Relativitätstheorie
Relativitätstheorie
Spezielle Relativitätstheorie
Man unterscheidet zwischen der speziellen Relativitätstheorie und der allgemeinen Relativitätstheorie. Die spezielle beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen.
Es wird behauptet, dass die Zeit nicht überall die gleiche ist, sondern von Bezugssystemen abhängt.
Für Betrachter die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegten würde die Zeit unterschiedlich fließen und der Raum sich unterschiedlich gestalten.
Man kann sich nun vorstellen, dass von einem Zwillingspaar der eine im Raumschiff durchs Weltall fliegt während der andere auf der Erde bleibt. Beide sind 20 Jahre, als der eine Zwilling die Erde verlässt.
Als er nach 20 Jahren seiner Zeitrechnung zurückkommt, ist er 40 Jahre, sein Bruder jedoch bereits 90 Jahre nach der Zeitrechnung auf der Erde. Man nennt dieses Phänomen das "Zwillingsparadoxon".
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.
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.
In gleicher Weise hängt die Masse eines Objektes vom Bewegungszustand des Beobachters ab, der sie misst. Bewegte Massen erscheinen schwerer. Alle diese Phänomene machen sich erst bei Geschwindigkeiten bemerkbar, die im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit ins Gewicht fallen, so dass sie vor Einstein nicht aufgefallen sind. Nähert sich die Geschwindigkeit der des Lichtes, so strebt die Masse gegen Unendlich und damit auch der erforderliche Energieaufwand für eine weitere Beschleunigung.
Je schneller sich eine Masse bewegt, desto schwerer wird sie und desto mehr Energie muss aufgewendet werden um die Masse noch zu Beschleunigen.
Allgemeine Relativitätstheorie:
Die allgemeine baut auf der speziellen auf und führt das Phänomen der Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück, die durch die beteiligten Massen provoziert wird.
Sie geht davon aus, dass die Beschaffenheit des Raums von der Verteilung und Bewegung der Materie in ihm beeinflusst ist: In einem starken Gravitationsfeld, wie es beispielsweise bei so genannten "Schwarzen Löchern" vorkommt, herrschen andere Raum- und Zeitverhältnisse als im gravitationsfreien Raum.
Sie besagt, dass Energie (E) gleich der Masse (m) mal Lichtgeschwindigkeit hoch zwei (c²) sei. Das bedeutet, dass Masse in einen riesigen Energiebetrag umgewandelt werden kann, wenn man sie mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit = 300 000 km pro Sekunde) multipliziert.
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.
Zum Einsatz kommt diese Gleichung beispielsweise bei der Atombombe. In der Bombe, die 1945 die japanische Großstadt Hiroshima zerstörte befand sich nur 1 Gramm Masse! Durch dessen Spaltung wurde eine ungeheure Menge Energie freigesetzt.
Erklärungen:
Ein Bezugssystem ist ein Koordinatensystem, in dem die Lage (Position) oder die Bewegung eines Körpers beschrieben wird.
In der Physik ist ein Inertialsystem (von lateinisch inert = untätig, träge) ein Bezugssystem, in dem sich ein Beobachter ohne Einfluss von Kräften gleichförmig geradlinig bewegt.
Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Wechselwirkung zwischen Raum und Zeit einerseits und Masse andererseits.
In ihrer Kernaussage führt sie die Gravitation auf ein geometrisches Phänomen in einer gekrümmten 4-dimensionalen Raumzeit zurück. Sie wurde von Albert Einstein entwickelt und 1916 veröffentlicht.
Die allgemeine Relativitätstheorie stellt eine Erweiterung der speziellen dar und geht für hinreichend kleine Gebiete der Raumzeit in diese über.
Obwohl die allgemeine Relativitätstheorie experimentell nicht so leicht zugänglich ist wie die spezielle, gibt es für sie eine ausreichende Zahl von experimentellen Belegen. Insbesondere hat sie sich bisher in der von Einstein formulierten Form gegen alle später vorgeschlagenen Alternativen durchsetzen können.
Der folgende Artikel baut auf den Ausführungen des Artikels Relativitätstheorie auf und hat zum Ziel, das Verständnis bezüglich der dort erwähnten Phänomene und Strukturen zu vertiefen.
Die Gravitation ist die Schwerkraft oder im Fall der Erde die Erdanziehung. Sie verursacht z.B. dass Gegenstände zu Boden fallen. Auch die Bahn der Erde um die Sonne wird durch die Gravitation bestimmt.
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