Physik für Kinder

Relativitätstheorie

Bei der Relativitätstheorie handelt es sich eigentlich um zwei Theorien, die Albert Einstein in den frühen 1900er Jahren entwickelt hat. Die eine wird als "spezielle" Relativitätstheorie bezeichnet, die andere als "allgemeine" Relativitätstheorie. Wir werden hier hauptsächlich über die spezielle Relativitätstheorie sprechen.

Auf dieser Seite erfahren Sie mehr über zwei sehr wichtige Aspekte der Relativitätstheorie: die Lichtgeschwindigkeit und die Zeitdilatation.

Spezielle Relativitätstheorie

Einsteins spezielle Relativitätstheorie besteht aus zwei Hauptideen.

1. das Relativitätsprinzip: Die physikalischen Gesetze sind für jedes Inertialsystem gleich.

2. das Prinzip der Lichtgeschwindigkeit: Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist für alle Beobachter gleich, unabhängig von ihrer relativen Bewegung oder der Bewegung der Lichtquelle.

Was bedeutet "relativ"?

Das erste oben aufgeführte Prinzip ist ziemlich verwirrend. Was bedeutet es? Nun, vor Albert Einstein dachten die Wissenschaftler, dass alle Bewegungen gegen einen Bezugspunkt, den so genannten "Äther", erfolgen. Einstein behauptete, dass der Äther nicht existiert. Er sagte, dass alle Bewegungen "relativ" sind. Das bedeutet, dass die Messung von Bewegungen von der relativen Geschwindigkeit und der Position des Beobachters abhängt.

Ein relatives Beispiel

Ein Beispiel für die Relativitätstheorie ist die Vorstellung, dass zwei Personen in einem Zug Tischtennis spielen. Der Zug fährt mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 m/s nach Norden. Wenn der Ball zwischen den beiden Spielern hin- und hergeschlagen wird, erscheint es den Spielern, als ob sich der Ball mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 m/s nach Norden und dann mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s nach Süden bewegt.

Stellen Sie sich nun vor, dass jemand neben den Gleisen steht und das Tischtennisspiel beobachtet. Wenn der Ball nach Norden fliegt, scheint er mit 32 m/s (30 m/s plus 2 m/s) zu fliegen. Wenn der Ball in die andere Richtung geschlagen wird, scheint er immer noch nach Norden zu fliegen, aber mit einer Geschwindigkeit von 28 m/s (30 m/s minus 2 m/s). Für den Beobachter an der Seite des Zuges scheint der Ball immer nach Norden zu fliegen.

Daraus ergibt sich, dass die Geschwindigkeit der Kugel von der "relativen" Position des Beobachters abhängt: Sie ist für die Personen im Zug anders als für die Person am Rande der Bahngleise.

E = mc2

Eines der Ergebnisse der speziellen Relativitätstheorie ist Einsteins berühmte Gleichung E = mc2, in der E für Energie, m für Masse und c für die konstante Lichtgeschwindigkeit steht.

Ein interessantes Ergebnis dieser Gleichung ist, dass Energie und Masse miteinander verbunden sind. Jede Änderung der Energie eines Objekts geht mit einer Änderung der Masse einher. Dieses Konzept wurde bei der Entwicklung der Kernenergie und der Atombombe wichtig.

Längenkontraktion

Ein weiteres interessantes Ergebnis der Speziellen Relativitätstheorie ist die Längenkontraktion. Bei der Längenkontraktion erscheinen Objekte umso kürzer, je schneller sie sich im Verhältnis zum Beobachter bewegen. Dieser Effekt tritt nur auf, wenn Objekte sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen.

Um Ihnen ein Beispiel dafür zu geben, wie Objekte, die sich sehr schnell bewegen, kürzer erscheinen. Wenn ein Raumschiff mit einer Länge von 100 Fuß mit halber Lichtgeschwindigkeit an Ihnen vorbeifliegt, erscheint es 87 Fuß lang. Wenn es auf 0,95 Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, erscheint es nur noch 31 Fuß lang. Natürlich ist das alles relativ. Für die Menschen an Bord des Raumschiffs erscheint es immer 100 Fuß lang zu sein.

Lesen Sie mehr über Albert Einstein und die Allgemeine Relativitätstheorie.

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