Sie sind hier: Startseite Lexikon
Benutzerspezifische Werkzeuge

Lexikon

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

 Satellitennavigation

Systeme aus Satellitensendern und mobilen Empfängern, die es ermöglichen, die Position im Raum (und nebenbei auch den Zeitpunkt) mit großer Präzision festzustellen. Wichtig etwa für Navigationssysteme für Flugzeug und Autos, und gleichzeitig eine industrielle Anwendung von Einsteins Spezieller und Allgemeiner Relativitätstheorie: Würden die Effekte, die diese Theorien für den Lauf bewegter Uhren in Gravitationsfeldern vorhersagen, nicht berücksichtigt, wäre die Positionsbestimmung unakzeptabel ungenau.

Auf das Funktionsprinzip solcher Systeme und ihren Bezug zur Relativitätstheorie wird in den Vertiefungsthemen Relativität und Satellitennavigation und Zeitbestimmung mit Radiosignalen - von der Funkuhr zur Satellitennavigation eingegangen.

Das bekannteste Beispiel für Satellitennavigation ist das Global Positioning System.

 Sauerstoff

Chemisches Element, bei dem der Atomkern acht Protonen und üblicherweise acht Neutronen enthält.

Sauerstoffkerne entstehen im Inneren von Sternen, aber nicht bei der Bildung der leichten Elemente in der Frühzeit des Universums (primordiale Nukleosynthese). Sie sind daher ein wichtiger Indikator für Astronomen bei dem Versuch, die Elementhäufigkeiten im frühen Universum zu rekonstruieren. Weitere Informationen hierzu bietet das Vertiefungsthema Der Blick in die chemische Vergangenheit.

 Scheinkräfte

Ein Beobachter, der kein Inertialbeobachter ist, muss zusätzliche Kräfte einführen, wenn er mit Hilfe des mechanischen Gesetzes "Kraft gleich Masse mal Beschleunigung" die Bewegung der Körper um sich herum erklären will. Diese zusätzlichen Kräfte heißen in der Physik Scheinkräfte. Sie wirken gewissermaßen von außen auf die betroffenen Körper, im Unterschied zu "echten" Kräften wie elektrischer, magnetischer oder Schwerkraft, für die sich jeweils angeben lässt, welcher Körper dort auf einen anderen Körper einwirkt.

Bekanntestes Beispiel: Ein mitbewegter Beobachter auf einem sich drehenden Kettenkarussell muss die Zentrifugalkraft einführen, wenn er erklären will, wie die Sitze des Kettenkarussells nach außen gezogen werden.

 Scherung

Im allgemeinen wird sich ein ausgedehnter Körper im freien Fall aufgrund von Gezeiteneffekten verformen. Fällt beispielsweise ein Körper Richtung Erde, dann wirkt auf die erdnäheren Partien eine minimal stärkere Gravitationskraft als auf die erdferneren, und der Körper wird ein wenig in die Länge gezogen. Einige der Deformationen verändern das Volumen des Körpers; derjenige Anteil der Verformungen, der nicht das Volumen betrifft, sondern lediglich die Form des Körpers ändert, heißt Scherung. Einige Beispiele für Scherung finden sich im Vertiefungsthema Singularitäten als Raumzeit-Knetmaschinen.

 Schleifen-Quantengravitation

Ansatz für eine Theorie der Quantengravitation, der auf geometrische Art und Weise versucht, die Aussagen der Allgemeine Relativitätstheorie mit der Sprache der Quantentheorie zu formulieren.

Eine Kurzbeschreibung liefert die Seite Gravitation in Schleifen im Kapitel Relativität und Quanten von Einstein für Einsteiger.

 Schwache Kraft

Eine der Grundkräfte im Standardmodell der Elementarteilchen, verantwortlich für bestimmte radioaktive Umwandlungsprozesse wie jenen, bei dem ein Proton unter Aussendung eines Positrons und eines Neutrinos zu einem Neutron wird.

 schwaches Äquivalenzprinzip

Synonym: Universalität des freien Falls.

An ein und demselben Ort in einem Gravitationsfeld (und damit, näherungsweise, überall hier auf der Erdoberfläche) fallen alle Körper gleich schnell - zumindest, wenn sonstige Einflüsse (etwa Reibungskräfte) ausgeschaltet werden. Genauer: In solch einer Situation erfahren alle Körper dieselbe Beschleunigung. Dieser Umstand wird als "Universalität des freien Falls" oder als "schwaches Äquivalenzprinzip" bezeichnet, und er steht am Anfang von Einsteins Entwicklung seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (nähere Informationen bietet das Vertiefungsthema Kabine, Schwerkraft und Rakete: Das Äquivalenzprinzip).

In einer Theorie wie der von Newton, in der Gravitation als eine Kraft beschrieben wird, ist das schwache Äquivalenzprinzip gleichwertig mit der Aussage, dass zwei verschiedene Definitionen des Begriffs Masse übereinstimmen - in Kurzform: "träge Masse ist gleich schwere Masse". Weitere Informationen hierzu bietet das Vertiefungsthema Träge und schwere Masse.

 Schwarzer Körper

Idealisierter Körper, der alle Formen elektromagnetischer Strahlung absorbieren und emittieren kann, unabhängig von deren Wellenlänge. Für die von solch einem Körper ausgehende Wärmestrahlung gelten besonders einfache Gesetze, wie das Plancksche Strahlungsgesetz, das Stefan-Boltzmann-Gesetz und das Wiensche Verschiebungsgesetz.

 Schwarzes Loch

Raumgebiet, das im Vergleich mit seiner Ausdehnung so viel Masse enthält, daß sich eine kosmische Einbahnstraße bildet - eine Raumregion, in die Materie und Licht zwar von außen hereinfallen können, die aber nichts, was hineingefallen ist, jemals wieder verlassen kann.

Grundlegende Informationen zu diesem zentralen Phänomen der Einsteinschen allgemeinen Relativitätstheorie sind im Abschnitt Schwarze Löcher und Co. von Einstein für Einsteiger zu finden.

Im Rahmen von Einsteins Theorie gilt: Da Schwarzen Löchern nichts entkommen kann, sind sie tatsächlich schwarz - sie strahlen insbesondere keinerlei Licht ab. Bezieht man die Quantentheorie mit ein, ergibt sich, dass Schwarze Löcher trotzdem strahlen - sie senden so genannte Hawkingstrahlung aus. Für die astrophysikalischen Schwarzen Löcher (mit Massen größer als die Sonnenmasse) ist dieser Effekt freilich so klein, dass er selbst in direkter Nachbarschaft des Schwarzen Lochs nicht nachweisbar wäre.

Informationen zu einer Reihe weiterer Aspekte der Physik Schwarzer Löcher finden sich bei den Vertiefungsthemen in der Kategorie Schwarze Löcher & Co..

 Schwarzschildlösung

Eine bestimmte Lösung der Einstein-Gleichungen: Sie beschreibt ein Modelluniversum, in dem sich ein einsames, kugelsymmetrisches Schwarzes Loch befindet. Die Lösung ist außerdem wichtig, weil ihre Außenregionen in guter Näherung die Raumzeitverzerrung rund um fast kugelsymmetrische Gebilde wie die Sonne oder die Erde beschreiben. Alle nicht rotierenden, elektrisch ungeladenen Schwarzen Löcher entwickeln sich im Laufe der Zeit zu Schwarzschild-Löchern (siehe das Vertiefungsthema Wieviele verschiedene Arten von Schwarzen Löchern gibt es?).

 Schwarzschildradius

Der Schwarzschildradius ist ein Maß für die Ausdehnung eines kugelsymmetrischen Schwarzen Loches. Er ist definiert über den Flächeninhalt des Horizonts des Schwarzen Loches: In der üblichen Schulgeometrie hängen Radius und Flächeninhalt einer Kugelfläche zusammen als

Flächeninhalt = 4 mal Pi mal (Radius)2.

 

Der Schwarzschildradius ist indirekt definiert über die Formel Horizontfläche = 4 mal Pi mal (Schwarzschildradius)2.

 

Er ist direkt proportional zur Masse des Schwarzen Loches.

Allgemein gilt: Wer Materie in Kugelform immer weiter zusammenpresst erzeugt damit ein Schwarzes Loch, sobald der Kugelradius kleiner wird als der Schwarzschildradius.

 schwere Masse

Eine Möglichkeit, die Masse zu definieren, nutzt ihre Rolle als Gravitationsladung aus - Masse ist ein Maß dafür, wie stark Körper an der Gravitationswechselwirkung teilnehmen. Wo es darauf ankommt, dass diese Massendefinition gemeint ist, aber z.B. nicht die der Masse als Maß für die Trägheit eines Körpers (träge Masse) benutzt man den Begriff schwere Masse.

Will man noch genauer differenzieren, kann man zusätzlich noch unterscheiden zwischen dem Maß dafür, wie ein Körper von einem gegebenen Gravitationsfeld beeinflusst wird ("passive schwere Masse") und wie er andere Körper vermittels der Gravitation beeinflusst ("aktive schwere Masse").

Weitere Informationen zu diesem Begriff bietet das Vertiefungsthema Träge und schwere Masse.

 Schwerebeschleunigung

Welche Beschleunigung ein Körper im freien Fall an einem gegebenen Ort innerhalb eines Gravitationsfeldes erfährt, ist unabhängig von den Eigenschaften des Körpers (Universalität des freien Falls). Anstatt die Gravitationswirkung als Kraft zu beschreiben, kann man daher auch gleich die für alle Körper gültige Beschleunigung angeben, die Schwerebeschleunigung genannt wird.

Nahe der Erdoberfläche beträgt die Schwerebeschleunigung rund 9,81 m/s².

 Schwerelosigkeit

Von der Erde sind wir gewohnt, dass auf alle Körper eine Schwerkraft wirkt, die sie gen Erdboden zieht - ihre "Schwere". Ist solch eine Kraft abwesend, und bleiben Körper, die man im Raum platziert, dort ganz einfach schweben, befinden wir uns in der Schwerelosigkeit.

Es gibt zwei Arten von Situation, in denen Schwerelosigkeit auftritt: Erstens, wenn man sich weit hinaus in den Weltraum begäbe, soweit entfernt von allen Körpern großer Masse, dass deren Gravitationseinfluss vernachlässigbar wird. Zweitens im freien Fall - diese Art von Schwerelosigkeit herrscht beispielsweise auf der Internationalen Raumstation, die sich auf einer Erdumlaufbahn und damit im freien Fall um die Erde befindet. Dass beide Arten von Schwerelosigkeit bei nicht allzu genauem Hinschauen nicht voneinander zu unterscheiden sind, ist die Aussage des Äquivalenzprinzips, eines der Bausteine der Allgemeinen Relativitätstheorie.

 Schwerkraft

Synonym: Gravitation. Im engeren Sinne ist Schwerkraft synonym zur Gravitationskraft der klassischen, Newtonschen Gravitationstheorie, im weiteren Sinne wird das Wort oft auch für die Gravitation der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie verwendet - obwohl die Gravitation dort eigentlich keine Kraft ist, die Körper von ihren geraden Bahnen ablenkt, sondern eine Eigenschaft der Raumzeit-Geometrie

 Sekunde

Zeiteinheit im Internationalen Einheitensystem. Definiert über die Schwingungsdauer der elektromagnetischen Strahlung, die bei einem bestimmten Übergang in der Elektronenhülle von Atomen des Typs Cäsium-133 freigesetzt wird.

 Shapiro-Effekt
Siehe Lichtlaufzeitverzögerung, relativistische
 SI (Système International d'Unités, Internationales Einheitensystem)

Das weltweit einheitliche System der Maßeinheiten, eingeführt 1960. Von den sieben SI-Basiseinheiten sind im Zusammenhang mit Einstein Online vor allem das Meter als Längeneinheit, die Sekunde als Zeiteinheit, das Kilogramm als Einheit der Masse und das Kelvin als Temperatureinheit wichtig. Aus den Basiseinheiten können alle anderen SI-Einheiten durch Multiplizieren oder Dividieren abgeleitet werden, die Einheit für die Geschwindigkeit beispielsweise als Quotient der Längen- und der Zeiteinheit, Meter pro Sekunde.

Informationen zum SI auf den Webseiten der PTB

 Singularität

Irregulärer Rand an Raumzeiten der Allgemeinen Relativitätstheorie; oft wird dort die Krümmung der Raumzeit unendlich groß. Laut allgemeiner Relativitätstheorie enthält jedes Schwarze Loch in seinem Inneren eine Raumzeitsingularität, und auch den Anfang von expandierenden Universen wie dem unsrigen bildet eine Singularität, ein so genannter Urknall. Das Auftreten solcher Singularitäten entspricht einem Versagen der Allgemeinen Relativitätstheorie - um die entsprechenden Raumzeitbereiche zutreffend zu modellieren, dürfte eine Theorie der Quantengravitation nötig sein.

Weitere Informationen über Singularitäten bieten die Vertiefungsthemen Raumzeitsingularitäten und Singularitäten als Raumzeit-Knetmaschinen.

 Singularitätentheoreme

Theoreme, bewiesen durch Roger Penrose und Stephen Hawking, die besagen, dass, die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie und einige allgemeine Annahmen über Materieeigenschaften zugrundegelegt, sowohl im Inneren eines Schwarzen Lochs wie auch am Anfang eines Urknall-Universums zwangsläufig eine Raumzeit-Singularität existieren muss.

 Sinus

Der Sinus ist eine mathematische Funktion, bei der mit perfekter Regelmäßigkeit Maxima auf Minima folgen und umgekehrt, so wie hier dargestellt:

Sinuskurve

Sinuswellen sind die einfachsten vorstellbaren Wellen, bei denen die Aufeinanderfolge von Wellenbergen und -tälern gerade durch die Sinusfunktion beschrieben wird.

 Sitter, de
Siehe Präzession, de Sitter-
 Skalarfeld

Ist jedem Ort in einer Raumregion während eines gewissen Zeitraums zu jedem Moment ein bestimmter Wert einer gegebenen physikalischen Größe zugeordnet, so sprechen Physiker von einem Feld der betreffenden Größe. Lässt sich die Größe durch einen einzigen Zahlenwert beschreiben, dann handelt es sich um ein Skalarfeld.

Beispiele für Skalarfelder sind ein Temperaturfeld, das jedem Ort im Raum die Temperatur der dort befindlichen Materie zuordnet, oder ein Gravitationspotential. Ein Beispiel für ein Feld, das kein Skalarfeld ist, ist das Gravitationsfeld - bei diesem Feld ist jedem Ort nicht nur ein Zahlenwert (die Stärke der Gravitationskraft) sondern zusätzlich noch eine Richtung zugeordnet (die Richtung der Gravitationskraft, vgl. Vektorfeld).

Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist der Begriff des Skalarfeldes noch enger gefasst - dort wird beispielsweise noch unterschieden, ob es sich bei der betreffenden Größe um eine Dichte handelt, bei deren Definition die Volumenmessung (und damit die Raumgeometrie) eine Rolle spielt, oder nicht.

 Sonne

Zentrale Masse unseres Sonnensystems; der uns nächste Stern; Gasball mit einem Radius von 700 000 km und einer Masse von 1,989·1030 Kilogramm (Probleme mit Ausdrücken wie 1030? Siehe den Eintrag Zehn-Hoch-Schreibweise), in dessen Innerem Kernfusionsprozesse ablaufen, die letzendlich für das stetige Leuchten der Sonne verantwortlich sind.

 Sonnenmasse

Die Masse der Sonne beträgt 1,989·1030 Kilogramm.

(Probleme mit Ausdrücken wie 1030? Siehe den Eintrag Zehn-Hoch-Schreibweise)

In der Astronomie wird die Sonnenmasse häufig als Masseneinheit verwendet ("Die Masse dieses Sterns beträgt 3 Sonnenmassen").

 Sonnensystem

Unsere nähere kosmische Nachbarschaft, bestehend aus dem uns nächsten Stern, der Sonne, den neun Planeten, die um sie kreisen und diversen kleineren Himmelskörpern, Staub und Gas.

In Bezug auf die Relativitätstheorie ist das Sonnensystem vor allem als Laboratorium interessant, in dem sich Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überprüfen lassen - insbesondere jene, die von den Vorhersagen der klassischen, Newtonschen Gravitationstheorie abweichen. Beispiele sind die relativistische Periheldrehung der Planetenbahnen, die Lichtablenkung am Sonnenrand sowie relativstische Lichtlaufzeit-Verzögerungen.

 Sonnenzeit

Zeitkoordinate, die ihre Zeiteinheit aus der Rotation der Erde ableitet. Vereinfacht gesagt ist ein mittlerer Sonnentag das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mittagen (zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sonnenhöchstständen), gemittelt über das ganze Jahr. Eine Sonnensekunde ist ein 86400tel eines solchen mittleren Sonnentages (1 Tag = 24 Stunden = 1440 Minuten = 86400 Sekunden); bis Ende der 1960er Jahre beruhte die Definition der Zeiteinheit Sekunde in dieser oder ähnlicher Weise auf der Erdrotation.

Die moderne Zeitmessung leitet sich nicht mehr von der Erdrotation, sondern von atomaren Prozessen ab. Die Sekunde des internationalen Einheitensystems nutzt Eigenschaften bestimmter Cäsiumatome als Referenzgröße, und die Weltzeit UTC (Coordinated Universal Time) verwendet eine Gruppe von Atomuhren, um ihre Zeiteinheit zu bestimmen - allerdings werden dabei in unregelmäßigen Abständen zusätzliche Sekunden eingeschoben, um sicherzustellen, dass UTC und Sonnenzeit nur minimal voneinander abweichen (weitergehende Informationen zur UTC bietet das Vertiefungsthema Wie Zeit gemacht wird).

 Space Telescope Science Institute

Institut in Baltimore, USA, dass das Hubble-Weltraumteleskop betreibt.

Webseiten des Space Telescope Science Institute

 Spektrum

Die elektromagnetische Strahlung, die man aus einer bestimmten Quelle empfängt, ist in der Regel ein Gemisch auf elektromagnetischen Wellen der verschiedensten Frequenzen, und ein Spektrum ist so etwas wie die Inhaltsangabe des Gemischs: Wieviel der Strahlungsenergie entfällt auf Wellen dieser einen Frequenz? Wieviel auf jene andere Frequenz?

 Spezielle Relativitätstheorie

Von Albert Einstein formulierte Theorie über die Grundlagen von Raum, Zeit und Bewegung, allerdings ohne Einbeziehung der Gravitation. Eine kurze Einführung bietet der Abschnitt Spezielle Relativitätstheorie von Einstein für Einsteiger.

Weitergehende Informationen zu ausgewählten Aspekten der speziellen Relativitätstheorie und ihrer Anwendungen bieten unsere Vertiefungsthemen der Kategorie Spezielle Relativitätstheorie.