Albert Einsteins Botschaft

Der Physiker und Nobelpreisträger Albert Einstein hat einmal gesagt: „Wichtig ist, dass man nicht aufhört zu fragen.“ Es sind vor allem die Kinder, die die meisten Fragen stellen und den Dingen auf den Grund gehen wollen. Auch deshalb hat sich die Kinderuni Mainz diesmal mit Albert Einstein und dem Licht beschäftigt.

In diesem Jahr feiern wir das Einstein-Jahr. Anlass ist der 100. Geburtstag der Relativitätstheorie und der 50. Todestag des weltberühmten Wissenschaftlers. An der Kinderuni ist es fast so zugegangen wie an der "normalen" Universität für Erwachsene. Allerdings hatten diesmal nur junge Leute zwischen acht und zwölf Jahren Zutritt.

Um in die spannende Welt der Wissenschaft einzutauchen, haben 1300 Kinder vor dem Hörsaal angestanden. Doktor Thomas Trefzger vom Institut für Physik erklärte den jungen Studenten, wie schnell sich Licht bewegt und was die Lichtgeschwindigkeit mit dem Physiker Albert Einstein zu tun hat.

25 Kinder haben außerdem an einem "Workshop" (deutsch: Arbeitsgruppe) teilgenommen. Dort durften sie spannende Experimente erleben, die das Thema "Relativitätstheorie" noch ausführlicher erklären.

Fliegender Fußball

Eine Theorie zu beweisen ist manchmal nicht nur für den Geist, sondern auch für den Körper ganz schön anstrengend. Vor allem, wenn es um Einsteins „Spezielle Relativitätstheorie“ geht. Denn dabei spielen vor allem Bewegung und Geschwindigkeit eine große Rolle. Die Versuchsanordnung, die sich das Workshop-Team der Mainzer Kinderuni ausgedacht hat, bringt die Teilnehmer so richtig ins Schwitzen.

Ein Handwagen soll auf einer 50 Meter langen Mess-Strecke von den Kindern angeschoben werden. In diesem Wagen darf es sich ein Kind bequem machen. Seine Aufgabe besteht darin, einen Fußball senkrecht nach oben zu werfen. Eine fest stehende Kamera filmt in ungefähr 20 Metern Entfernung die vorbeirasenden Jung-Forscher. Sie hält fest, wie sich der Fußball in der Luft verhält.

Kurve oder Strich?

Was glaubst Du? Fällt der Ball auf dem Boden, da der Wagen von den Kindern weiter geschoben wird, während der Ball sich in der Luft befindet? Dies zumindest vermuten die meisten Kinder vor dem Experiment.

Weit gefehlt! Denn der Ball kann tatsächlich immer wieder aufgefangen werden, sofern er wirklich senkrecht nach oben geworfen wird und nicht versehentlich zu weit nach hinten oder zur Seite. Dies bedeutet, dass sich der Ball in Fahrtrichtung des Wagens mitbewegen muss.

Nach dem Spurt können sich die Kinder den Film direkt auf einem Computer ansehen und dabei feststellen, dass der Ball von der Kamera aus betrachtet eine Kurve geflogen ist. Aus der Sicht der Kinder ist der Ball aber eigentlich nur senkrecht nach oben geflogen und nicht in einer Kurve.

Was ist Geschwindigkeit?

Die Geschwindigkeit und die Bewegung des Balles scheinen unterschiedlich zu sein, je nachdem ob du im Wagen sitzt oder den Wagen von außen beobachtest. Aus Sicht der Kamera hat der Ball einen Bogen gemacht, aus Sicht des Kindes im Wagen ist er senkrecht in die Luft geflogen. Nehmen wir für unseren Versuch Licht und keinen Ball machen wir die gleiche Beobachtung.

Wir wissen aber, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, unabhängig davon ob wir im Wagen fahren oder stehen - das Licht ist immer gleich schnell. Die Geschwindigkeit des Lichtes ist konstant, die Wegstrecke von außen gesehen aber länger. Also - so Einstein - muss die Zeit im bewegten Wagen langsamer vergehen - sonst könnte das Licht keine längere Strecke für den außen stehenden Beobachter zurücklegen. Die Grundidee der speziellen Relativitätstheorie ist geboren, die Dehnung der Zeit.

Später in der Vorlesung hat Thomas Trefzger das Experiment noch einmal wiederholt. Dieses Mal allerdings nicht mit Handwagen und Fußball, sondern mit einem viel kleineren Modell. So wie es Physiker eben besonders gerne mögen: auf das Wesentliche reduziert.

Fang die Kugel

Der Wagen in der Größe eines Modellautos läuft diesmal auf einer Schiene und hat eine Abschussvorrichtung für eine kleine Metallkugel. An der Spitze des senkrecht nach oben zeigenden Abschussrohres ist ein Trichter befestigt, in dem die Kugel kurze Zeit nach ihrem Abschuss wieder landen soll.

Wenn Doktor Trefzger jetzt den Wagen über die Schienen rollen lässt, wird die Kugel an einer bestimmten Stelle nach oben abgefeuert und genauso wie vorher bei den Kindern mit dem Handwagen, ein paar Zentimeter weiter hinten auch wieder aufgefangen. Experiment gelungen!