''' genannt, ist ein Begriff aus der Physik. Er bezeichnet eine [[Punktspiegelung]] des Raumes, bei der alle Punkte am Ursprung gespiegelt werden. Das heißt, ein [[Ortsvektor]] <math>\vec{r}</math> geht über in <math>-\vec{r}</math>.

In kartesischen Koordinaten bedeutet dies, dass sich die Vorzeichen ''aller'' Koordinaten umkehren. Dies unterscheidet die Raumspiegelung von der [[Spiegelung (Geometrie)#Ebenenspiegelung|Spiegelung an einer Ebene]], z. B. an einem ebenen Spiegel. Hierbei wird nur die Koordinate längs der [[Normale|Spiegelnormalen]] umgekehrt. Die volle Raumspiegelung erhält man, wenn nach der Spiegelung an einer Ebene noch eine [[Drehung]] um 180° um die Normale ausführt. Betrachtet man im Zusammenhang mit der [[Raumzeit]] auch die Zeit als Dimension, so ändert die Raumspiegelung nur die Vorzeichen der räumlichen Koordinaten, die Zeit bleibt unverändert.

== Anwendungen ==
In der Physik unterscheidet man im dreidimensionalen Raum zwischen polaren und [[Pseudovektor|axialen]] Vektoren. (Letztere werden auch ''Pseudovektoren'' genannt.) Erstere ändern bei der Raumspiegelung ihr Vorzeichen, letztere nicht. Zum Beispiel handelt es sich bei dem Ort <math>\vec{r}</math> und der Kraft <math>\vec{F}</math> um polare Vektoren. Das Drehmoment <math>\vec{M}=\vec{r}\times\vec{F}</math> ist hingegen ein axialer Vektor. (Da ''beide'' Faktoren des Kreuzprodukts bei Raumspiegelung einen Vorzeichenwechsel erfahren, bleibt das Vorzeichen des Drehmoments erhalten).

Wenn ein [[Körper (Physik) |physikalisches Objekt]] bei Raumspiegelung in sich selbst übergeht, befindet es sich in einem Zustand positiver [[Parität (Physik)|Parität]]; werden hingegen die Vorzeichen vertauscht, was bei Objekten wie z. B. [[Kraftfeld (Physik)|Kraftfeld]], [[Schwingung]], [[Welle]], [[Zustand (Quantenmechanik)|quantenmechanischer Zustandsvektor]] möglich ist, befindet es sich in einem Zustand negativer Parität.<ref>H. Vogel: ''Gerthsen Physik'', 18. Aufl., Springer 1995, ISBN 3-540-59278-4, Abschnitt 13.4.10: Symmetrien, Invarianzen, Erhaltungssätze.</ref>

Von den vier [[Fundamentale Wechselwirkung|fundamentalen Kräften]] der Physik sind die Gravitation, der Elektromagnetismus und die starke Wechselwirkung [[P-Invarianz|invariant]] unter Raumspiegelungen. Das heißt, die von ihnen verursachten Prozesse würden das betreffende System nach Spiegelung des Anfangszustands in der gleichen Zeit in den gespiegelten Endzustand überführen. Die [[schwache Wechselwirkung]] verletzt die Spiegelinvarianz (s. [[Paritätsverletzung]]). Dies wurde 1956 von den Physikern [[Tsung-Dao Lee]] und [[Chen Ning Yang]] postuliert und unter anderem von [[C. S. Wu]] beim [[Betazerfall]] experimentell bestätigt. Alle vier fundamentalen Kräfte sind jedoch invariant unter der erweiterten [[CPT-Theorem|CPT-Symmetrie]] (Raumspiegelung, Zeitumkehr, Ladungsumkehr bzw. Vertauschung von Teilchen und Antiteilchen).

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Transformation]]
[[Kategorie:Symmetrie (Physik)]]

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