Physikreferat zum Thema:

Einsteins spezielle Relativitätstheorie

Mit der Relativitätstheorie erklärte Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts u.a. das dynamische Verhalten von Teilchen bei hohen Geschwindigkeiten. Diese Theorie brachte eine völlig neue Sichtweise von Raum und Zeit.

Die spezielle Relativitätstheorie: 

Einstein setzte als oberste Grundlage die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit:

c = konstant

Einstein baute dabei auf den Ergebnissen von vorangegangenen Versuchen auf.

- Was das heißt versuche ich am Beispiel von Abbildung 1 zu erklären: Person A fliegt in einer Raumkapsel mit 2000 km/h an Person B vorbei.

Wenn Person A in seiner Raumkapsel einen Ball in Flugrichtung wirft, so hat der Ball für A die Geschwindigkeit von 10 km/h und für B die Geschwindigkeit von 2010 km/h.

V_BB = V_AB + V_R

V_BB = Geschwindigkeit des Balls vom ruhenden Beobachter (B) aus gesehen.

V_AB = Geschwindigkeit des Balls vom Beobachter im Raumschiff (A) aus gesehen.

V_R = Geschwindigkeit des Raumschiffs

- Schaltet A nun eine Taschenlampe in Flugrichtung ein, so hat das Licht jedoch nicht nur für A, sondern auch für B die Geschwindigkeit von

ca. 300 000 km/s.

V_BL ¹ V_AL + V_R

V_BL = Lichtgeschwindigkeit vom ruhenden Beobachter aus gesehen.

V_AL = Lichtgeschwindigkeit vom Beobachter im Raumschiff aus gesehen.

V_R = Geschwindigkeit des Raumschiffs

Daraus ist ersichtlich, dass das Überschreiten der Lichtgeschwindigkeit unmöglich ist.

Mit der Erkenntnis, dass die Lichtgeschwindigkeit konstante ist, lässt sich anhand eines Gedankenexperimentes ableiten, dass es keine absolute Gleichzeitigkeit gibt.

In einem fliegenden Raumschiff werden von der Mitte des Raumschiffs aus gleichzeitig ein Impuls zum vorderen und ein Impuls zum hinteren Ende des Schiffs gesandt. Für außenstehenden und mitfliegenden Beobachter werden die Lichtimpulse zur gleichen Zeit ausgesandt (Bild 1 u. A). Für den Beobachter im Raumschiff kommen die Impulse auch gleichzeitig an (Bild B). Der außenstehende Beobachter sieht jedoch, dass der Lichtimpuls der in Fahrtrichtung ausgesandt wurde, die Wand noch nicht erreicht hat, während der andere auf der Wand auftrifft (Bild 2).

Gedankenexperiment 2 (siehe Bild unten): Anhand dieses Beispiels lässt sich erklären, dass jedes Bezugssystem seine Eigene Zeit besitzt.

In einem Raumschiff befinden sich eine Lampe, ein Spiegel und eine Uhr. Die Lampe sendet einen Lichtimpuls aus, der von dem Spiegel reflektiert wird. Die Zeit, die das Licht braucht um die Entfernung von 0,6 Metern zurückzulegen wird von der Uhr abgelesen. Für den Beobachter im Raumschiff vergehen 2 Nanosekunden.

Für einen außenstehenden Beobachter braucht das Licht jedoch länger da es sich ja für jeden Beobachter gleich schnell bewegt, die Strecke jedoch durch die Raumschiffbewegung verlängert wird. Für den außenstehenden Beobachter braucht das Licht 3,3 Nanosekunden um die von ihm aus gesehene Strecke von 1 Meter zurückzulegen.

In der klassischen Physik wurde die Zeit als von Raum und Bewegung unabhängig angesehen. Die moderne Physik hingegen sieht Raum und Zeit jedoch eng miteinander verknüpft. Die Raum-Zeit der vier Dimensionen (drei Raumkoordinaten und eine für die Zeit), in denen alle Ereignisse des Universums auftreten, nennt man das Raum-Zeit-Kontinuum.

Da die Lichtgeschwindigkeit c immer gleich ist, muss auch das Verhältnis Weg zu Zeit immer konstant bleiben.

          

Anhand dieser Formeln lässt sich ablesen, dass der bewegte Körper um den gleichen Faktor verkürzt gemessen wird, um den auch eine bewegte Uhr langsamer geht.

Die Tatsache, dass ein Körper unter keinerlei Umständen die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann, zeigt uns, dass ein Widerstand gegen eine weitere Beschleunigung vorhanden sein muss. Folglich wird die Masse eines Körpers der sich der Lichtgeschwindigkeit nähert unendlich groß.

Relativität bedeutet also:

A behauptet: Ich bin in Ruhe und B bewegt sich. Also laufen in B's Schiff die Uhren langsamer, die Strecken in B's Schiff sind verkürzt und B erfährt eine Massenzunahme.

B allerdings sagt: Ich bin in Ruhe und A bewegt sich. Also laufen in A's Schiff die Uhren langsamer, die Strecken in A's Schiff sind verkürzt und B erfährt eine Massenzunahme.