Einsteins Relativitätstheorie?
halloo, mir war langweilig und ich habe dann ein video auf youtube über die allgemeine und spezielle Relativitätstheorie angeschaut.
Aber erstmal habe ich nicht verstanden inwiefern masse äquivalent zu energie ist (E=mc^2) und was genau die Gravitation nun darstellt, wenn es keine Kraft zu sein scheint, weil sie ja das gleiche wie Beschleunigung ist. Also wie kann ich mir das vorstellen. Und die letzte Frage ist, warum die Relativitätstheorie zutreffend ist. Also z.B, warum vergeht bei hoher Geschwindigkeit die zeit langsamer?
5 Antworten
Du hast den falschen Ansatz: Physik klärt das „Wie?“ und nicht das „Warum?“.
Die Relativitätstheorie beschreibt so gut es geht die Welt wie sie ist. Sie trifft nach allem was wir wissen und messen zu.
Natürlich kannst Du Gravitation auch als Kraft beschreiben und tust es in der klassischen Mechanik ja auch durchgehend. Du kannst Gravitation aber auch als Raumkrümmung darstellen. Das heißt NICHT, dass der Raum gekrümmt ist. Es heißt, dass es sinnvoll ist, so zu rechnen. Physik kennt keine Wahrheit, sondern Plausibilität.
Dass die Zeit für einen außen stehenden Beobachter (und nur den!) langsamer vergeht ist direkte Folge davon, dass es keinen absoluten Raum gibt. Und damit keine absolute Geschwindigkeit. Egal wie Du Dich bewegst: Licht bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit von Dir weg. In Deinem Bezugssystem.
Selbst Physiker benutzen Begriffe falsch: Es gibt nicht "Dein Bezugssystem", sondern allenfalls ein Ruhesystem von Dir, d.h., ein Koordinatensystem, das Dich als unbewegt beschreibt.
Was das Bezugssystem angeht, hast Du freie Wahl: Von mehreren relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegten Körpern kannst Du jeden als ruhend betrachten und ein Ruhesystem dieses Körpers als Bezugssystem benutzen.
Hallo Heyyyy123,
auf fundamentaler Ebene erklärt die Physik nicht, sie beschreibt. Sie liefert Antworten darauf, in welchen Beziehungen einzelne physikalische Größen stehen, kann aber nicht die – eher philosophische – Frage beantworten, warum.
Es ist sinnvoll, schon von vornherein das Konzept der Raumzeit einzuführen. Der Weg des "Jetzt" eines Körpers B durch die Raumzeit heißt seine Weltlinie (kurz WL) und ist zugleich die Zeitachse eines von B aus definierten Koordinatensystems Σ. Die Geschwindigkeit v› eines anderen Körpers B' relativ zu B ist die Neigung seiner WL (= Zeitachse eines von B' aus definierten Koordinatensystems Σ').
Aber erstmal habe ich nicht verstanden inwiefern masse äquivalent zu energie ist (E=mc^2) ...
In der NEWTONschen Mechanik (kurz NM) werden Masse und Energie als zwei separate Größen beschrieben, aber die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) hat sie als eine und dieselbe Größe entlarvt. Masse ist Energie. Und jede Energie "wiegt was", d.h., sie trägt zur Trägheit eines Körpers bei und reagiert auf Gravitation.
Die Masse eines Körpers oder Teilchens ist gleichsam kondensierte Energie; die auch als seine Ruheenergie bezeichnet wird.
Die nächste Frage geht eigentlich über die Spezielle Relativitätstheorie (kurz SRT) hinaus und bezieht sich auf die Allgemeine Relativitätstheorie (kurz ART).
... und was genau die Gravitation nun darstellt, wenn es keine Kraft zu sein scheint, weil sie ja das gleiche wie Beschleunigung ist.
Die ART beschreibt die Gravitation als innere Krümmung der Raumzeit, und das ist nur möglich, weil sich Gravitation ganz genau so verhält wie eine Trägheitskraft.
Ehe ich weiter darauf eingehe, beantworte ich lieber vorher die nächste Frage, da sie noch zur SRT gehört.
Und die letzte Frage ist, warum die Relativitätstheorie zutreffend ist.
Sie muss es sein, wenn sowohl GALILEIs Relativitätsprinzip (kurz RP) allgemeingültig als auch MAXWELLs Elektrodynamik korrekt ist.
Also z.B, warum vergeht bei hoher Geschwindigkeit die zeit langsamer?
-- Baustelle --
Warum vergeht bei hoher Geschwindigkeit die Zeit langsamer?
Also wirklich begründen oder gar beweisen kann man physikalische Gesetze nicht, da die Physik in der Natur verankert ist, aber hier kommt eine Veranschaulichung.
Jetzt stell dir vor, ein Koordinationsystem. Y Achse Zeit und X Achse Raum.
Wenn du jetzt stillstehst, dann vergeht nur die Zeit d.h. der Graph geht nur nach oben. Beginnst du dich zu bewegen, wird der Graph immer flacher je schneller du dich bewegst, da die x Achse ja die Bewegung ist. Dadurch geht der Graph aber weniger zur Zeit.
Du solltest zwischen Spezieller und Allgmeiner Relativitätstheorie unterscheiden, auch wenn sie auf der selben Grundidee basieren.
Die SRT ist mit Abi-Mathe zu verstehen, auch die sehr empfehlenswerte Originalarbeit Einsteins. Im Grunde sogar für jeden herleitbar, allein aus der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von Bewegungen immer gleich ist.
Die ART hat Einstein 10 Jahre nach der SRT veröffentlicht und für die Mathematik dahinter hat er sich Hilfe gesucht. Daran kannst du erkennen, dass man ohne Monate Mathe da nicht weit kommt.
Längenkontraktion, Zeitdilatation, E=mc² und die (bei Physikern unbeliebte) Massenzunahme lassen sich alle im Rahmen der SRT erklären.
Für den Fall, dass du demnächst noch mal Langeweile hast, kann ich dir auch Einsteins Arbeit zur Brownschen Bewegung und zum osmotischen Druck empfehlen. Mit der habe ich es, NACH Biologie- und Chemiestudium, endlich verstanden.
Alles fängt an mit der Lichtgeschwindigkeit. Das ist für den Anfang genug Denkstoff.
Die sogenannte Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der Realität sich ausbreitet. Nichts was Ruhemasse* hat kann diese Geschwindigkeit erreichen, und nur weil Photonen keine Ruhemasse haben, haben sie diese Geschwindigkeit, daher der Name.
Der Name kommt auch daher, dass man früher glaubte, das Licht brauche ein absolut stationäres Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran so ein stationärer Äther räumlich festgemacht sei, führte zum Michelson-Morley Experiment, bei dem eigentlich erwartet wurde, dass mit der Geschwindigkeit der Erde durch den Äther unterschiedliche Geschwindigkeiten des Lichts in unterschiedliche Richtungen gemessen würden. Überraschung: kein Unterschied, also kein Äther (es sei denn er würde zufällig ausgerechnet an der Erde festgemacht sein). Daraus geht nicht nur hervor, dass es keinen Äther gibt, sondern dass diese Geschwindigkeit eine in allen Inertialsystemen gleiche Naturkonstante und damit nicht überholbar ist, denn wenn man versucht den Strahl einer Taschenlampe mit dem Auto zu überholen, ist er relativ zum Auto genauso schnell wie relativ zur Taschenlampe.
Erst hier setzt die spezielle Relativitätstheorie an, die mit recht einfacher Mathematik (Lorentz-Transformationen) darlegt, was das für Auswirkungen auf Zeiten und Längen (und auch die kinetische Energie*) in bewegten Systemen hat.
*) Kinetische Energie von Objekten mit Ruhemasse enthält einen Term der Lorentz-Transformation wie Zeiten und Längen. Wenn man ein Fahrzeug in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, geht mit wachsender Geschwindigkeit ein immer größerer Anteil der zugeführten Energie in immer weniger Geschwindigkeitszuwachs und lässt für den äußeren Beobachter das Fahrzeug immer träger erscheinen - die Lichtgeschwindigkeit wird nie erreicht.