Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit, dem Verhalten von Masse in selbigen (SRT) und setzt das alles in Abhängigkeit zur Gravitation (ART).

Rückblick

Anfang des 20. Jahrhunderts fußte das naturwissenschaftliche Verständnis von Raum, Zeit und Gravitation noch auf der newtonschen Physik. Die newtonsche Physik malte uns ein Bild des Universums mit Raum und Zeit als absolute, d.h. unveränderliche und voneinander unabhängige Größen. Die Gravitation zeichnete er als Kraft zwischen zwei Massepunkten.

Überblick

In den Jahren von 1905 bis 1916 erfuhren diese Auffassungen dann eine radikale Revolution, ausgelöst durch eben jene Relativitätstheorie. Der theoretische Physiker Albert Einstein war maßgeblich an ihr beteiligt.

Die nächsten Abschnitte werden versuchen, die Grundlagen der Relativitätstheorie zusammenzufassen. Dabei muss der Prägnanz wegen auf Erläuterungen und Details verzichtet werden. Sie finden jedoch unter jedem Abschnitt Hinweise zu weiterführende Aufsätze. Falls Sie sich also näher für eines der aufregenden Phänomene der RT interessieren, klicken Sie sich einfach weiter.

1. Spezielle Relativitätstheorie

Häufig wird behauptet, Einstein habe Newton widerlegt. Das ist falsch, er verbesserte ihn lediglich durch eine allgemeinere Theorie. Mit seiner speziellen Relativitätstheorie entlarvte Albert Einstein nämlich Raum, Zeit und Bewegung als relative Größen. Die newtonsche Physik war damit entthront und ist in Einsteins Theorie nur noch als ein besonderer Grenzfall enthalten.

Doch nicht nur das, die spezielle Relativitätstheorie kann uns auch zeigen, dass Raum und Zeit gar nicht unabhängig voneinander existieren. Vielmehr verschmelzen die beiden in der SRT zu einer einheitlichen Raumzeit.

Auch die Masse M und die Energie E erwiesen sich in ihrer weltbekannten Gleichung (s.o.) als zwei Seiten derselben Medaille. Zusammengehalten werden diese schließlich noch durch die Lichtgeschwindigkeit C, die entgegen allen anderen relativen Bewegungen und Geschwindigkeiten immer konstant und unabhängig vom Bezugsystem ist.

2. Allgemeine Relativitätstheorie

Elf Jahre später entwarf Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie. Diese berücksichtigt auch die Fälle, in denen die Gravitation eine Rolle spielt. In zehn Feldgleichungen verwarf Einstein den newtonschen Gedanken, Gravitation sei eine Kraft, die sich ohne Zeitverlust ausbreite. Anstelle dessen fasst er die Gravitation als Eigenschaft der gekrümmten Raumzeit auf. Materie krümmt das Raumzeit-Kontinuum und so entsteht Schwerkraft.

Das Schwerefeld kann man sich wie eine unsichtbare, gespannte Gummihaut vorstellen. Liegt nun ein massereicher Körper, etwa eine Sonne, in ihm, wird sie gekrümmt. Dementsprechend drückt sich auch die Gummihaut ein, wenn man einen Ball auf sie legt. Infolge der derart modifizierten Geometrie der Raumzeit ändert sich sogar der augenscheinlich so geradlinige Verlauf der Lichtstrahlen, die von den Massekörpern ausgehen. Erfasst vom Schwerefeld sucht sich der Lichtstrahl nun einen neuen, kürzstmöglichen Weg. Aus diesem Grund können wir auch noch die Sterne sehen, die sich eigentlich knapp hinter dem Sonnenrand verbergen.

3. Ausblick

Man kann sich wieder und wieder mit der Relativitätstheorie befassen und wird trotzdem niemals zu dem Gefühl kommen, alle ihre Konsequenzen durchgedacht zu haben. So geht es zumindest mir, immer wieder aufs Neue stehe ich vor Situationen, bei denen ich nicht weiß, wie man sie sich gemäß der RT denken soll. Oder die einem immer noch extrem komisch und unreal vorkommen.

Dabei lassen sich die Vorgänge und Eigenschaften innerhalb der Relativitätstheorie mathematisch unglaublich präzise beschreiben und gehören zu den bestbestätigten in der Geschichte der Naturwissenschaften. Dies klassifiziert sie, zusammen mit der Quantentheorie, als eine der besten Theorien der Gegenwart.

Zusammen mit der Quantentheorie stellt die Relativitätstheorie eine der zwei tragenden Säulen der modernen Physik dar. Beide gingen ursprünglich aus der newtonschen Physik hervor, enthalten diese immer noch als Spezialfall und erfüllen somit das Korrespondenzprinzip. Die Bemühungen vieler Physiker gelten dieser Tage der Vereinigung dieser beiden Säulen, wobei meist versucht wird die Relativitätstheorie in die Quantentheorie zu integrieren, und nicht andersrum.

In den Quantenfeldtheorien konnte man bereits die spezielle Relativitätstheorie mit der Quantentheorie und im Rahmen des heutigen Standardmodells der Physik einen. Der noch außenstehenden Quantentheorie, die auch noch die allgemeine Relativitätstheorie bzw. die Gravitation mit ins Boot nimmt, will man dann den Namen Quantengravitationstheorie geben.

4. Verweise

  • Intelligenz: Albert Einstein war ein sehr intelligenter Mensch. Intelligenz aber ist kein reines Bücherwissen und nicht bloß das Resultat testorientiertem Spezialtrainings. Es ist vielmehr eine breite und tiefe Begabung zum Verständnis unbekannter Problemfelder.

  • Raum und Zeit: Die Relativitätstheorie hat uns dem Wesen von Raum und Zeit erheblich näher gebracht. Sie kann aber nicht das letzte Wort gewesen sein, wie sich beispielsweise an Schwarze Löchern zeigen lässt.

  • Sprache: Issac Newton meinte noch: “Die absolute, wahre und mathematische Zeit verfließt an sich und vermöge ihrer Natur gleichförmig, und ohne Beziehung auf irgendeinen äußeren Gegenstand.” Wir wissen es heute besser. Außerdem ist die Aussage „die absolute Zeit fließt gleichförmig“ tautologisch. Sie hat keinen Informationswert, da die absolute Zeit per definitonem immer gleichförmig fließt. Weil, wie könnte man den gleichmäßigen Fluss einer absoluten Zeit überprüfen, wen nicht mit der absoluten Zeit selbst und wie könnte uns ihr Fluss in diesem Fall anders erscheinen, als gleichmäßig? Ähnliches gelte für einen absoluten Raum, der beispielsweise nicht relativ ist. Was Raum und Zeit aber nach unserem heutigen Verständnis sei, geht vollkommen gegen das, was man intuitiv annehmen würde: Raum und Zeit sind keine Bühne, vor deren Hintergrund sich alles Materielle abspielt. Vielmehr sind Raum und Zeit intrinsische Eigenschaften der Materie, die ohne sie gar nicht existieren würde.

  • Unser Problem: Was für die unanschauliche Quantenwelt gilt, gilt in abgeschwächter Form also auch für die Relativitätstheorie: Sie entspricht nicht unsere Alltagsmeinung und Intuition. Was sie aber nicht falsch macht. Wir erleben im Alltag nun mal so etwas wie die newtonsche Welt, sprich keine schnellen Bewegungen, keine kleine Skalen. Deshalb ist man auch lange Zeit so gut mit Newton gefahren. In weniger alltäglichen Situationen aber, wie etwa am Rande supermassiver schwarzer Löcher oder im Inneren eines Atoms, versagt Newtons Physik. Spätestens an dieser Stelle braucht es dann die Quantentheorie, und die Relativitätstheorie.

Stand: 2015

Kommentare: 7
  • #7

    psychics (Donnerstag, 29 Dezember 2016 18:25)

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    wróżka internetowa (Montag, 28 November 2016 17:28)

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  • #1

    WissensWert (Montag, 03 Oktober 2016 17:34)

    https://www.youtube.com/watch?v=FT8dTB2T4vY


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