Die relativitätstheorie besagt, das Raum und Zeit nicht fest( absolut) sondern sich verändern können( relativ), richtig?

Hallo Starscream2811,

die Formulierung "fest sein" bzw. "sich verändern können" ist missverständlich.

Mit "absolut" ist nicht gemeint, dass eine Größe unveränderlich ist, sondern dass ihr Wert zu einem gegebenen Zeitpunkt unabhängig davon ist, welches Koordinatensystem man verwendet.

Die elektrische Ladung, die ein Körper trägt, nachdem ich ihn aufgeladen habe, ist eine solche absolute Größe. Das heißt aber nicht, dass er sich nicht im Laufe der Zeit – oder bei leitendem Kontakt auch ganz plötzlich – entladen könnte.

Was definitiv nicht absolut ist, sind Koordinatendifferenzen und Komponenten von Vektorgrößen, also Größen mit Richtung. Stell Dir z.B. zwei Pfosten P₁ und P₂ vor, sodass P₂ Δz=40m nördlich und Δx=30m östlich von P₁ liegt. Wenn wir statt eines an den Himmelsrichtungen ausgerichteten Koordinatensystems eines wählen, dessen z°- Richtung einer Straße folgt, deren Leitpfosten P₁ und P₂ sind, haben wir Δz°=50m und Δx°=0.

Was sich dabei nicht verändert, ist die Entfernung Δs = 50m zwischen P₁ und P₂ bzw. deren Quadrat

(1) Δs² = Δz² + Δx² ≡ Δz°² + Δx°²,

nämlich 2500m². PYTHAGORAS lässt grüßen.

So ähnlich ist das auch in der Raumzeit, nur dass an die Stelle von Orten oder Pfosten Ereignisse stehen. Und die Zeit, genauer die von einer bestimmten Bezugs-Uhr U aus ermittelte Zeit t, ist dabei selbst eine Koordinate in einem von einem gegebenen Zeitpunkt auf U aus definierten Koordinatensystem Σ und heißt daher auch Σ- oder U- Koordinatenzeit. So heißt insbesondere auch die von U aus ermittelte Zeitspanne Δt = t₂ − t₁ zwischen zwei Ereignissen Ě₁ und Ě₂.

Eine weitere Uhr U' bewege sich mit konstanter 1D-Geschwindigkeit v (z.B. In x-Richtung von Σ).

Δt' = t'₂ − t'₁ ist natürlich die zeitliche Koordinatendifferenz zwischen Ě₁ und Ě₂ in jedem von U' aus definierten Koordinatensystem, z.B. Σ', in dem sich U mit v in −x-Richtung bewegt. Sie wird sich im Allgemeinen von Δt unterscheiden.

Dies ist allerdings nicht das, woher die Relativitätstheorie hat ihren Namen hat. Sie hat ihn von GALILEIs Relativitätsprinzip (RP), demzufolge Σ und Σ' physikalisch gleichwertig sind. Anders gesagt: Einige physikalische Größen selbst haben in Σ und Σ' unterschiedliche Werte, aber die grundlegenden Beziehungen zwischen ihnen (nichts anderes sind Naturgesetze) sind dieselben.

Dieses Prinzip war schon in der NEWTONschen Mechanik (NM) bekannt; die NM - Umrechnungsmethode zwischen Σ und Σ' wird GALILEI- Transformation (GT) genannt und ist geometrisch betrachtet eine Scherung in der Raumzeit, die Zeitspannen unverändert (invariant) lässt.

Allerdings gehören zu den Naturgesetzen auch MAXWELLs Grundgleichungen der Elektrodynamik und damit auch die elektromagnetische Wellengleichung, und die lässt die GT nicht invariant.

Daher gilt das RP entweder nicht streng, die Elektrodynamik ist nicht so fundamental wie die Mechanik – sie gilt in der Form nur in relativ zu einer Trägersubstanz namens Äther ruhenden oder zumindest nur lagsam bewegtem Systemen – oder die GT müssen modifiziert werden.

GALILEI meets MAXWELL

Da wesentliche Experimente keine Abweichung vom RP festgestellt haben, modifizierte u.a. LORENTZ die GT so, dass, geometrisch gesprochen, eine hyperbolische Drehung dabei herauskam. Dennoch war EINSTEIN der erste, der ausschließlich durch Anwendung des RP auf MAXWELLs Elektrodynamik darauf kam und darüber hinaus herausfand, dass jede Energie "was wiegt".

Sein früherer Mathematikprofessor MINKOWSKI fand heraus, dass es in der Raumzeit einen absoluten Abstand zwischen je zwei Ereignissen gibt, dessen Quadrat sich wahlweise als

(2.1) Δt² − Δs²⁄c² ≡ Δt'² − Δs'²⁄c² =: Δτ²

oder als

(2.2) Δs² − c²Δt² ≡ Δs'² − c²Δt'² =: Δς²

schreiben lässt. Man sieht sofort, dass mathematisch Δς² = −c²Δτ² und daher Δς = ±i∙cΔτ ist, wobei i die imaginäre Einheit ist, die "Kunst- Zahl" mit der Eigenschaft i² = −1. Es ist also immer nur eine der beiden reell, die andere imaginär – oder beide sind gleich Null.

Aber was bedeuten Δτ und Δς konkret, physikalisch? Einen Anhaltspunkt liefern Sonderfälle, in denen entweder Δs oder Δt gleich Null ist.

In einem Koordinatensystem, in dem Δs = 0 ist – physikalisch bedeutet das, dass die Ereignisse in diesem Universum gleichortig sind – ist Δt = Δτ. Daher nennt man Δτ auch die Eigenzeit.

-- Baustelle --

Naja, kaum etwas anderes wurde theoretisch UND praktisch experimentell so oft bestätigt und untermauert wie die RT (ART und SRT).

Von daher hat sie sehr viel Gewicht und ein äußerst stabiles Fundament.

In den letzten Jahren kamen Erkenntnisse und Beobachtungen hinzu die unter Einbeziehung der RT teilweise noch nicht erklärbar sind. Es entstanden einige (bislang noch) Paradoxa. Dazu muss man allerdings sagen, dass die RT damit keineswegs widerlegt ist, es widerspricht sich nicht direkt, es ist nur noch nicht verstanden wie es vereinbart werden kann. Das könnte, so zeigten es einige andere Fälle die einst auch als unvereinbar galten, auch hier zb an unbekannten Parametern oder Faktoren liegen. So zb hat die Entdeckung der beschleunigten und nicht wie zuvor angenommen konstanten Inflation (Ausdehnung) des Universums (genauer gesagt des Raumes) viele Fragen beantwortet, Rätsel gelöst und ehemalige (angebliche) Paradoxa aufgeklärt.

Die RT so wie sie aktuell steht, ist vllt nicht das letzte Wort, einzelne Aspekte werden erweitert werden können, aber Stand jetzt ist nicht widerlegt, im Gegenteil nur wieder und wieder bestätigt und jede Ergänzung stützt dies.

Als simplen Vergleich dazu könnte man sagen:

1+1=2

2+1=3

…

1000+1=1001

Und mit jeder weiteren +1 stellen wir fest… es ist immer einer mehr als vorher.

In der Wissenschaft, allen voran den Naturwissenschaften, gilt: Wir streben danach Fehler und Lücken zu minimieren. Eine aufgestellte Theorie muss falsifizierbar sein, um sie zu bestätigen, aber die absolute Wahrheit gibt es nicht. Wir werden immer nur sagen können „A ist falsch.“, das ist aber was anderes als „B ist richtig.“

Ja, ganz grob ist die Aussage im Kern richtig, aber eben vereinfacht.

Raum und Zeit sind keine absoluten, unveränderlichen Größen, sondern hängen von verschiedenen Faktoren ab, z.B. der Geschwindigkeit.

Wie schnell die Zeit für jemanden vergeht, hängt vom Bewegungszustand des Beobachters ab.

Raum und Zeit sind also veränderlich und abhängig von Dingen wie Geschwindigkeit, Masse usw.

Ich habe die Realivitätstheorie mal folgendermaßen erklärt gelesen:

Einstein hat folgendes Gedankenexperiment gemacht: Angenommen, man fliegt mit einem Raumschiff mit der maximalen Geschwindigkeit, also Lichtgeschwindigkeit, und wirft dann z.B. eine Taschenlampe aus dem Fenster.

Laut den physikalischen Gesetzen müsste die Taschenlampe dann wegen der Beschleunigung schneller als das Raumschiff fliegen.

Aber: Dann würde sie sich schneller als Licht bewegen, und das ist unmöglich. Es gibt also einen Widerspruch.

Deshalb hatte Einstein folgende Theorie:

Bei extrem hohen Geschwindigkeiten muss die Zeit langsamer vergehen.

Würde man also theoretisch ein bemanntes Raumschiff mit extrem hoher Geschwindigkeit durch das All fliegen lassen, würden die Astronauten laut der Realivitätstheorie langsamer altern als die Menschen auf der Erde.

Dieses Experiment lässt sich natürlich nicht tatsächlich durchführen. Deshalb ist es auch nur eine Theorie - aber eine sehr wahrscheinliche.

Das ist möglicherweise nicht ganz richtig formuliert. Wichtig zu bemerken ist dabei, dass der (zeitliche und räumliche) Abstand zwischen zwei Ereignissen A und B nicht einfach so ganz beliebig "verändert" werden kann, sondern von dem Ort und dem Bewegungszustand des Beobachters C abhängig ist, welcher die Ereignisse A und B beobachtet.