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Über 400 Begriffe rund um die Relativitätstheorie und ihre Anwendungen, von "absolute Bewegung" bis "Zwillingsproblem" - auswählbar z.B. über diese Buchstabenliste:

 E = mc²

Siehe Masse-Energie-Äquivalenz.

 Ebene

Fläche, in der die Axiome der Euklidischen Geometrie (synonym: Ebene Geometrie) gelten - die Regeln der Geometrie, wie sie standardmäßig in der Schule gelehrt wird, mit wohlbekannten Formeln wie dem Satz des Pythagoras oder "Kreisumfang gleich 2 mal Pi mal Kreisradius".

 Eigenwert
Siehe Eigenzustand
 Eigenzeit

Die Eigenzeit einer Uhr ist diejenige Zeit die sich direkt an der Uhr ablesen lässt. Mit ihrer Hilfe können zunächst nur Aussagen über Zeitintervalle und Zeitpunkte getätigt werden, die sich auf Vorkommnisse direkt am Ort der Uhr beziehen.

Im Unterschied dazu ist eine Zeitkoordinate eine Vorschrift, die es erlaubt, mit Hilfe einer Uhr jedem Ereignis einen Zeitpunkt und jedem zeitlich begrenzten Vorgang eine Zeitdauer zuzuordnen, egal ob Ereignis beziehungsweise Vorgang am Ort der Uhr oder anderswo im Raum stattfinden.

Eine wichtige Erkenntnis der Speziellen Relativitätstheorie besteht darin, dass die Eigenzeiten zweier Uhren sich im allgemeinen unterscheiden, wenn sich die Uhren relativ zueinander bewegen. Ruht die eine Uhr in einem Inertialsystem, während sich die zweite vom Ort der ersten aus auf eine Raketenrundreise begibt, dann ist die Eigenzeitdifferenz zwischen Abflug- und Rückkehrzeitpunkt für die Uhr in der Rakete geringer als für die ruhende erste Uhr (so genannter Zwillingseffekt).

 Eigenzustand

Ein Eigenzustand bezüglich einer gegebenen Messgröße ist jeder Zustand eines quantenmechanischen Systems, in dem diese Messgröße einen eindeutig definierten Wert hat. Dieser Wert wird Eigenwert genannt.

Beispiel: Ein Elementarteilchen in einem Orts-Eigenzustand hat einen eindeutig bestimmten Ort. Eine Ortsmessung an diesem Elementarteilchen hat damit (in der Quantentheorie nicht selbstverständlich!) ein eindeutiges, vorhersagbares Ergebnis.

Quantensysteme in einem Eigenzustand bezüglich einer bestimmten Messgröße sind damit typischerweise völlig unbestimmt bezüglich einer zugehörigen zweiten Messgröße (so genannte Heisenbergsche Unschärferelation). Beispielsweise ist das Ergebnis einer Messung der Geschwindigkeit des oben erwähnten Elementarteilchens völlig unvorhersehbar.

 Eindeutigkeitssätze

Betrachten wir eine bestimmte Auswahl der physikalischen Gesetze - etwa die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie. Wieweit schränken diese Gesetze die Wirklichkeit ein? Etwas genauer gefragt: Gibt es beispielsweise nur eine einzige Art von rotierenden Schwarzen Löchern, oder lassen die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie eine unendliche Vielfalt solcher Objekte zu? Theoreme, die sich mit Fragen dieser Art beschäftigen, heißen Eindeutigkeitssätze oder -theoreme. In ihrer reinsten Form sagen sie aus, dass physikalische Gesetze wie die der Allgemeinen Relativitätstheorie, gekoppelt mit für den betreffenden Eindeutigkeitssatz charakteristischen Zusatzbedingungen (in unserem Beispiel die Aussage, dass wir nur rotierende Schwarze Löcher betrachten wollen) nur eine einzige Lösung, etwa eine einzige Konfiguration von Raumzeit und Materie, zulassen.

Die berühmtesten Theoreme dieser Art in der Allgemeinen Relativitätstheorie sind die Eindeutigkeitssätze für Schwarze Löcher, mit denen sich das Vertiefungsthema Wieviele verschiedenen Arten von Schwarzen Löchern gibt es? beschäftigt.

 Einheiten

Siehe SI (Système International d'Unités, Internationales Einheitensystem) oder Planck-Einheiten

 einheitliche Feldtheorie

Sammelbezeichnung für Einsteins letztlich vergebliche Versuche, eine Theorie zu formulieren, in der die Gravitation und andere Wechselwirkungen, insbesondere der Elektromagnetismus, in einheitlicher Weise beschrieben werden - Gravitation und Elektromagnetismus wären dann bloße Teilaspekte der vollständigen einheitlichen Theorie, ähnlich, wie Magnetismus und elektrische Kraft aus heutiger Sicht bloße Teilaspekte einer umfassenden Beschreibung des Elektromagnetismus sind.

Nach Einstein haben noch weitere Wissenschaftler sich um eine Vereinheitlichung aller Wechselwirkungen bemüht; die bekannteste moderne Inkarnation der Vereinheitlichungsidee ist die Stringtheorie.

 Einstein Papers Project

Projekt am California Institute of Technology, in dessen Rahmen die wissenschaftliche Gesamtausgabe der Schriften Albert Einsteins erstellt wird.

Webseiten des Einstein Papers Project
Online-Archiv der Schriften Einsteins

 Einstein-Gleichungen

Die Einstein-Gleichungen sind das Kernstück der Allgemeinen Relativitätstheorie. Sie sagen aus, wie die Verzerrung der Raumzeit mit den Eigenschaften (Masse, Energie, Druck...) der anwesenden Materie zusammenhängt.

Einsteins Gleichungen können mit mathematischen Abkürzungen so geschrieben werden, dass sie wie eine einzige Gleichung aussehen, letztendlich handelt es sich allerdings um ein ganzes System von Gleichungen. Daher wird der Begriff manchmal im Plural, manchmal im Singular verwandt - gemeint ist dasselbe.

Eine elementare Beschreibung von Allgemeiner Relativitätstheorie und Einstein-Gleichungen bietet der Abschnitt Allgemeine Relativitätstheorie von Einstein für Einsteiger.

 Einstein@Home

Projekt, das private Computer einsetzt, um die Daten von Gravitationswellendetektoren nach interessanten Signalen zu durchforschen. Mehr Informationen dazu bietet das Vertiefungsthema Einstein@Home, und wer mitmachen möchte, kann dies tun auf der Webseite

Einstein@Home english (University of Wisconsin-Milwaukee)

 Elektrische Ladung

Die mit dem Elektromagnetismus assoziierte Ladung: eine Körpereigenschaft, die bestimmt, wie stark die elektrische Kraft ist, die er auf andere geladene Körper ausübt, und wie stark die elektrischen Kräfte sind, die solche Körper auf ihn ausüben. Bewegte elektrische Ladungen sind Quellen für magnetische Kräfte und werden durch magnetische Kräfte beeinflusst.

 Elektrisches Feld

Die elektrische Kraft ist eine Fernkraft, wie sie elektrische Ladungen aufeinander ausüben; das elektrische Feld ist das dazugehörige Kraftfeld. Wie Kraft und Feld zusammenhängen beschreibt das Vertiefungsthema Von der Kraft zum Feld.

Elektrische Felder lassen sich nicht unabhängig von Magnetfeldern verstehen - vollständig lassen sie sich nur im allgemeineren Rahmen des Elektromagnetismus beschreiben.

Im einfachsten Fall, nämlich in zeitlich nicht veränderlichen Situationen, ist die elektrische Kraft die so genannte elektrostatische Kraft.

 Elektrodynamik

Dasjenige Teilgebiet der Physik, dass sich mit der Erforschung und Beschreibung des Elektromagnetismus (siehe dort) befasst.

 Elektromagnetische Strahlung

Elektrische oder magnetische Krafteinflüsse (in der Sprache der Physik: elektrisches oder magnetisches Feld), die sich auch ohne Beisein elektrischer Ladungen so gegenseitig anregen, dass ein Wellenphänomen entsteht, das sich durch den Raum ausbreitet.

Da diese Welle Energie durch den Raum trägt, handelt es sich nach der Definition der Physiker um elektromagnetische Strahlung.

Spielarten der elektromagnetischen Strahlung sind, von niedrigeren zu höheren Frequenzen hin aufgezählt, Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgen- und Gamma-Strahlen.

In der Quantentheorie erweist sich, das elektromagnetische Strahlung aus winzigsten Energiepaketen besteht, den Lichtteilchen oder Photonen.

 Elektromagnetismus

Gesamtheit der Phänomene, die im Beisein elektrischer Ladungen auftreten können, etwa die elektrostatische Kraft, Magnetkräfte, aber auch elektromagnetische Strahlung. Die Grundgesetze des Elektromagnetismus sind die Maxwell-Gleichungen. Elektrische und magnetische Einflüsse werden dabei als Felder beschrieben (näheres hierzu im Vertiefungsthema Von der Kraft zum Feld). Das Teilgebiet der Physik, das sich mit der Erforschung der Gesetzmäßigkeiten und Phänomene des Elektromagnetismus beschäftigt, ist die Elektrodynamik.

Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie zeigt sich deutlich, dass magnetische Kräfte und elektrische Kräfte relativ sind - welche davon in einer bestimmten Situation wirksam sind, hängt vom Beobachter ab. Aus Sicht eines Beobachters mag die Anziehung, die ein Draht auf ein bewegtes geladenes Teilchen ausübt, rein elektrostatisch sein - für einen bewegten Beobachter, der relativ zu dem erwähnten Teilchen ruht, wirkt dort eine reine Magnetkraft. Ebenso, wie es in der speziellen Relativitätstheorie sinnvoll ist, von der Raumzeit zu reden - wie exakt diese Raumzeit in Raum und Zeit aufgeteilt wird, ist von Beobachter zu Beobachter unterschiedlich - ist es daher sinnvoll, von elektromagnetischen Kräften zu reden - ein wie großer Anteil einer gegebenen elektromagnetischen Kraft sich als elektrische Kraft äußert und ein wie großer Anteil als magnetische Kraft ist wiederum von Bezugssystem zu Bezugssystem verschieden.

 Elektron

Leichtes Elementarteilchen, elektrisch negativ geladen.

Von den Atomen, aus denen die uns umgebende Materie zusammengesetzt ist, besteht jedes aus einem von Elektronen umgebenen Atomkern.

 Elektronenvolt

Energieeinheit, definiert als die Energie, die ein Teilchen mit der elektrischen Ladung eines Elektrons gewinnt, wenn es im Vakuum über eine Spannung von einem Volt beschleunigt wird. Ein Elektronenvolt, kurz: 1 eV entspricht 1,6022·10-19 Joule (wobei Joule die übliche SI-Einheit für Energie ist).

Das Elektronenvolt, abgekürzt eV, ist die bevorzugte Energieeinheit in der Elementarteilchenphysik. Gebräuchliche Vielfache von eV sind

 

Kiloelektronenvolt: 1 keV = 1000 eV
Megaelektronenvolt: 1 MeV = 1,000,000 eV =106 eV
Gigaelektronenvolt: 1 GeV = 1,000,000,000 eV =109 eV.
Teraelektronenvolt: 1 TeV = 1,000,000,000,000 eV =1012 eV.

Teilchenphysiker nutzen die Masse-Energie-Äquivalenz aus und verwenden eV/c² als Einheit für die Massen von Teilchen, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Da in der Teilchenphysik in der Regel ein Einheitensystem verwendet wird, in dem die Lichtgeschwindigkeit den dimensionslosen Wert eins hat, c=1, werden Teilchenmassen oft auch schlicht in eV angegeben, ohne den Faktor c² explizit anzugeben.

Die Energie, die nötig ist, um ein Elektron aus der Hülle eines Atoms zu lösen, liegt im Bereich von einigen bis einigen Dutzenden eV. Photonen der Röntgenstrahlung haben typischerweise eine Energie von einigen bis einigen Dutzenden keV. Die Ruhemasse eines Elektrons beträgt 511 keV, die eines Protons 938 MeV. Jedes Proton in den Protonenstrahlen, die im derzeit am Forschungszentrum CERN im Bau befindlichen Teilchenbeschleuniger LHC zur Kollision gebracht werden sollen, wird eine Bewegungsenergie von 7 TeV haben.

Da Temperatur ein Maß für die durchschnittliche Energie ist, mit der die Bestandteile eines Systems an der ungeordneten Wärmebewegung teilnehmen, kann auch sie in eV gemessen werden. Dabei entspricht eine Durchschnittsenergie von 1 eV einer Temperatur von 11.604 Kelvin.

 Elektrostatische Kraft

Die elektrische Kraft (d.h. die Fernkraft, mit der sich Körper allein aufgrund des Umstandes, dass sie elektrische Ladungen tragen, gegenseitig beeinflussen) in Situationen, in denen sich die Ladungsanordnungen mit der Zeit nicht ändern.

 Element, chemisches

Stoff, der sich chemisch nicht in noch elementarere Grundstoffe zerlegen lässt. Aus physikalischer Sicht entspricht jedem chemischen Element eine Sorte von Atom, dessen Atomkern eine für das Element charakteristischen Anzahl von Protonen enthält (Beispiele: Wasserstoff-Atomkerne enthalten nur ein einziges Proton, Helium-Atomkerne zwei, Lithium drei, Eisen aber schon 26 und Uran gar 92 Protonen).

 Elementarteilchenphysik

Synonym: Teilchenphysik; Teil der Physik, der sich mit denjenigen Teilchen befasst, die nach heutigem Wissen elementar, also nicht aus weiteren Untereinheiten aufgebaut sind, zum Beispiel mit Elektronen, Quarks oder Neutrinos. Zur Teilchenphysik zählt auch die Erforschung von zusammengesetzen Teilchen wie Protonen oder Neutronen, nicht aber von zusammengesetzten Atomkernen (Kernphysik) oder ganzen Atomen. Auch die Frage, ob es doch noch elementarere Gebilde als die oben genannten Elementarteilchen gibt, ob etwa alle diese Teilchen aus einer Sorte Strings hervorgehen, beschäftigt die Teilchenphysiker.

Theoretisches Werkzeug der Elementarteilchenphysik sind die relativistischen Quantenfeldtheorien, mit denen sich elementare Teilchen auf Grundlage von Quantentheorie und spezieller Relativitätstheorie beschreiben lassen; experimentelles Hauptwerkzeug sind Teilchenbeschleuniger, in denen Teilchen mit hoher Energie zur Kollision gebracht werden.

 Elemententstehung

Synonym: Nukleosynthese. Nach den Urknallmodellen bestand unser Universum vor langer Zeit aus einer Teilchensuppe, die beispielsweise Protonen und Neutronen enthielt. Mit Elemententstehung sind diejenigen Prozesse gemeint, dank derer aus dieser Suppe letztendlich die zusammengesetzten Atomkerne hervorgegangen sind, die wir heute im Universum finden.

Nach heutigem Wissen ist ein Teil der leichten Elemente (schwerer Wasserstoff, Helium, Lithium) bereits bei einer kosmischen Zeit von Sekunden bis Minuten entstanden (primordiale Nukleosynthese); leichte und schwerere Elemente bis hin zum Eisen entstanden und entstehen bei der Kernfusion im Inneren von Sternen; schwerere Elemente entstehen bei Supernova-Explosionen in deren Rahmen die im Sterninneren erzeugten Elemente (stellare Nukleosynthese) zudem in den Weltraum hinausgeblasen werden.

Einen Überblick über die primordiale Elemententstehung bietet das Vertiefungsthema Elemententstehung im frühen Universum. Informationen zur Physik hinter der Elemententstehung finden sich im Vertiefungsthema Gleichgewicht und Veränderung, während Der Blick in die chemische Vergangenheit ausführt, wie sich die entsprechenden Vorhersagen der Urknallmodelle anhand von astronomischen Beobachtungsdaten überprüfen lassen.

 Elementhäufigkeit

Wie häufig sind Wasserstoffatomkerne im Universum, wie häufig Heliumkerne, wie häufig die anderen Elemente? In Bezug auf die Relativitätstheorien ist das insbesondere interessant, weil die relativistischen Urknall-Modelle vorhersagen, wie viele Kerne von leichten Elementen (schwerer Wasserstoff, Helium, Lithium) im frühen Universum entstanden sein sollten. Messungen der Elementhäufigkeit in dem unseren Beobachtungen zugänglichen Teil des Alls, kombiniert mit Berechnungen, wieviele der betreffenden Atomkerne im Inneren von Sternen entstanden sein sollten, ermöglichen einen Test dieser Vorhersage.

 eLISA

Geplanter interferometrischer Detektor aus drei Satelliten, angeordnet in einem Dreieck mit 1 Million Kilometer Kantenlänge, der vom Weltraum aus nach Gravitationswellen suchen soll. Projekt der europäischen Weltraumbehörde ESA unter wissenschaftlicher Federführung des Albert-Einstein-Instituts. Geplantes Zeitfenster für den Start ist 2022.

eLISA-Webseiten

 Ellipse

Geometrische Figur. Wählen Sie zwei Punkte in einer Ebene aus (die Brennpunkte der Ellipse); geben Sie einen Abstandswert vor; die Gesamtheit aller Ebenenpunkte, für die die Abstandssumme "Abstand zum ersten Brennpunkt plus Abstand zum zweiten Brennpunkt" gerade den von Ihnen vorgegebenen Wert hat, ist eine Ellipse.

Spezialfälle der Ellipse sind Kreise (die beiden Brennpunkte fallen zusammen) und Geradenabschnitte (der vorgegebene Abstandswert entspricht gerade dem Abstand der Brennpunkte).

In Bezug auf die Gravitation sind Ellipsen von Interesse, da die Bahn eines einsamen Planeten um ein Zentralgestirn in der Newtonschen Gravitationstheorie gerade eine Ellipse ist.

 Energie

Physikalische Größe, die sich dadurch auszeichnet, dass bei physikalischen Prozessen niemals Energie erzeugt oder vernichtet, sondern lediglich bestimmte Energieformen ineinander umgewandelt werden.

Beispiele für spezielle Energieformen sind Bewegungsenergie, Wärmeenergie und die Energie elektromagnetischer Strahlung.

Für Alltagsanwendungen ist dabei besonders interessant, dass bei Energieumwandlungen Arbeit verrichtet werden kann, wenn etwa elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird (wie in einer elektrischen Lokomotive, die einen Zug in Bewegung setzt) oder in Wärmeenergie (wie in einer elektrischen Heizdecke).

Wichtige Aussage der Speziellen Relativitätstheorie ist, dass Energie und Masse einander komplett äquivalent sind - zwei Möglichkeiten, um letzendlich dieselbe physikalische Größe zu definieren. Siehe das Stichwort Masse-Energie-Äquivalenz.

Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie trägt auch Energie zur Gravitationswirkung bei (siehe hierzu das Vertiefungsthema Masse und mehr).

 Energie-Masse-Äquivalenz
Siehe Masse-Energie-Äquivalenz.
 Energieerhaltung
Die Energie ist eine Erhaltungsgröße: Bei physikalischen Prozessen kann Energie zwar von einer in eine andere Form umgewandelt, aber weder erzeugt noch vernichtet werden. Ändert sich der Energieinhalt eines Systems, dann nur, weil ihm Energie zu- oder abgeführt wird.
 Entartungsdruck

Für ein Gas aus Elektronen machen sich Effekte der Quantentheorie bemerkbar. Vereinfacht gilt: Es ist verboten, dass sich zwei Elektronen am gleichen Ort aufhalten (so genanntes Pauli-Prinzip), und jeder Versuch, Elektronen in einem kleinen Raumvolumen zusammenzupferchen bringt sie dazu, wild hin und herzuflitzen (Heisenbergsche Unschärferelation). Genau wie in herkömmlichen Gasen führt das Durcheinanderflitzen zu einem Druck, dem Entartungsdruck.

Beispielsweise ist es dieser Entartungsdruck des Elektronengases, der einen Weißen Zwergstern vor dem weiteren Kollaps bewahrt.

Der Entartungsdruck kann nicht nur bei Elektronen auftreten, sondern bei einer ganzen Klasse von Quantenteilchen, den so genannten Fermionen, beispielsweise Neutronen oder Protonen.

 Erdbeschleunigung

Beschleunigung, die der Gravitationseinfluss Körpern erteilt, die sich an der Erdoberfläche befinden: Hebt man einen Körper ein wenig über den Erdboden und lässt ihn los, so beschleunigt er mit 9,81 Metern/Sekunde2, sprich: Er wird in jeder Sekunde um 9,81 Meter/Sekunde schneller.

Die Erdbeschleunigung, abgekürzt g, wird oft als Maß für Beschleunigungen verwandt: eine Beschleunigung von 2 g beispielsweise entspricht 2·9,81=19,62 Metern/Sekunde2.