Die Teilnehmer des VHS-Kurses 2016/I: Es gibt leckere Relativitätstheorie!
Aus besonderem Anlass hatten wir am 5. Kurstag ein besonders anspruchsvolles Thema zugegen; denn es ging um Einsteins Gravitationswellen.
Erst kürzlich gelang Forschern der direkte Nachweis dieser Art von Wellen, die bereits duch Albert Einstein am Beginn des 20. Jahrhunderts vorhergesagt wurden. Er selbst hatte nie daran geglaubt, sie eines Tages messen zu können, denn die Ausschläge dieser Wellen sind weniger als eine Atomlänge klein. Und dennoch hat es nun funktioniert!
Im Speziellen…
Albert Einstein – der Vater der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie
Um sich laienhaft diesem Über-Thema zu nähern, wurden in kurzen Umrissen die von Einstein entwickelte Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie vorgestellt.
Und das mit möglichst wenig Formelwerk, was bei der Speziellen Relativitätstheorie noch ganz gut funktioniert; denn die Grundaussage ist die, dass in jedem gleichförmig bewegten Bezugssystem (Inertialsystem) die gleichen physikalischen Gesetzte gelten müssen. Und das gilt insbesondere auch für alle Naturkonstanten; zu denen nach Albert Einstein auch die Lichtgeschwindigkeit zählt: In jedem Inertialsystem bewegt sich ein Photon mit Lichtgeschwindigkeit! Diese Aussage birgt bei genauerer Betrachtung jedoch eine Sprengkraft, die die in Jahrhunderten aufgebaute Fassade der klassischen Physik zum Einsturz brachte. Sie widerspricht nämlich der bisherigen Erfahrung, dass man z.B. ein Photon einholen oder zumindest seine Relativgeschwindigkeit reduzieren könne, wenn man nur schnell genug hinterhereile. Es geht nicht. Es fliegt immer mit der Lichtgeschwindigkeit. Dieser Effekt der Konstanz (Invarianz) der Lichtgeschwindigkeit wurde von einem vielbeachteten Experiment, dem Michelson-Morley-Experiment, offengelegt. Die Spezielle Relativitätstheorie führt zu folgenden Aussagen:
- Der Äther – als Ausbreitungsmedium für Elektromagnetische Wellen – existiert nicht. Licht braucht kein Medium.
- Raum und Zeit sind nicht mehr unabhängig voneinander, sondern vom bewegten Beobachter abhängig. Sie sind zur sogenanten ebenen Raumzeit miteinander verwoben:
- Die Zeit von bewegten Uhren (auch alle biologischen Prozesse!) vergehen langsamer (Zeitdilatation)
- Die Strecken sind in Flugrichtung von nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegenden Objekten in deren Bezugssystem verkürzt (Lorenz-Kontraktion)
- Photonen und alle anderen Wechselwirkungsteilchen, die mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind, besitzen keine Ruhemasse, keinen Ruhezustand und auch keine andere Geschwindgkeit im Vakuum.
- Teilchen, die eine Ruhemasse aufweisen (normale Materie) können niemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen, da Ihre Dynamische Masse ins Unendliche Anwachsen würde.
- Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximale Signalübertragungsgeschwindigkeit.
- Und die ‚Weltformel‘: E = mc² (Energie – Masse – Relation): Masse kann in Energie und Energie in Masse umgewandelt werden!
… und im Allgemeinen!
Aber das war noch nicht alles. Schließlich hat Einstein auf Basis der Erkenntnisse der Speziellen schließlich die Allgemeine Relativitätstheorie aufgestellt, welche sich mit beschleunigten Bezugssystemen und insbesondere mit der Massenanziehung (Gravitation) befasst. Hier gingen wir auf die Kernaussage des sogenannten Äquivalenzprinzips ein, nach dem es nicht möglich ist, zu entscheiden, ob ein Körper weitab aller Massen beschleunigt wird oder ob er sich doch in einem Gravitationsfeld befindet. Es gibt kein Experiment, dass zwischen träger und schwerer Masse unterscheiden kann.
Legt man dieser Aussage die miteinander verwobene Raumzeit aus der Speziellen Relativitätstheore zugrunde, so ergibt sich, dass alle Massen die Raumzeit deformieren. Die Gravitation kann also immer als eine Krümmung der Raumzeit verstanden werden. Und da die Raumzeit ‚biegsam‘ ist, kann sie auch mit Hilfe sehr, sehr, schwerer Körper nennenswert zum Schwingen angeregt werden – und dass sind die eingangs erwähnten Gravitationswellen, welche sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit im Universum von ihrem Entstehungsort fortpflanzen.
Und eben diese Wellen, die gar nichts mit den Elektromagnetischen Wellen zu tun haben, können neuerdings gemessen werden. Da im Prinzip jeder beschleunigte Körper Gravitationswellen aussendet, sollte das Universum neben den Elektromagnetischen Wellen mit Gravitationswellen, dem Erzittern der Raumzeit, erfüllt sein!
Und hier noch ein Filmchen zum Thema (kommt nach der Werbung…)
