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Relativitätstheorie


Von Albert Einstein


Basiswissen


Die spezielle (1905) und die allgemeine (1916) Relativitätstheorie gehen davon aus, dass sich Raum- und Zeitmessungen für Personen mit einer Relativgeschwindigkeit zueinander oder in unterschiedlich starken Gravitationsfeldern unterscheiden. Die Formeln erlauben eine Umrechnung zwischen den Systemen.

Voraussetzung


Die Relativitätstheorie liefert eine mathematische Lösung für das Problem der konstanten Lichtgeschwindigkeit. Bevor man die Lösung des Problems angehen will, sollte man das Problem selbst verstanden haben. Bereits Anfang des 19ten Jahrhunderts gab es überzeugende Versuchsergebnisse für den Wellencharakter von Licht. Mehr dazu unter => Photonenwelle

Lichtäther


Das Problem ist: egal wie schnell man sich auf eine Lichtquelle zu oder von ihr wegbewegt, relativ zum Beobachter hat das Licht immer die gleiche Geschwindigkeit. Das führt zu scheinbar absurden Konsequenzen. Mehr dazu unter => Lichtäther

Lösung


Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein seine bahnbrechende Lösung zu dem Problem: Als erster hinterfrug er mathematisch begründet das Wesen von Raum und Zeit. Indem er die Lichtgeschwindigkeit als fixe Größe annahmen, machte er Raum und Zeit selbst zu relativen Größen, die von Geschwindigkeiten zwischen Beobachter und Beobachtetem abhängen. Das auf diesem Gedanken gegründete Gedankengebäude nennt man die Relativitätstheorie.

Praxisbedeutung


Allgemein wird angenommen, dass die Relativitätstheorie erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder in Nähe extrem großer Massen wichtig wird. Das ist nicht korrekt. Bereits die Orbitalgeschwindigkeiten von GPS-Satelliten und das Schwerefeld der Erde genügen beispielsweise, dass sich Raum und Zeit so stark verändern, dass ohne die Einstein-Formeln unsere Navigationssysteme um 10er bis 100er-Meter falsche Signale liefern würden. Für zukünfige Raumfahrten spielt die Theorie insofern eine Rolle, als sie die Flugzeiten von Astronauten bei hohen Geschwindigkeiten beeinflusst.

Grundgedanke


◦ Bewegen sich zwei Personen zueinander oder ...
◦ befinden sie sich in unterschiedlich starken Gravitationsfeldern, ...
◦ werden sie ein und denselben Körper als unterschiedlich lang messen.
◦ Auch werden sie Zeitdauern von Vorgängen unterschiedlich wahrnehmen.
◦ Die Relativitätstheorie stellt ein Formelwerk zur Verfügung,
◦ mit dem man aus einem System in ein anderes umrechnen kann.
◦ Mehr dazu im Buch => Über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie

Formeln


=> Relativistische Bewegungsenergie
=> Relativistische Gesamtenergie
=> Relativistische Ruheenergie
=> Relativistischer Impuls
=> Lorentz-Transformation
=> Längenkontraktion
=> Zeitdilatation
=> Lorentzfaktor

Begriffe


=> Compton-Wellenlänge
=> Photonenimpuls
=> Inertialsystem
=> Myonenzerfall
=> Eigenlänge

Tabellen


=> Compton-Wellenlängen
=> Lorentzfaktoren

Experimente


=> Compton-Effekt

Buchtipps


=> Über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie [von Einstein selbst]
=> Der Halliday [eigenes Kapitel zur Relativitätstheorie, mit Aufgaben]

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