SRT, TOE - unter diesen Abkürzungen verbirgt sich der fast jedem geläufige Begriff "Relativitätstheorie". Alles lässt sich in einfacher Sprache erklären, sogar die Aussage eines Genies, also verzweifeln Sie nicht, wenn Sie sich nicht an den Schulphysikkurs erinnern, denn tatsächlich ist alles viel einfacher als es scheint.
Die Geburt der Theorie
Also beginnen wir mit dem Kurs "Die Relativitätstheorie für Dummies". Albert Einstein veröffentlichte sein Werk 1905 und es erregte Aufsehen unter Wissenschaftlern. Diese Theorie deckte viele Lücken und Ungereimtheiten in der Physik des letzten Jahrhunderts fast vollständig ab, stellte aber darüber hinaus die Vorstellung von Raum und Zeit auf den Kopf. Vielen Zeitgenossen fiel es schwer, an viele Aussagen Einsteins zu glauben, aber Experimente und Studien bestätigten nur die Worte des großen Wissenschaftlers.
Einsteins Relativitätstheorie erklärte in einfachen Worten, womit die Menschen seit Jahrhunderten zu kämpfen hatten. Sie kann als Grundlage aller modernen Physik bezeichnet werden. Bevor wir jedoch weiter über die Relativitätstheorie sprechen, sollten wir das tunBegriffsfrage klären. Sicherlich sind viele beim Lesen populärwissenschaftlicher Artikel auf zwei Abkürzungen gestoßen: SRT und GRT. Tatsächlich bedeuten sie etwas andere Konzepte. Die erste ist die spezielle Relativitätstheorie und die zweite steht für "Allgemeine Relativitätstheorie".
Einfach komplex
SRT ist eine ältere Theorie, die später Teil von GR wurde. Es kann nur physikalische Prozesse für Objekte berücksichtigen, die sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegen. Die allgemeine Theorie kann beschreiben, was mit beschleunigten Objekten passiert, und auch erklären, warum Gravitonteilchen und Gravitation existieren.
Wenn es darum geht, die Bewegung und die Gesetze der Mechanik sowie das Verhältnis von Raum und Zeit bei Annäherung an Lichtgeschwindigkeit zu beschreiben - das kann die spezielle Relativitätstheorie leisten. Vereinfacht lässt sich das so erklären: Zum Beispiel haben dir Freunde aus der Zukunft ein Raumschiff geschenkt, das mit hoher Geschwindigkeit fliegen kann. Auf der Nase des Raumschiffs befindet sich eine Kanone, die mit Photonen auf alles vor ihm schießen kann.
Wenn ein Schuss abgefeuert wird, fliegen diese Teilchen relativ zum Schiff mit Lichtgeschwindigkeit, aber logischerweise sollte ein stationärer Beobachter die Summe zweier Geschwindigkeiten sehen (die Photonen selbst und das Schiff). Aber nichts dergleichen. Der Beobachter sieht Photonen, die sich mit 300.000 m/s bewegen, als ob die Geschwindigkeit des Schiffes null wäre.
Die Sache ist die, egal wie schnell sich ein Objekt bewegt, die Lichtgeschwindigkeit ist ein konstanter Wert.
DiesDie Aussage ist die Grundlage für erstaunliche logische Schlussfolgerungen wie Verlangsamung und Zeitverzerrung, abhängig von der Masse und Geschwindigkeit des Objekts. Viele Science-Fiction-Filme und -Serien basieren darauf.
Allgemeine Relativitätstheorie
Eine umfangreichere Allgemeine Relativitätstheorie lässt sich mit einfachen Worten erklären. Zunächst sollten wir berücksichtigen, dass unser Raum vierdimensional ist. Zeit und Raum sind in einem solchen „Subjekt“als „Raum-Zeit-Kontinuum“vereint. In unserem Raum gibt es vier Koordinatenachsen: x, y, z und t.
Aber Menschen können vier Dimensionen nicht direkt wahrnehmen, genauso wie eine hypothetische flache Person, die in einer zweidimensionalen Welt lebt, nicht in der Lage ist, nach oben zu schauen. Tatsächlich ist unsere Welt nur eine Projektion des vierdimensionalen Raums in den dreidimensionalen Raum.
Eine interessante Tatsache ist, dass sich Körper nach der allgemeinen Relativitätstheorie nicht verändern, wenn sie sich bewegen. Die Objekte der vierdimensionalen Welt sind nämlich immer unverändert, nur ihre Projektionen ändern sich bei Bewegung, was wir als Zeitverzerrung, Verkleinerung oder Vergrößerung usw. wahrnehmen.
Fahrstuhlexperiment
Die Relativitätstheorie lässt sich mit Hilfe eines kleinen Gedankenexperiments ganz einfach erklären. Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Aufzug. Die Kabine setzte sich in Bewegung und Sie befanden sich in einem Zustand der Schwerelosigkeit. Was ist passiert? Das kann zwei Gründe haben: Entweder ist der Fahrstuhl drinWeltraum oder befindet sich im freien Fall unter dem Einfluss der Schwerkraft des Planeten. Das Interessanteste ist, dass es unmöglich ist, die Ursache der Schwerelosigkeit herauszufinden, wenn es keine Möglichkeit gibt, aus der Aufzugskabine herauszuschauen, d.h. beide Prozesse sehen gleich aus.
Vielleicht kam Albert Einstein nach einem ähnlichen Gedankenexperiment zu dem Schluss, dass, wenn diese beiden Situationen nicht voneinander zu unterscheiden sind, der Körper unter dem Einfluss der Schwerkraft tatsächlich nicht beschleunigt, sondern eine gleichförmige Bewegung ist die unter dem Einfluss eines massiven Körpers (in diesem Fall Planeten) gekrümmt wird. Somit ist beschleunigte Bewegung nur eine Projektion einer gleichförmigen Bewegung in den dreidimensionalen Raum.
Veranschaulichendes Beispiel
Noch ein gutes Beispiel für "Relativität für Dummies". Es ist nicht ganz richtig, aber es ist sehr einfach und klar. Wenn irgendein Gegenstand auf einen gespannten Stoff gelegt wird, bildet er darunter eine „Umlenkung“, einen „Trichter“. Alle kleineren Körper werden gezwungen sein, ihre Flugbahn entsprechend der neuen Raumkrümmung zu verzerren, und wenn der Körper wenig Energie hat, kann er diesen Trichter überhaupt nicht überwinden. Aus Sicht des sich bewegenden Objekts selbst bleibt die Flugbahn jedoch gerade, sie werden die Krümmung des Raums nicht spüren.
Schwerkraft "herabgestuft"
Mit dem Aufkommen der allgemeinen Relativitätstheorie hat die Schwerkraft aufgehört, eine Kraft zu sein, und begnügt sich nun mit der Position einer einfachen Folge der Krümmung von Zeit und Raum. Die Allgemeine Relativitätstheorie mag fantastisch erscheinen, aber sie funktioniertVersion und experimentell bestätigt.
Viele scheinbar unglaubliche Dinge in unserer Welt lassen sich durch die Relativitätstheorie erklären. Vereinfacht gesagt nennt man solche Dinge Folgen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Beispielsweise werden Lichtstrahlen, die im Nahbereich von massiven Körpern fliegen, gebogen. Darüber hinaus sind viele Objekte aus dem fernen Weltraum hintereinander verborgen, aber aufgrund der Tatsache, dass die Lichtstrahlen andere Körper umkreisen, stehen unserem Blick (genauer gesagt dem Blick des Teleskops) scheinbar unsichtbare Objekte zur Verfügung. Es ist, als würde man durch Wände schauen.
Je größer die Schwerkraft, desto langsamer fließt die Zeit auf der Oberfläche eines Objekts. Das gilt nicht nur für massereiche Körper wie Neutronensterne oder Schwarze Löcher. Der Effekt der Zeitdilatation kann sogar auf der Erde beobachtet werden. Beispielsweise sind Satellitennavigationsgeräte mit den genauesten Atomuhren ausgestattet. Sie befinden sich in der Umlaufbahn unseres Planeten, und dort tickt die Zeit etwas schneller. Hundertstelsekunden an einem Tag summieren sich zu einer Zahl, die bis zu 10 km Fehler bei der Routenberechnung auf der Erde ergibt. Es ist die Relativitätstheorie, die es uns erlaubt, diesen Fehler zu berechnen.
In einfachen Worten können wir Folgendes sagen: Die Allgemeine Relativitätstheorie liegt vielen modernen Technologien zugrunde, und dank Einstein können wir leicht eine Pizzeria und eine Bibliothek finden eine unbekannte Gegend.
