Die Relativitätstheorie und die damit verbundenen Phänomene

Gliederung

▪ Grundsätzliche Bedeutung

▪ Die spezielle Relativitätstheorie

▪ Relativität von Raum und Zeit

▪ Lichtgeschwindigkeit als Grenze

▪ Äquivalenz von Masse und Energie

▪ Vereinigung von Raum und Zeit zur Raumzeit

▪ Die Allgemeine Relativitätstheorie

▪ Experimentelle Bestätigung bzw. Michelson-Experiment

Grundsätzliche Bedeutung

▪ Sie befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie der Gravitation

▪ Sie wurde vom Schöpfer Albert Einstein in 2 Theoretische Werke unterteilt

Spezielle Relativitätstheorie (1905)

Allgemeine Relativitätstheorie (1916)

▪ Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum und Zeit aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen, und die damit verbundenen Phänomene

▪ Darauf aufbauend führt die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück, die unter anderem durch die beteiligten Massen verursacht wird.

Die Relativitätstheorie revolutionierte das damalige Weltbild und ist heute neben der Quantentheorie eine von zwei Säulen der theoretischen Physik.

Die spezielle RelativitätstheorieDie spezielle Relativitätstheorie

- Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

- Keine Abnahme der Lichtgeschwindigkeit auf Distanz (Michelson-Morley Experiment)

-Beobachter befinden sich in Inertialsystemen (Relativitätsprinzip)

Relativität von Raum und Zeit

- Raum und Zeit sind keine universellen Ordnungsstrukturen

- Bewegte Objekte sind im Vergleich zum Ruhezustand verkürzt

- Bewegte Uhren bewegen sich langsamer

- Da jeder gleichförmig bewegte Beobachter in Ruhelage ist beruht das System auf Gegenseitigkeit

- Längenkontraktion

- Zeitdilatation

- Diese Phänomene machen sich erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten bemerkbar, spielen also im Alltag keine Rolle

Lichtgeschwindigkeit als Grenze

- Kein Objekt und keine Information kann sich schneller bewegen als Licht im Vakuum

- Nähert sich die Geschwindigkeit eines beschleunigten Körpers der Lichtgeschwindigkeit, so wächst der nötige Energiebedarf für eine weitere Beschleunigung über alle Grenzen

- Zum erreichen der Lichtgeschwindigkeit ist unendlich viel Energie nötig

- Wenn sich ein Objekt von A nach B, mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt, dann würde ein Beobachter der sich relativ zum Objekt bewegt eine Bewegung von B nach A wahrnehmen

- Somit ist der Sinn der Situation nicht gegeben und das Kausalitätsprinzip außer Kraft

Equivalenz von Masse und EnergieEquivalenz von Masse und Energie

-Ein System mit der Masse m lässt sich auch im Ruhezustand eine Energie zuordnen

-Die Berühmteste Formel der Physik

-Durch Lise Meitner konnte schon 1939 die enorme Freisetzung von Energie abgeschätzt werden, welche bei einer Kernspaltung frei wird

- c= 299.792.458 m/s

Vereinigung von Raum und Zeit zur Raumzeit

- Die Raumzeit ist die Vereinigung von Raum und Zeit in einer vierdimensionalen Struktur mit speziellen Eigenschaften

- Dabei werden Raum und Zeit Koordinaten teilweise miteinander vermischt

- In der SRT werden die drei Koordinaten (x, y, z) durch eine Zeitkomponente (ct) zu einem Viererverktor erweitert

- Ein Punkt in der Rauzeit besitzt drei Raumkoordinaten sowie eine Zeitkoordinate und wird als Ereignis bezeichnet

- Raumzeitlicher Abstand: ds²= c²dt²-dx²-dy²-dz²

- Da sich Licht stets mit Lichtgeschwindigkeit c ausbreitet muss ds²=0 für alle Zeiten und Bezugssysteme

- Die Raumzeit ist also zweigeteilt:

1. Objekte mit reellem Raumzeit abstand kann ein Beobachter sehen

2. Ereignisse die zu weit weg sind d.h ds²<0 sind prinzipiell unsichtbar

Die Allgemeine Relativitätstheorie

- Sie beschreibt die Wechselwirkung zwischen Materie, sowie das Verhallten von Raum und Zeit

- Die ART erweitert die Newtonschen Gravitationsgesetze sowie die Spezielle Relativitätstheorie

-Mehrfach experimentell Bestätigt und deshalb als eine Gravitationstheorie anerkannt

-Energie und Impuls von Materie beeinflussen die Geometrie der Raumzeit (Raumzeitkrümmung)

-Materie auf die eine Kraft wirkt, bewegt sich entlang einer Geodäte (meist keine Gerade)

- Die Bewegung eines Gegenstandes wird als Weltlinie gedeutet

- Die ART betrachtet dabei die räumlichen und zeitlichen Koordinaten als gleichberechtigt und behandelt alle zeitlichen Änderungen als geometrisches Problem.

Experimentelle Bestätigung / Michelson-Morley Experiment

- Ein überzeugendes Beispiel ist der Nachweis von Myonen in der Höhenstrahlung

-1919 stellte Arthur Stanley Eddington bei einer Sonnenfinsternis eine Verschiebung der scheinbaren Position der Sterne nahe der Sonne fest und lieferte mit diesem sehr direkten Hinweis auf eine Krümmung des Raums eine weitere Bestätigung der Theorie.

-http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/07myonen/myonen01.htm

- Michelson-Morley Experiment ist eines der bedeutendsten Experimente der Physik ,,Experitum Crucis´´

- Es widerlegte die Ätherphysik und führte zur Entstehung der Relativitätstheorie

- Das M&M Experiment sollte festlegen ob sich Lichtwellen in einem Medium ausbreiten das man Äther nannte

- Der Äther war der Treibstoff des Lichts

- Es hatte zum Ziel, diesen Äther und die Geschwindigkeit der Erde relativ zu diesem auf ihrer Bahn um die Sonne nachzuweisen

-Die Bewegung der Erde gegen den Äther hatte jedoch keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Lichts

- Durch Albert Einstein konnte 1905 die Bedeutung des Lichts erstmals richtig gedeutet werden und dies war das Ende der Ätherphysik

THE END