Mein Freund Albert Einstein. Verstehe Die Relativitätstheorie Raum Zeit

Zeit fließt immer gleichmäßig schnell ein, wir können sie weder verzögern noch anhalten. Der Lauf der Zeit scheint unbeirrbar.

Auch der Raum ist eine unverrückbare Größe.

An der Länge einer fix definierten Strecke ändert sich nichts. Egal wie schnell wir uns bewegen.

Zeit und Raum scheinen unveränderlich. Doch Anfang des 20.Jahrhunderts wurde dies in Frage gestellt.

Albert Einstein hatte entdeckt, dass Zeit und Raum keine absoluten Naturkonstanten sind, sondern Größen, die sich ändern, obwohl schwer vorstellbar. So ist es doch das Wesen der Natur, das die Zeit langsamer fließen und der Raum schrumpfen kann. Mit seiner Relativitätstheorie brachte Einstein das Gefüge der klassischen physikalischen Gesetze durcheinander und schuf einen völlig neuen Blick auf die Welt.

Vor über 100 Jahren stießen zwei Physiker, Albert Michelson und Edward Morley, bei ihrem Versuch, die Geschwindigkeit des Lichts zu messen, auf ein überraschendes Phänomen. Damals glaubte man, im Kosmos würde ein Äther existieren, der die Lichtstrahlen in ihrer Bewegung beeinflusst.

Je nachdem, aus welcher Himmelsrichtung die Photonen auf die Erde treffen, sollten ihre Geschwindigkeiten unterschiedlich hoch sein. Doch in welche Richtung die beiden Wissenschaftler ihr Gerät auch treten? Die Lichtgeschwindigkeit war immer gleich groß. Schon glaubten sie falsch gemessen zu haben.

Denn dass das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit hat, widersprach der damaligen Physik.

Die Methode der Geschwindigkeit zur Messung basiert nämlich darauf, dass ein und dieselbe Bewegung unterschiedlich schnell wahrgenommen werden kann.

Abhängig vom Standpunkt des Betrachters, so sieht ein stehender Beobachter einen Jet schnell an sich vorbeifliegen.

Während ein Passagier in einem parallel fliegenden Flugzeug aufgrund seiner eigenen Bewegung die Maschine nur langsam wahrnimmt.

Diese Gesetzmäßigkeit, dass Geschwindigkeiten relativ sind und von Bewegungs Zustand des Beobachters abhängen.

Hatte man auch für die Bewegung des Lichts angenommen. Man dachte, dass ein ruhender Beobachter eine höhere Lichtgeschwindigkeit und damit auch eine längere Strecke misst, die die Photonen in einer vorgegebenen Zeiteinheit zurücklegen.

Als ein Betrachter, der sich relativ zu den Strahlen bewegt.

Wenn aber Licht nur eine einzige Geschwindigkeit hat, also für beide Beobachter gleich schnell ist, dann können die zwei Maes Strecken unmöglich verschieden lang sein. Tatsächlich wurde in den darauffolgenden Jahren unzweifelhaft bestätigt, dass das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit kennt.

Mit zwei hundert neun und neunzig tausend sieben hundert zwei und neunzig Kilometern pro Sekunde breitete sich immer gleich schnell aus. Gleichgültig, ob der Beobachter mit seinem Messgerät stillsteht oder ob er sich bewegt.

Das schien unnatürlich.

Noch dazu, wo die Formel zur Berechnung von Geschwindigkeiten. Geschwindigkeit c ist weg durch Zeit unbestritten blieb.

Die Formel baut aber gerade darauf auf, dass c der Wert für die Geschwindigkeit variabel ist.

Während die Maßeinheit für die Weg Länge ein Meter sich nie ändert.

Und auch die Zeit immer gleich schnell vergeht eine Sekunde dauert immer eine Sekunde. Die Weg Länge, also die zurückgelegte Strecke im Raum und die Zeit galten als feste, unveränderliche Größen.

Wenn nun aber aufgrund der absoluten Lichtgeschwindigkeit c immer gleich groß ist, dann müssen wohl die beiden anderen Parameter der Gleichung Raum und Zeit variabel sein. Sind Raum und Zeit nicht jene fixen Naturkonstanten, für die man sie Jahrtausende lang gehalten hatte?

Einstein war bereit, die klassische Definition von Raum und Zeit in Frage zu stellen. Zeit war für ihn kein metaphysisches Konzept, sondern ganz einfach das, was eine Uhr misst. Eine periodische Abfolge, festgelegte Einheiten in Form von Stunden, Minuten und Sekunden. Unter einer Uhr muss man sich aber nicht unbedingt ein mechanisches Gerät vorstellen.

Jeder periodische Prozess kann eine Uhr sein. Ein Photon, das sich zwischen zwei Spiegeln hin und her bewegt, stellt ebenfalls eine Uhr dar. Es verhält sich wie das Pendel einer Uhr.

Und weil das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit kennt, geht die Uhr sehr genau so genau, dass man damit äußerst exakte Messungen durchführen kann.

Z.b. Schießen Astronomen Laserlicht zum Mond, um anhand der Zeitspanne, die der Strahl für Hin und Rückweg braucht die Entfernung Erde Mond zu messen.

Der Lichtstrahl bewegt sich wie das Pendel einer Uhr. Teck.

Hin und her, auf und ab. Der Leser wird am Mond reflektiert und wandert zur Erde zurück. Die Wissenschaftler messen immer exakt die gleiche Zeit. 1,3 Sekunden in jede Richtung.

Was aber beobachtet ein Astronaut, der in einem Raumschiff an Erde und Mond vorbeifliegt? Er stößt auf ein seltsames Phänomen.

Für ihn bewegt sich das Licht nämlich nicht senkrecht auf und ab, sondern im Zickzack-Kurs.

Dadurch hat aber der Laserstrahl eine längere Wegstrecke zu überwinden. Länger als für den Wissenschaftler auf der Erde.

Vergleicht man die beiden Strecken, zeigt sich ein deutlicher Unterschied für den unbewegten Beobachter auf der Erde ist der Weg kürzer für den vorbei fliegenden Beobachter im Raumschiff länger.

Und weil das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit hat, kann es den Unterschied nicht ausgleichen. Für den längeren Weg benötigt es daher mehr Zeit. 21.

Das bedeutet für den Astronauten fliegt das Photon zwischen Erde und Mond länger hin und her. Für ihn dauert die Periode länger. In seinen Augen schlägt das Licht Pendel langsamer. Man kann sagen Vom Raumschiff aus gesehen läuft die Zeit zwischen Erde und Mond langsamer als die Zeit an Bord.

21 22 23.

Das war eine epochale Entdeckung.

Wenn ich mich als Beobachter relativ zu einem anderen Bezugssystem bewege, dann messe ich innerhalb des beobachteten Systems eine Verlangsamung der Zeit.

Einfach formuliert lautet die Schlussfolgerung daraus.

Bewegte Uhren gehen langsamer als in ihre Ruhe System.

Das bedeutet, die Zeit dehnt sich. Das ist der erste Grundsatz der Relativitätstheorie. Dieses Phänomen nennt man Zeitdilatation.

Einstein hatte nicht die Möglichkeit, die Verlangsamung der Zeit praktisch nachzuweisen.

Damals gab es noch kein Labor, indem man mit Natur Größen wie der Lichtgeschwindigkeit von über einer Milliarde Stundenkilometer hätte Experimente durchführen können. Seine Versuche fanden größtenteils im Kopf statt. Er selbst sagte, sein Labor sei das Papier. Und auf diesem unternahm er Gedankenexperimente, die in eine weitere Besonderheit der Natur erkennen ließen. Wie das folgende Beispiel anhand unseres Sonnensystems zeigt.

Wenn die Sonne ihre Lichtstrahlen gleichzeitig nach allen Richtungen abstrahlt und diese z.B. reflektiert werden, sobald sie die Erdbahn erreicht haben, dann ist es für einen unbewegten Beobachter logisch, dass alle Photonen gleichzeitig wieder im Zentrum ankommen. Innerhalb des Ruhe Systems der Sonne sieht er die Photonen synchron hin und herlaufen.

Doch wiederum spielt es eine Rolle, ob sich der Betrachter relativ zum System in Ruhe befindet. Oder ob er sich bewegt.

Die Sonne und ihre Planeten waren nämlich nicht starr an einem Ort im Kosmos, sondern rasen mit etwa 900 000 Kilometern die Stunde durch die Milchstraße.

Sieht ein solcher Beobachter das System an sich vorüberziehen, dann beobachtet er zwar, dass alle Photonen gleichzeitig von der Sonne abgestrahlt werden, doch sie laufen nicht mehr synchron zurück.

Für ihn treffen sie nicht mehr gleichzeitig im Zentrum ein. Zwischen den senkrechten und den waagerechten Photonen gibt es einen Unterschied. Die senkrechten Photonen bewegen sich im Zickzack. Nach dem gleichen Prinzip wie im System Erde Mond, das heißt, ihr Weg ist länger als im Ruhe System und ihre Zeit läuft langsamer. Die waagerechten Photonen brauchen aber noch mehr Zeit. Ihr Weg muss daher sogar noch länger sein.

Und tatsächlich Vergleicht man die beiden Strecken, zeigt sich, dass der Weg der waagerechten Photonen länger ist als der, den die Senkrechten zurückgelegt haben.

Das ist allerdings paradox und kann nicht sein, denn beide Beobachter. Der Rune, der sich innerhalb des Sonnensystems aufhält. Wie der bewegt außerhalb. Betrachten ja dasselbe Ereignis.

Das Zusammentreffen der Photonen ist

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