Spezielle Relativitätstheorie

Wir sind es aus dem Alltag gewohnt: Einige Aussagen sind absolut, einige sind relativ. Dass die Teekanne auf meinem Frühstückstisch links von der Tasse steht, ist aus meiner Sicht richtig. Aus Sicht eines Beobachters, der mir gegenübersitzt, steht die Kanne dagegen rechts von der Tasse. Links und rechts sind relativ – ob ein Objekt links oder rechts von einem anderen steht, hängt vom Beobachter ab. Darüber, dass die Tasse bis an den Rand gefüllt ist, sind sich ich, mein Gegenüber und jeder andere Beobachter am Tisch dagegen einig. Die Aussage ist in diesem Sinne absolut, nämlich nicht vom Beobachter abhängig.
Auch Einsteins Spezielle Relativitätstheorie beschäftigt sich mit der Frage, was relativ ist und was absolut – insbesondere, was Situationen betrifft, in denen sich Beobachter relativ zueinander bewegen. Verglichen mit unserer Alltagserfahrung kommt die Theorie dabei allerdings zu unerwarteten Ergebnissen, die freilich seither in einer Vielzahl von sorgfältigen Experimenten bestätigt worden sind und die das Verständnis der Physiker von Raum und Zeit grundlegend umgekrempelt haben.

Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 1: Relativ zum wem oder was?

Wenn die Einsteinschen Relativitätstheorien auch gerne scherzhaft (und falsch) zu „alles ist relativ“ verallgemeinert werden: Einsteins Ausgangsfrage nach Relativität und Absolutheit ist sehr viel eingeschränkter. Sie beschäftigt sich nur mit einer ganz speziellen Klasse von Situationen und Beobachtern. Paradebeispiel dafür wäre eine Region in den Tiefen des Weltraums, fernab von Sternen und Planeten (und damit […]

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Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 2: Das Relativitätsprinzip

Wenn wir uns Raumstationen vorstellen, die im ansonsten leeren Weltraum aneinander vorbei treiben, so sind die offensichtlichsten Beispiele für relative Aussagen solche über Geschwindigkeiten. Aus der Sicht des Beobachters A, der seine Raumstation als in Ruhe befindlich wahrnimmt, zieht die Raumstation des Beobachters B mit beachtlicher Geschwindigkeit vorbei: Aus Sicht des Beobachters B dagegen ruht […]

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Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 3: Die Relativität von Raum und Zeit

Überraschend an der Speziellen Relativitätstheorie ist, dass sich eine Reihe von möglichen Aussagen und Messergebnissen, die wir unserer Alltagserfahrung nach für absolut halten, als beobachterabhängig herausstellt. Das Paradebeispiel sind Aussagen zu Raum und Zeit, Längen und zeitlicher Dauer. So zeigt sich in Einsteins Theorie beispielsweise, dass Gleichzeitigkeit ein relatives Konzept ist – für zwei gegebene […]

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Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 4: Die konstante Lichtgeschwindigkeit

Im letzten Abschnitt hat sich vieles, was wir im Alltag als absolut betrachten, als beobachterabhängig-relativ herausgestellt. In diesem Abschnitt geht es um eine Größe, die, ebenso überraschend, unabhängig vom Beobachter und in diesem Sinne absolut ist: die Lichtgeschwindigkeit. Unserem Alltagsverständnis nach würden wir erwarten, dass zwei relativ zueinander bewegte Beobachter – selbst, wenn sie ihre […]

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Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 5: Raumzeit

Aus dem Alltag bekannt ist uns das Konzept des Raums, einer Art Bühne für die Objekte unserer Welt, die ihre Lage oder ihre sonstigen Eigenschaften mit der Zeit verändern. In der Speziellen Relativitätstheorie mit ihrer Relativität der Gleichzeitigkeit sind Raum und Zeit keine absoluten Strukturen mehr. Welche Elemente der zeitlichen Entwicklung zu einem gegebenen Zeitpunkt […]

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Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 6: E=mc²

Betreibt man relativistische Mechanik und untersucht, wie sich Objekte im Raum bewegen und wie ihre Bewegung durch äußere Kräfte beeinflusst wird, so ergibt sich ein weiterer relativistischer Effekt. In der vor-einsteinschen Physik war das Verhältnis der Stärke einer Kraft, die auf einen Körper wirkt, zu der Geschwindigkeitsänderung (der Beschleunigung) die der Körper daraufhin erfährt, konstant. […]

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Spezielle Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil Fazit

Der kurze Streifzug durch die Spezielle Relativitätstheorie zeigt, wie sehr diese Theorie unseren Alltagsvorstellungen von Raum und Zeit widerspricht. Bewegte Uhren gehen anders, die Lichtgeschwindigkeit ist für alle (Inertial-)Beobachter dieselbe, das Ergebnis von Längenmessungen hängt davon ab, wer sie vornimmt – all das ist für uns sehr ungewohnt. Dass dem so ist, und dass uns […]

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