Längenmessung: Klassische Physik (Relativistische Physik)

Um eine Länge zu messen, wird sie mit der Einheitslänge verglichen. Im SI-Einheitensystem ist das der Meter. Längen können sich in der klassischen Physik nicht ändern. In der relativistischen Physik schon. Wer sich schnell bewegt, wird in Flugrichtung die Distanzen verkürzt zurücklegen.

Links: https://de.wikipedia.org/wiki/Entfernungsmessung und https://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkontraktion


Diese Texte sind Starthilfen zum Lernen. Sie geben Ihnen einen Einblick, worum es bei dem Thema geht. Die Idee. Achtung: Es ist möglicherweise nicht unbedingt genau das, was Ihr:e Prüfer:in darüber hören möchte. Es ist auch nicht der ganze Stoff. Machen Sie sich nach dem Lesen des Textes ein eigenes Bild mit Ihren Büchern und den anderen Quellen. Ein freies Online-Schulbuch aus Österreich: https://physikbuch.schule, aus Deutschland: https://www.leifiphysik.de/. Weitere empfehlenswerte Schulbuchreihen der Oberstufe aus Österreich: Big Bang, Sexl, Physik kompakt.

Raum und Zeit

Es gibt drei Raumdimensionen (vorne/hinten – links/rechts – oben/unten) und eine Zeitdimension (voran). In den Raumdimensionen können wir uns frei bewegen, aber in der Zeit werden wir vorangetrieben. Wir gehen im Alltag davon aus, dass Raum und Zeit fix sind, sich also nicht verändern. In der Relativitätstheorie allerdings meint Einstein, da ist es so, dass sich Raum und Zeit verändert, je nachdem wie schnell man sich bewegt. Das war verhältnismäßig neu und ist sehr spannend, aber: man kann es vor allem messen, es deutet also alles darauf hin, dass es stimmt. Einstein fasst Raum und Zeit daher auch in den Begriff “Raumzeit” zusammen.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Raumzeit


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Verallgemeinerung der Gravitationstheorie (Allgemeine Relativitätstheorie)

Einstein hat zuerst die spezielle Relativitätstheorie entwickelt. Sie beschreibt, dass bei Reisen mit hoher Geschwindigkeit sich Zeit und Raum verändern. Hohe Geschwindigkeit heißt, erst ab Geschwindigkeiten, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar sind. (Ab der halben Lichtgeschwindigkeit ist so einmal eine erste Idee.)

Die allgemeine Relativitätstheorie stellt nun fest, dass sich Raum und Zeit auch in der Anwesenheit von großen Massen verändern können. Sie beschreibt die Gravitation auf einem grundsätzlichern Level als das Newton’sche Gravitationsgesetz.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Allgemeine_Relativitätstheorie


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Verallgemeinerung des Energiesatzes (Äquivalenz von Masse und Energie)

Der Energieerhaltungssatz besagt, dass in einem abgeschlossenen System weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Energie wird stets ineinander umgewandelt. Wenn was fehlt, dann ist es im allgemeinen durch Wärme verschwunden. Es gibt jetzt – seit Einstein – noch eine Geschichte: man kann auch Masse als Form von Energie sehen. Wir sagen: es ist nicht gleich, sondern die beiden sind “äquivalent”.

Wenn eine Atombombe explodiert, würden alle Einzelteile zusammen nicht ganz die Masse der Atombombe gehen. Sagen wir mal: 1 Gramm – das fehlt. Wo ist es hin? Es wurde in Energie umgewandelt. Mit Einsteins Formel E=mc^2. Durch den großen Wert der Lichtgeschwindigkeit kommt auch bei nur 1g Masse sehr sehr viel Energie heraus.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Äquivalenz_von_Masse_und_Energie


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Spezielle Relativitätstheorie

Spezielle Relativitätstheorie

Die spezielle Relativitätstheorie geht davon aus, dass kein absolutes Bezugssystem im Universum existiert, auf das man alle Geschwindigkeiten beziehen könnte. Es gibt keinen absolut ruhenden “Äther”. Wenn man diesen Umstand ernst nimmt, muss man (musste Einstein) daraus schließen, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen (Intertialsystemen) gleich groß ist. Und wenn das so ist, so folgerte er, ist bei einer Reise mit Geschwindigkeiten, die der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar sind (ab ca. 50% der Lichtgeschwindigkeit), folgende Effekte spürbar:

  1. Die Zeit verlängert sich (Zeitdilatation)
  2. Die Längen verkürzen sich (Lorentz-Kontraktion)
  3. Die Massen nehmen zu (relativistische Massenzunahme)

Darüber hinaus gilt: Masse und Energie sind äquivalent – sie können ineinander umgewandelt werden, es gilt dabei: E=mc^2

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativitätstheorie


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