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Lexikon

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

 Ladung

Einerseits: Maß für die Stärke einer Kraft, die von einem Körper ausgeht oder mit der er auf einen Krafteinfluss reagiert. Bekanntestes Beispiel ist die elektrische Ladung: Elektrisch geladene Körper üben auf andere elektrisch geladene Körper elektrostatische Kräfte aus - je größer die elektrische Ladung der beteiligten Körper, ums größer die Kräfte.

Für Ladungen ist charakteristisch, dass sie erhalten bleiben, dass sie also weder aus dem Nichts entstehen noch vernichtet werden. Wenn beispielsweise ein Positron mit elektrischer Ladung 1 sich mit einem Elektron mit der elektrischen Ladung -1 zu elektromagnetischer Strahlung vernichtet, dann ist der Ladungserhaltung genüge getan: Vor der Vernichtung war die Summe der Ladungen 1+(-1)=0, nach der Vernichtung ist die Ladung der elektrisch neutralen Strahlung ebenfalls Null.

Die Elementarteilchenphysik kennt zusätzlich noch abstraktere Ladungen, die zwar nicht direkt mit Kräften zusammenhängen, aber für die bei Reaktionen zwischen Elementarteilchen ebenfalls ein Erhaltungssatz gilt.

 Lamb-Shift

Elektromagnetische Strahlung wird von Atomen nur bei ganz bestimmten, von der Atomsorte abhängigen Frequenzen abgestrahlt. Für einige dieser charakteristischen Frequenzen sagt die relativistische Quantentheorie des Elektromagnetismus, die so genannte Quantenelektrodynamik, gegenüber früheren Theorien eine winzige Verschiebung voraus, eben den Lamb-Shift. Die experimentelle Überprüfung bestätigte diese Vorhersage.

 Längenkontraktion

Effekt der Speziellen Relativitätstheorie: Ein Beobachter (genauer: ein Inertialbeobachter) misst für ein relativ zu ihm bewegtes Objekt eine kürzere Länge als für eine baugleiche Kopie des Objekts, die neben ihm ruht (die Länge bezieht sich dabei auf die Ausdehnung des bewegten Objekts in Bewegungsrichtung - Ausdehnungen senkrecht zur Bewegungsrichtung bleiben unbeeinflusst).

 Large Hadron Collider
Siehe LHC
 Laser
Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", zu deutsch etwa: Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsaussendung. Verfahren zur Erzeugung sehr konzentrierten, starken Lichtes mit fester Frequenz, das in Form einer sehr einfachen elektromagnetischen Welle mit einfacher Berg- und Talstruktur ("kohärentes Licht") ausgesendet wird.
 Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory
Siehe LIGO
 Laser Interferometer Space Antenna
Siehe LISA
 leichte Elemente, Entstehung
Nach den Urknallmodellen entstanden bereits im frühen, heißen Universum, bei einem Weltalter von Sekunden bis Minuten, leichte Elemente wie schwerer Wasserstoff, Helium oder Lithium. Die Urknallmodelle sagen sogar die relativen Häfigkeiten vorher, in denen die verschiedenen Elemente entstanden sein sollten, etwa, wieviele Helium- oder Lithiumkerne sich für jeden Kern schweren Wasserstoffs bildeten. Die Überprüfung dieser Vorhersage stellt einen wichtigen Test dar, in dem sich die Vorhersagen der Modelle gut bestätigt haben.
 Lense-Thirring-Effekt

Ein Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie: Eine rotierende Masse bringt die sie umgebende Raumzeit in gewisser Weise (und in begrenztem Maße) dazu, mitzurotieren.

Dadurch werden die Bahnen von Körpern beeinflusst, die um die betreffende Masse umlaufen; außerdem ändern die Drehachsen von Kreiseln, die sich in der Nachbarschaft der Masse im freien Fall befinden, ihre Richtung. Die direkte Messung des Lense-Thirring-Effekts mit Hilfe solcher Kreisel ist das Ziel der Mission Gravity Probe B.

 Leptonen
"Leptonen" ist der Sammelbegriff für Elementarteilchen, die nicht an der starken Wechselwirkung teilnehmen (also derjenigen Wechselwirkung, welche die Quarks beispielsweise zu Protonen und Neutronen zusammenbindet). Beispiele für Leptonen sind das Elektron und diverse Sorten von Neutrinos.
 LHC

Der Large Hadron Collider, zu deutsch etwa die große Maschine, um Kernteilchen zusammenstoßen zu lassen, ist ein Teilchenbeschleuniger, der sich zur Zeit am Teilchenforschungszentrum CERN im Aufbau befindet. Aus Sicht der Relativitätstheorie ist er nicht nur interessant, weil die in ihm beschleunigten Protonen so hohe Energien erreichen wie nie zuvor und so neue Tests der relativistischen Quantenfeldtheorien ermöglichen, auf denen die moderne Elementarteilchenphysik beruht, sondern auch, weil sich bei so hohen Energien erste Spuren einer bislang noch nicht experimentell nachgewiesenen Symmetrie der Natur zeigen sollten, der so genannten Supersymmetrie, die eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit der Stringtheorie spielt, einem der Ansätze, Allgemeine Relativitätstheorie und Quantentheorie zu einer Theorie der Quantengravitation zu verbinden. Außerdem gibt Physik bei so hohen Energien Aufschluss über die Eigenschaften der Materie des frühen, heißen Universums, die für die Urknallmodelle wichtig sind.

Webseiten des CERN

 Licht

Licht im engeren Sinne ist elektromagnetische Strahlung, die wir Menschen mit bloßem Auge wahrnehmen können, entsprechend Wellenlängen zwischen 400 und 700 Nanometer. In der Relativitätstheorie und auch sonst in der Astronomie wird der Begriff Licht dagegen oft allgemein für alle Arten elektromagnetischer Strahlung verwendet, man spricht beispielsweise vom Infrarotlicht oder vom Röntgenlicht; Licht im engeren Sinne heißt dann "sichtbares Licht".

Im Rahmen der klassischen Physik wird das Verhalten des Lichts durch die Maxwellschen Gleichungen beschrieben; in der Quantenphysik stellt sich heraus, dass Licht ein Strom von Energiequanten ist, die Lichtteilchen oder Photonen genannt werden.

 Lichtablenkung, relativistische

Zu den Grundaussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie gehört, dass auch Licht durch die Gravitation beeinflusst wird. So wird Licht, das an einem massiven Körper vorbeistreicht, dabei ein wenig abgelenkt. Dies ist die Grundlage der so genannten Gravitationslinsen.

Weitere Informationen bietet das Vertiefungsthema Lichtablenkung durch Gravitation. Einige Rückschlüsse zur Lichtablenkung lassen sich bereits aus dem Äquivalenzprinzip ziehen - nähere Informationen finden sich im Vertiefungsthema Vom Äuquivalenzprinzip zur Lichtablenkung.

 Lichtgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit, mit der sich Licht oder, allgemeiner, elektromagnetische Strahlung ausbreitet. Zentrale Größe in der Speziellen Relativitätstheorie: Dort ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ein Grundpostulat und es gilt: Jeder Beobachter (genauer: Inertialbeobachter) misst für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum denselben konstanten Wert, 299792458 Meter pro Sekunde.

Wichtig ist außerdem, dass die Lichtgeschwindigkeit eine obere Geschwindigkeitsgrenze definiert: In der Speziellen Relativitätstheorie kann sich nichts schneller bewegen als das Licht, und auch Information und Einflüsse können nicht schneller übertragen werden. In der Allgemeinen Relativitätstheorie gilt dieses Prinzip zumindest lokal: Kein Objekt, keine Information, keine Materie kann direkt nebenherfliegendes Licht ein- oder gar überholen. (Vergleiche: Kausalität.)

Grundlegendes zum Zusammenhang von Lichtgeschwindigkeit und Spezieller Relativitätstheorie erklärt der Abschnitt Spezielle Relativitätstheorie von Einstein für Einsteiger.

 Lichtjahr

Längeneinheiten: Ein Lichtjahr ist die Strecke, die ein Lichtsignal binnen eines Jahres zurücklegt, eine Lichtsekunde die Strecke, die es binnen einer Sekunde zurücklegt, und entsprechend für Lichtminute, Lichtstunde und Lichttag.

Eine Umrechnung in die vertrauteren Kilometer zeigt die folgende Tabelle (gerundete Werte):
1 Lichtsekunde = 300000 km
1 Lichtminute = 18 Millionen km
1 Lichtstunde = 1,1 Milliarden km
1 Lichttag = 25 Milliarden km
1 Lichtjahr = 9,5 Billionen km
 Lichtkegel

In der Speziellen wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Obergrenze für die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen oder die Übertragungsgeschwindigkeit von Einflüssen die Lichtgeschwindigkeit. Das Licht ermöglicht es daher, die Menge aller Ereignisse in diejenigen zu scheiden, die ein gegebenes Ereignis A im Prinzip beeinflussen könnte, diejenigen, von denen das Ereignis A im Prinzip seinerseits beeinflusst werden könnte und diejenigen Ereignisse, bei denen ein gegenseitiger Einfluss unmöglich ist (vergleiche Kausalstruktur). Die Grenze zwischen diesen Ereignismengen hat in grafischer Darstellung die Form eines Doppelkegels, des Lichtkegels (eine Skizze dazu zeigt die Seite Raumzeit im Kapitel Spezielle Relativitätstheorie von Einstein für Einsteiger). Gebildet wird sie von den Weltlinien aller hypothetische Lichtsignale, die am Ereignis A in eine beliebige Raumrichtung ausgesandt oder, aus einer beliebigen Richtung kommend, absorbiert werden.

 Lichtlaufzeit
Zeit, die Licht benötigt, um von einem Himmelskörper zu uns auf die Erde zu gelangen. Lichtlaufzeit, gemessen anhand der kosmischen Zeit, ist eine Möglichkeit, in unserem Universum Entfernungen zu definieren.
 Lichtlaufzeitverzögerung, relativistische

In der Allgemeinen Relativitätstheorie kann die Gravitationswirkung Licht nicht nur ablenken, sondern auch dazu führen, dass das Licht auf seinen Reisen ins All manchmal etwas mehr Zeit benötigt, als nach der klassischen Physik zu erwarten. Dies wird relativistische Lichtlaufzeitverzoegerung oder Shapiro-Effekt genannt. Im Sonnensystem ist es beispielsweise durch Messungen an Radarsignalen nachgewiesen worden, die von der Erde ausgesandt, am Planeten Venus reflektiert und dann wieder auf der Erde aufgefangen wurden. Der Lauf solcher Signale wird deutlich verzögert, wenn sie auf ihrer Bahn nahe an der massiven Sonne vorbeilaufen.

 Lichtuhr

Hypothetische Uhr, bei der hin- und herlaufendes Licht als Taktgeber dient. Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit stellt dabei sicher, dass solch eine Uhr gleichmäßig tickt.

Weitere Informationen bietet das Vertiefungsthema Von der Lichtuhr zur Zeitdilatation.

 Lichtwelle

Licht ist, genau wie jede andere Form elektromagnetischer Strahlung, ein Gemisch aus einfachen Wellen, bei denen Maxima und Minima des elektromagnetischen Felds in schöner Regelmäßigkeit aufeinander folgen.

 LIGO

Laser-Interferometer-Gravitationswellenobservatorium: Das derzeit größte Detektorprojekt auf der Suche nach Gravitationswellen. Zu LIGO gehören drei interferometrische Gravitationswellendetektoren, einer mit vier und einer mit zwei Kilometern Armlänge in Hanford im US-Bundesstaat Washington, ein weiterer mit vier Kilometern Armlänge in Livingston im US-Bundesstaat Louisiana.

LIGO-Webseiten

 Linie

Geometrisches Gebilde mit nur einer Dimension - entweder als selbstständiger eindimensionaler Raum betrachtet (in jenem mathematischen Sinne, in dem ein Raum durchaus mehr oder weniger als 3 Dimensionen haben kann) oder eingebettet in einen anderen allgemeinen Raum wie eine auf ein Blatt Papier (in eine Fläche) gemalte Linie.

 LISA

Über 20 Jahre wurde LISA (Laser Interferometer Space Antenna) als Konzept eines weltraumbasierten Gravitationswellendetektors gemeinsam von den europäischen und amerikanischen Weltraumbehörden ESA und NASA voran getrieben. Infolge Finanzierungsschwierigkeiten bei der NASA wird derzeit eine Variante des ursprünglichen Konzepts, eLISA bzw. NGO genannt, die von der europäischen Seite allein finanziert werden könnte, von der ESA geprüft.

LISA-Webseiten der ESA
LISA-Webseiten der NASA

 Lithium

Chemisches Element, dessen Atomkerne je drei Protonen enthalten. Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie interessant, weil die Urknallmodelle Vorhersagen darüber machen, wieviel Kerne dieses und anderer leichter Elemente sich im frühen Universum gebildet haben sollten.

 Lockman Hole

Das Lockman Hole (wörtlich das Lockman-Loch) ist ein Himmelsbereich im Sternbild Großer Bär, rund 75 Mal so groß wie der Vollmond. Wer in diese Richtung in die Tiefen des Weltalls schaut, dem kommen innerhalb unserer Galaxis so gut wie keine Wolken neutralen Wasserstoffgases in die Quere, und das heißt: Der Blick in die Ferne, über unsere Galaxie hinaus, ist klar und ungetrübt. Dementsprechend ist das Lockman Hole eine der bestuntersuchtesten Regionen am Nachthimmel.

 logarithmisch

Art der graphischen Darstellung physikalischer Daten oder Zusammenhänge, bei der Werte entsprechend ihres Zehnerlogarithmus aufgetragen werden. Der Zehnerlogarithmus y=log(x) einer Zahl x ist die Zahl y, für die x=10y; der Logarithmus von 10 ist 1, der Logarithmus von 100 ist 2, und so weiter.

In normalen ("linearen") Diagrammen ist der Abstand zwischen den Werten 1 und 2 derselbe wie zwischen den Werten 2 und 3. In logarithmischer Darstellung ist der Abstand zwischen den Werten 1 und 10 derselbe wie zwischen 10 und 100 und wie zwischen 100 und 1000. Diese Art der Darstellung ist daher sehr hilfreich, wenn es darauf ankommt, die Entwicklung einer physikalischen Größe über einen Wertebereich von vielen Größenordnungen zu verfolgen.

 Lokale Gruppe

Derjenige Galaxienhaufen, zu dem die Galaxie gehört, in der wir uns befinden, unsere Milchstraße. Im kosmischen Maßstab ist die lokale Gruppe ein winzig kleiner Haufen - außer unserer Milchstraße gehören nur die Andromeda-Galaxie, die Galaxie M33 und einige Zwerggalaxien dazu (etwa die so genannten Magellanschen Wolken).

 Loop-Quantengravitation
Siehe unter Schleifen-Quantengravitation.
 Lorentz-Transformation

Bestandteil der Speziellen Relativitätstheorie: Satz von Vorschriften, der es erlaubt, zwischen zwei relativ zueinander bewegten Inertialsystemen zu vermitteln, insbesondere auszurechnen, wie sich die Ortsangaben und Zeitangabe (genauer: die Koordinaten), die einer der Beobachter einem gegebenen Ereignis zuordnet, zu den Ortsangaben und der Zeitangabe verhalten, die der andere Beobachter demselben Ereignis zuordnet.

 Lösung

Im Kontext der Allgemeinen Relativitätstheorie ist eine Lösung, genauer: eine Lösung der Einsteingleichungen, ein Modelluniversum, das den von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorgeschriebenen Gravitationsgesetzen genügt.

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