3.2 Exkurs: Spezielle Relativitätstheorie

nach Albert Einstein 1905

Übersicht     zurück     

Endstand durch Einsteins Phantasie als 16-Jähriger, als er überlegte was geschieht, wenn er auf einem Lichtstrahl reisen könnte. Und er glaubte, dass für jeden im Universum die gleichen Bedingungen gelten (universeller Gleichheitsgrundsatz). Alle Betrachtungen sind fiktive Einzelbetrachtungen, woraus verallgemeinert werden kann. Erst seit 1960 stehen Apparaturen zur Verfügung, die experimentell Einsteins theoretische Berechnungen vielfach bestätigt haben. Einen endgültigen Beweis kann es aber nie geben, da man vielleicht auch später in Experimenten abweichende Ergebnisse feststellt.

1. Lichtgeschwindigkeit ist konstant

ca. 300.000 km/s ( 299.792,458 km/s) für alle Beobachter gleich. Licht, dass von schnell fliegenden Teilchen ausgesandt wird ist nicht schneller als von ruhenden Teilchen. Der Teilchenbeschleuniger von CERN in Genf konnte dies experimentell 1964 nachweisen.

Beispiel:

Zwei Autos rasen frontal aufeinander zu, eines mit 200 km/h, das andere 300km/h. Unsere Erfahrung aus der klassischen Physik: Beide Geschwindigkeiten summieren sich zu 500 km/h.

Anders bei Lichtgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeiten summieren sich nicht, da Lichtgeschwindigkeit immer für alle gleich schnell ist.

2. Objektive Gleichzeitigkeit gibt es nicht.

Schaltet man 2 Glühlampen gleichzeitig ein, sieht man sie gleichzeitig leuchten. Fliegt man aber mit einem schnellen Raumschiff an 2 Lampen vorbei die gleichzeitig angeschaltet werden, sieht der die Lampe früher auf die er zu fliegt. Das andere Licht erreicht ihn später, da er sich davon entfernt. Welche Ergebnisse als gleichzeitig betrachtet werden, hängt folglich vom Standpunkt des Beobachters ab. Der Beobachter wird Teilnehmer des Experimentes.

3. Die Zeit dehnt sich.

Für einen bewegten Beobachter verstreicht die Zeit langsamer, wenn die Lichtgeschwindigkeit immer gleich bleibt. Versuch: Man stelle sich eine Lichtuhr in einem Raumschiff vor: Zwischen 2 Spiegeln läuft ein Lichtstrahl hin und her, und mit jeder Ankunft des Lichtstrahls am Spiegel zählt die Uhr einen Takt weiter. Der Raumfahrer sieht also das Licht dauern rauf und runter gehen. Der Beobachter von der Erde sieht das vorbeifliegende Raumschiff und das Licht geht nicht rauf und runter sondern wird zeitlich verzerrt zu einem Zickzack. Die Zeit wird so für den Beobachter auf der Erde auseinandergezogen, gedehnt. Das Licht legt dabei einen längeren Weg zurück und von der Erde aus gesehen laufen die Uhren im Raumschiff langsamer, da hier die Zeit in die Länge gedehnt wird. Experimentell 2003 in Heidelberg bestätigt. Die Zeit ist also nicht absolut. Jeder Beobachter hat seine eigene individuelle Zeit, die sich von der eines andren Beobachters unterscheiden kann.

4. Der Raum staucht sich.

Der bewegte Beobachter dehnt nicht nur die Zeit, sondern staucht auch den Raum. Von der stehenden Erde aus beobachten wir, dass sich das Raumschiff bei hohen Geschwindigkeiten verkürzt. Dies gilt auch umgekehrt. Der Astronaut sieht die Erde ebenfalls verkürzt.

5. Die Masse wächst.

Nicht nur Raum und Zeit verändern sich für den schnell bewegenden Beobachter, sondern auch die Massen. Versuch: Der Astronaut wirft im fliegenden Raumschiff eine Lampe gegen die Wand. Von der Erde aus scheint die Lampe langsamer zu fliegen, da die Zeit im Raumschiff langsamer verstreicht. Die Wucht des Aufpralls an die Wand muss für beide gleich sein, da beide Beobachter die Lampe zerschellen sehen. Deshalb muss von der Erde aus gesehen die Masse der Lampe gewachsen sein. Hierüber errechnet Einstein E = m x c2 , Energie = Masse x Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat. Das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ergibt eine sehr hohe Zahl. In 160 kg irgendeiner Materie ist so viel Energie enthalten, dass damit 1 Jahr der gesamte Energiebedarf Deutschlands gedeckt werden könnte. Ein Beweis hierfür ist die Atombombe: Uran zerfällt und es wird die ungeheure Energie der Masse des Atoms frei.

Übersicht     zurück