(Andreas Zitlau /EyeEm /Getty Images) Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie erklärt, wie sich eine Änderung der Geschwindigkeit eines Objekts auf Messungen seiner Zeit, seines Raums und seiner Masse auswirkt.
Experimente, die zur Etablierung einer Theorie des Elektromagnetismus beitrugen, zeigten Wellen in einem elektromagnetischen Feld (das wir als Licht sehen). Reißverschluss durch den leeren Raum mit einer Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde (ungefähr 186.000 Meilen pro Sekunde).
Nie schneller. Niemals langsamer.
Das einzige Geschwindigkeitsbegrenzung Außerdem ist es das Gleiche, egal wie schnell sich ein Beobachter bewegt, was zunächst wirklich keinen Sinn ergibt. Also im Jahr 1905, Einstein hat eine Arbeit geschrieben mit einer seltsamen Erklärung.
Wie wirkt sich Geschwindigkeit auf Zeit und Raum aus?
Isaac Newtons drei Bewegungsgesetze Beschreiben Sie eine Beziehung zwischen einer Kraft, der Masse eines Objekts und seiner Beschleunigung. Diese Gesetze gelten für alle, unabhängig davon, wie sie gerade reisen.
Ein Clown, der Fahrgäste in einem Zug unterhält, kann darauf vertrauen, dass seine Jonglierbälle langsam und gleichmäßig auf und ab fliegen. Andererseits schauten Fahrgäste, die in einem zweiten Zug vorbeifuhren, durch das Fenster und sahen, wie die Jonglierbälle mit der kombinierten Geschwindigkeit der beiden Züge vorbeisausten. Da ist nichts Seltsames.
Wenn diese Kugeln Lichtwellen wären, könnten sie sich nur mit einer einzigen Geschwindigkeit bewegen, egal wer zusah. Auch die Passagiere, die neben dem Jongleur saßen, sahen, wie sich die Bälle mit Lichtgeschwindigkeit auf und ab bewegten. Auch wer im vorbeifahrenden Zug sitzt, sieht, dass er sich trotz der unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Zuges mit genau der gleichen Geschwindigkeit bewegt.
Bei sich langsam bewegenden Jonglierbällen ist das kaum vorstellbar. Auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, erfordert es einiges kluges Denken, um einen Sinn daraus zu ziehen.
Einsteins Lösung bestand darin, Zeit und Raum als relative Faktoren zu betrachten. Gemäß der speziellen Relativitätstheorie verändert die Beschleunigung den Zeit- und Entfernungsvergleich zwischen Beobachtern, insbesondere wenn diese Beschleunigung superschnell wird.
Eine Person im vorbeifahrenden Zug passiert mit einem superdünnen, superlangsamen Jongleur an Bord, dessen dünne Jonglierbälle fast im Weltraum eingeschlossen sind, während er mit hoher Geschwindigkeit vorbeifährt. Der Jongleur würde nicht denken, dass sie überhaupt langsam oder dünn waren, sondern dass diejenigen im anderen Zug besonders dünn und langsam aussahen.
Beides ist nicht „falsch“ in dem, was sie sehen. Es gibt keine absolute Position bezüglich Zeit oder Entfernung. „Richtig“ hängt nur vom Kontext des Geschwindigkeitsunterschieds jeder Person ab.
Was bedeutet E = mc2?
Einstein entwickelte eine neue Gleichung, um zu beschreiben, wie Masse und Kraft zusammenhängen, um seine neue Idee zu untermauern. Er war damals nicht der Einzige, der über diesen Zusammenhang nachdachte – auch andere Physiker, wie Henri Poincaré , zeigten auch, wie eng Energie und Masse miteinander verbunden sind.
Für ein ruhendes Objekt zeigte Einstein, dass seine Gesamtmasse gleich seiner Energie mal dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist. Oder anders ausgedrückt: E = m x c^2.
Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, sind Masse und Energie zwei Seiten derselben Medaille. Indem man Energie hinzufügt, beispielsweise durch Anschieben, fügt man auch Masse hinzu. Je mehr Masse das beschleunigende Objekt zunimmt, desto mehr Energie benötigt es zum Beschleunigen, was wiederum das Anschieben noch schwieriger macht.
Die Spezielle Relativitätstheorie mag seltsam erscheinen, aber mehr als ein Jahrhundert nachdem Einstein seinen Vorschlag verfasst hat, ist sie zu einem davon geworden am besten unterstützte Theorien in der Physik.
Für alles, was in einem alltäglichen Tempo voranschreitet, sei es das Jonglieren mit Bällen, Raketen, Kugeln oder Ameisenbullen – machen die Regeln der speziellen Relativitätstheorie keinen großen Unterschied. Aber für jedes Objekt mit wahnsinnig hohen „relativistischen“ Geschwindigkeiten (also Geschwindigkeiten, die der des Lichts nahe kommen) hat die Spezielle Relativitätstheorie wirklich einiges zu bieten.
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