Die Relativitätstheorie

1905 veröffentlichte Albert Einstein seine "Spezielle Relativitätstheorie". Sie erklärt, dass eine Stunde nicht gleich eine Stunde ist, sondern mal schneller und mal langsamer vergehen kann. Es kommt auf die Geschwindigkeit an, mit der man sich bewegt. 1916 veröffentlichte Einstein dann die "Allgemeine Relativitätstheorie", die sich mit der Raumzeit befasst.

Einsteins spezielle Relativitätstheorie ist eine Weiterentwicklung des von Isaac Newton 1686 aufgestellten Relativitätsprinzips. Dieses Prinzip besagt Folgendes: Bewegt sich ein Zug zum Beispiel mit einer Geschwindigkeit von 80 Kilometern pro Stunde (80 km/h) und ein Mensch im Zug bewegt sich mit 5 km/h in Fahrtrichtung, so bewegt sich der Mensch vergleichsweise zum Bahnsteig (stehendes Objekt) mit der Geschwindigkeit 80 km/h + 5 km/h = 85 km/h.

Dreht sich der Mensch nun herum und geht im Zug entgegen der Fahrtrichtung, so bewegt er sich vergleichsweise zum Bahnsteig mit der Geschwindigkeit 80 km/h - 5 km/h = 75 km/h. Man kann also solche geradlinigen gleichförmigen Bewegungen nur als Bewegung bezeichnen, wenn man einen weiteren Körper (Bahnsteig), der sich nicht bewegt, als Bezugspunkt hat.

Die Geburt der Relativitätstheorie

Albert Einstein widerspricht jedoch der Theorie Newtons. Ein wichtiger Ausgangspunkt für Einsteins Theorien war das so genannte Michaelson-Morley-Experiment. Die Physiker erkannten damit, dass sich das Licht eben gerade nicht so wie ein Mensch in einem Zug verhält. Eigentlich verhalten sich alle sehr schnell bewegenden Dinge nicht so wie ein Fußgänger im Zug.

Ein kleines Gedankenexperiment soll das verdeutlichen:
Wenn der Zug nicht 80 km/h sondern 1080000000 km/h schnell - also sehr, sehr schnell - wäre, würde der Mensch im Zug letztendlich nicht 1080000005 km/h schnell sein, sondern etwas weniger.

Hier ein Beispiel mit kleineren Zahlen:
Bewegt sich der Fußgänger im Zug (von sich aus gesehen) mit 5 km/h in Fahrtrichtung, so vergeht seine Zeit (vom Bahnsteig aus gesehen) langsamer. Das ergibt dann eine Geschwindigkeit (vom Bahnsteig aus gesehen) von etwas weniger als 80 km/h + 5 km/h.

Bewegt sich der Fußgänger im Zug (von sich aus gesehen) dagegen mit 5 km/h entgegen der Fahrtrichtung, so vergeht seine Zeit (vom Bahnsteig aus gesehen) sogar etwas schneller, als die der anderen Passagiere im Zug, weil er vom Bahnsteig aus gesehen langsamer ist als der Zug. Dementsprechend hat er (vom Bahnsteig aus gesehen) keine Geschwindigkeit von 80 km/h - 5 km/h = 75 km/h, sondern eine von ca. 74.999999.... km/h.

Warum ist das so?

Für den Menschen im fahrenden Zug, der sich in Fahrtrichtung bewegt, läuft die Zeit (laut Relativitätstheorie) langsamer, als für einen, der sich nicht in dem Zug befindet. Der Unterschied ist allerdings so gering, dass er nicht wahrnehmbar ist.

Hier ein weiteres Beispiel:
Würde ein Mensch in einem Raumschiff mit sehr hoher Geschwindigkeit durch das Weltall fliegen und nach einem Jahr zurückkehren, so müsste er feststellen, dass auf der Erde schon viel mehr Jahre vergangen sind, als nur ein einziges. Unsere Raumschiffe erreichen jedoch bisher nicht solch hohe Geschwindigkeiten. Daher kann auch noch niemand auf diese Weise Einsteins Theorie widerlegen.

Lichtgeschwindigkeit

Das Licht ist so schnell, dass es 300.000 Kilometer in der Sekunde zurücklegt. Damit ist es schneller als alle anderen Dinge und kann auch nicht noch weiter beschleunigt werden. Wenn man zum Beispiel eine Taschenlampe in einem fahrenden Zug nach vorne richtet, ist das Licht, das dann von der Taschenlampe ausgeht, genauso schnell, wie wenn der Zug stehen würde.

Warum kann man einen Körper nicht auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen?

Um einen schweren Körper zu beschleunigen, braucht man mehr Energie als bei einem leichteren. Je schneller sich ein Körper bewegt, desto mehr Masse (Masse = Energie) hat er. Das heißt, der bewegte Körper wird immer schwerer beim Beschleunigen. Irgendwann ist er so schwer, dass die gesamte Energie des Universums nicht ausreichen würde, um ihn noch schneller zu machen. Außer dem Licht selbst wird kein Gegenstand jemals Lichtgeschwindigkeit erreichen können.

Im letzten Teil der Einstein-Serie erfährst du, was es mit der Formel E=mc² auf sich hat (auf "Weiter" klicken).