Astronomie

Albert Einstein und die Relativitätstheorie

Albert Einstein und die Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorienallgemein und speziell von Albert Einstein beabsichtigen, zwei weitere kompatibel zu machen: die Mechanik von Isaac Newton und den Elektromagnetismus von James Clerk Maxwell.

Nach den Gesetzen der Bewegung zum ersten Mal im Detail von etabliert Isaac Newton um 1680-89 werden zwei oder mehr Sätze nach den Grundrechenregeln addiert.

Angenommen, ein Zug fährt mit 20 Stundenkilometern an unserer Seite vorbei und ein Kind wirft einen Ball mit 20 Stundenkilometern in Fahrtrichtung aus dem Zug. Für das Kind, das sich mit dem Zug fortbewegt, bewegt sich der Ball mit 20 Stundenkilometern. Aber für uns addieren sich die Bewegung des Zuges und die des Balls, so dass sich der Ball mit einer Geschwindigkeit von 40 Stundenkilometern bewegt.

Wie sich herausstellt, kann man nicht über die Geschwindigkeit des Balltrocknens sprechen. Was zählt, ist die Geschwindigkeit in Bezug auf einen bestimmten Beobachter. Jede Bewegungstheorie, die versucht zu erklären, wie sich Geschwindigkeiten (und verwandte Phänomene) von Beobachter zu Beobachter zu unterscheiden scheinen, wäre eine "Relativitätstheorie".

Einsteins Relativitätstheorie entstand aus der folgenden Tatsache: Was für Bälle funktioniert, die aus einem Zug geworfen werden, funktioniert nicht für Licht. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass sich das Licht zugunsten oder gegen die irdische Bewegung ausbreitet. Im ersten Fall scheint es sich schneller zu bewegen als im zweiten (so wie sich ein Flugzeug in Bezug auf den Boden schneller bewegt, wenn es Rückenwind hat, als wenn es ihm zugewandt ist). Sehr sorgfältige Maßnahmen haben jedoch gezeigt, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Art der Bewegung der Lichtquelle, die das Licht emittiert, niemals variiert.

Einstein sagte damals: Nehmen wir an, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum unter allen Umständen immer den gleichen Wert hat (ungefähr 299.793 Kilometer pro Sekunde). Wie können wir die Gesetze des Universums arrangieren, um dieses Phänomen zu erklären? Einstein fand heraus, dass es zur Erklärung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit notwendig war, eine Reihe von Phänomenen zu akzeptieren, die im Prinzip unerwartet waren.

Er stellte fest, dass die Objekte in Bewegungsrichtung gekürzt werden mussten, umso schneller, bis sie schließlich eine Nulllänge an der Grenze der Lichtgeschwindigkeit erreichten; dass die Masse sich bewegender Objekte mit der Geschwindigkeit zunehmen musste, bis sie an der Grenze der Lichtgeschwindigkeit unendlich wurde; dass der Zeitverlauf in einem sich bewegenden Objekt mit zunehmender Geschwindigkeit langsamer wurde, bis es an dieser Grenze zum Stillstand kam; und schließlich entsprach diese Masse einer bestimmten Energiemenge und umgekehrt.

All dies wurde 1905 in Form der "speziellen Relativitätstheorie" ausgearbeitet, die sich mit Körpern mit konstanter Geschwindigkeit befasste. 1915 extrahierte er noch subtilere Konsequenzen für Objekte mit variabler Geschwindigkeit, einschließlich einer Beschreibung des Verhaltens von Gravitationseffekten. Es war die "allgemeine Relativitätstheorie".

Die von Einstein vorhergesagten Veränderungen sind nur bei hohen Geschwindigkeiten spürbar. Solche Geschwindigkeiten wurden bei den subatomaren Partikeln beobachtet, da die vom brillanten Wissenschaftler vorhergesagten Änderungen tatsächlich und mit großer Genauigkeit eintraten. Wenn Einsteins Relativitätstheorie falsch wäre, könnten Teilchenbeschleuniger nicht funktionieren, Atombomben würden nicht explodieren und es gäbe bestimmte astronomische Beobachtungen, die unmöglich zu machen wären.

Bei den gegenwärtigen Geschwindigkeiten sind die vorhergesagten Änderungen jedoch so gering, dass sie praktisch ignoriert werden können. Unter diesen Umständen regiert die elementare Arithmetik, die durch die Gesetze von Isaac Newton ausgedrückt wird; und da wir an die Anwendung dieser Gesetze gewöhnt sind, erscheinen sie uns bereits als "vernünftig", während die Relativitätstheorien von Albert Einstein uns als "seltsam" und schwer verständlich erscheinen.

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