Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie wurde 1905 zuerst als spezielle und dann 1916 als allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein entwickelt.

 

Spezielle Relativitätstheorie:

Schon im 19. Jahrhundert hatte A. A. Michelson durch ein Experiment herausgefunden, dass die Geschwindigkeit des Lichts unabhängig von der Erdbewegung ist. Z.B. bewegt sich ein Shuttle, dass von der Erde gestartet ist und in eine Umlaufbahn übergegangen ist mit der gleichen Geschwindigkeit um die Sonne wie die Erde (30 km/s). Bei Licht ist das anders. Wenn ein Photon (Lichtteilchen) mit 299792 km/s (Lichtgeschwindigkeit) in Flugrichtung davon fliegt, besitzt es nicht etwa eine Geschwindigkeit von 299762 km/s, sondern immer noch die 299792 km/s. Das bedeutet also, dass sich das Licht unabhängig von der Bewegung eines Körpers bewegt.

Das ruft auch den Effekt der Rotverschiebung (auch Doppler-Effekt) hervor:
Dieses Phänomen kennen wir alle. Beispiel: Ein Krankenwagen fährt einem mit Blaulicht und Sirene entgegen. Der Ton erscheint hoch. Sobald er aber vorbeifährt, wird der Ton immer tiefer. Das gleiche gilt für das Licht. Je weiter sich ein Körper von einem wegbewegt, desto weiter nach rot verschiebt sich sein Spektrum. Wenn ein Körper sich auf einen zu bewegt wird sein Spektrum nach blau verschoben. Dies ist besonders deutlich bei weit entfernten Galaxien zu erkennen.

Nach weiteren Überlegungen ergibt sich, dass Zeit sich dehnt, Masse sich vergrößert, Weg jedoch schrumpft, sobald ein Körper sich annähernd mit c (=Lichtgeschwindigkeit) bewegt.

Die Zeit dehnt sich, um so schneller sich der Körper bewegt und zwar exponentiell. D.h., am Anfang ist das Längerwerden der Zeit kaum bemerkbar, und auch bei 1/2 c beträgt die Zeitdehnung erst 1,16 des "normalen Ruhezustands". Jedoch ist bei 0,99 c die Verlängerung der Zeit mit dem Wert 7,03 schon beachtlich gestiegen. Das würde heißen, ein Beobachter, der außerhalb (für ihn ein Ruhepunkt) eines so schnellen Raumschiffes stünde, würde den Raumfahrer alles sehr langsam machen sehen. Der Astronaut würde wiederum diesen Menschen für sehr hektisch halten, da er alles etwa 7 mal schneller machen würde. Man nennt diesen Effekt auch Zeitdilatation. Bei einer Geschwindigkeit von c wäre die Zeitdehndung unendlich und ist somit unmöglich.

Hier gibt es ein schönes Beispiel, das Zwillings-Paradoxon genannt wird:
Wenn ein Zwillingsbruder in eine Rakete stiege und 15 Jahre lang auf beinahe Lichtgeschwindigkeit beschleunigen würde, wäre der zu Hause gebliebene Bruder, bei dessen Ankunft 80 Jahre älter, der Raumfahrer nur 15 Jahre.

Der Weg wird bei hoher Geschwindigkeit kürzer. Die Länge sinkt bei einem sich mit fast c bewegenden Raumfahrzeug im gleichen Maße, wie die Zeit sich dehnt. Die Masse eines Körpers steigt, sobald sich ein Körper schneller bewegt. D.h., eine sich mit fast c bewegende Rakete hat auch eine sehr hohe Masse und ist somit auch nur mit höherem Kraftaufwand zu beschleunigen.
Dies ist auch die Antwort auf die Frage, warum c die Grenzgeschwindigkeit im Universum ist. c kann nicht erreicht werden, da ein Körper, der sich mit 0,9999999999 c bewegen würde, schon fast eine unendliche Masse hätte und deshalb nicht mehr beschleunigt werden könnte.

Eine weitere Überlegung Einsteins war es, das Energie zur Masse äquivalent ist (gleichwertig). Dies schrieb Einstein in der bekannte Formel:

E = mc²

E steht für Energie und m für Masse. c² ist die Lichtgeschwindigkeit hoch 2 (= 90000000000 m/s ²). Daraus erkennt man, dass schon wenig Masse einem großen Ausmaß an Energie entspricht. Dies wird besonders deutlich bei der Atom- oder Wasserstoffbombe, aber auch bei unserer Sonne.

 

Allgemeine Relativitätstheorie:

Die spezielle Relativitätstheorie war aber allein auf Aussagen über sich gleichförmig bewegende Körper beschränkt. 1916 gelang Einstein aber die Ausweitung der Theorie auf sich beschleunigende Objekte. Dabei kam er zu einer verblüffenden Feststellung: Er fand heraus, dass ein Mensch nicht feststellen kann, ob er beschleunigt oder von der Gravitation angezogen wird, wenn er in einem abgeschlossenen Raum sitzt. D.h. also, dass auch eine Äquivalenz zwischen Beschleunigung und Anziehung besteht.

Einstein folgerte daraus, dass Gravitation nicht irgendeine Kraft ist, sondern vielmehr eine Delle im Raum erzeugt. Dies muss man sich in etwa so vorstellen: Man spannt ein Gummituch über ein Holzgespann, ähnlich wie bei einer Trommel. Dies soll unserem Weltraum entsprechen. Nun nimmt man eine Eisenkugel und legt sie auf das Tuch. Es wird eine Delle gebildet. Wenn nun eine zweite kleinere Kugel in die Nähe rollt wird sie von der Größeren eingefangen. Natürlich ist dies ein stark vereinfachtes Modell. Aber so in etwa muss man sich den Effekt der Raumkrümmung vorstellen. So bildet jede Masse eine mehr oder weniger große Delle in unseren Weltraum, abhängig von der Größe der Masse.

Zum Beispiel wird jeder Körper und jede Energie (auch Licht!) von der Sonne aus der Bahn gebracht. So wurden bei Sonnenfinsternissen Sterne beobachtet, die eigentlich hinter der Sonne hätten liegen müssten. Aber durch die Krümmung des Lichtstrahls waren die Sterne zu sehen.

Die Gesamtheit aller Massen im Universum krümmt den Raum so stark, dass er eine abgeschlossene Blase bildet.

Dies ist natürlich eine sehr knappe Darstellung einer sehr komplizierten Theorie, die nur wenige Menschen wirklich verstanden haben.

 

 

 

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