Spezielle Relativitätstheorie
Physik
Basiswissen
Die spezielle Relativitätstheorie aus dem Jahr 1905[1] war Albert Einsteins Ansatz, die sogenannte Konstanz der Lichtgeschwindigkeit[2] zu erklären.
Zur Grundfrage der speziellen Relativitätstheorie
Inertiale sind zueinander nicht beschleunigt: Körper in Raum und Zeit können in verschiedenen Koordinatensystemen beschrieben werden. Angenommen zwei Asteroiden bewegen sich geradlinig aber in unterschiedlichen Richtungen durch den Weltraum. Dabei werden sie zueinander nicht beschleunigt. Auf jedem Asteroiden leben intelligente Wesen. Die Wesen haben jeweils für ihren eigenen Heimatasteroiden ein in sich ruhendes Koordinatensystem definiert. Auch haben die zwei Gesellschaften unterschiedliche Nullpunkte für ihre Zeitmessung. Von beiden Asteroiden wird nun ein dritter Körper beobachtet. Er wird in beiden Koordinatensystemen unterschiedliche Raum- und Zeitkoordinaten haben. Die Frage ist: wie kann man die Raumzeitkoordinaten von einem in das andere System umrechnen, wenn dabei die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit erhalten bleiben soll? Die entsprechenden Formeln liefert die spezielle Relativitätstheorie.
Formeln
Verallgemeinerung
Wenn sich die zwei Koordinatensysteme zueinander beschleunigen oder zueinander nicht auf geralinigen Bahnen bewegen, dann versagen die Formeln der speziellen Relativitätstheorie. Man verwendet dann die Formeln der allgemeinen Relativitätstheorie.
Aufgaben
Einige Rechenaufgaben zur Relativitätstheorie sind hier als Quickcheck zusammengestellt. Zu jeder Aufgabe gibt es immer auch eine Lösung. Direkt zu den Übungsaufgaben geht es => qck
Fußnoten
- [1] Albert Einstein: Zur Elektrodynamik bewegter Körper. In: Annalen der Physik und Chemie. 17, 1905, S. 891–921.
- [2] Das Ausgangsproblem, das Einstein löste, war das sogenannte Ätherproblem: zur Zeit Einsteins stellte man sich Licht als Welle vor. Eine Welle benötigt zur Ausbreitung aber ein Medium. Dieses hypothetische Medium nannte man den Äther. Licht, so der Gedanke, würde sich im Äther ähnlich ausbreiten wie eine Wasserwelle in Wasser. Zwei Wellen gleicher Geschwindigkeit, die aufeinander zulaufen, müssten sich dann relativ zueinander mit der doppelten Ausbreitungsgeschwindigkeit wie jede einzelne Welle sie hat aufeinander zulaufen. Das Experiment von Michelson-Morley aber hatte eindeutig gezeigt, dass das nicht der Fall ist. Siehe mehr zu diesem Hintergrund unter Lichtäther ↗
- [3] Albert Einstein: Über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie. Ersterscheinung: 1916
