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Dienstag, 30.05.2017
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“Bleistiftspitze” belegt Einsteins Relativitätstheorie

Erstmals Äquivalenzprinzip mit einfachem Laborexperiment nachvollzogen

Wissenschaftler haben einen neuen Weg gefunden, um Einsteins Relativitätstheorie zu testen – mithilfe einer Substanz aus der Verwandtschaft des Graphits im Bleistift. Während bislang teure Versuchsaufbauten oder der Blick in die Tiefen des Alls dafür nötig waren, reicht jetzt ein simples, direktes Experiment aus.
Bleistift

Bleistift

Andre Geim, Professor für Physik und Astronomie an der Universität von Manchester gemeinsam mit Kollegen aus Russland und den Niederlanden setzte dafür das erst vor einem Jahr entdeckte ultradünne Material Graphen ein. Die Forscher erzeugen die nur ein Atom dicke Schicht aus Graphit mit einem speziellen Verfahren, ähnlich dem Ziehen einer dünnen Linie mit einem Bleistift, bei dem winzige Graphitteilchen von der Mine abgerieben werden.

In einem Artikel in der Zeitschrift Nature beschreibt das Team, wie elektrische Ladungen sich im Graphen wie Teilchen ohne Masse und damit relativistisch verhalten. Die Existenz dieser neuen Teilchen, masselose Diriac Fermionen genannt, wurde bereits von Einstein in seiner Theorie mit der so genannten Diriac-Gleichung prognostiziert.

Die Schlüsselidee der allgemeinen Relativität, das Äquivalenzprinzip, besagt, dass die in eine Richtung wirkende Schwerkraft äquivalent zu einer Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung ist. Ein anschauliches Beispiel: Der schnelle, sich beschleunigende Aufstieg eines Fahrstuhls erzeugt eine scheinbare Verstärkung der Schwerkraft. Sitzt man in einem sich beschleunigenden Auto fühlt sich dies genauso an, als wenn eine Anziehungskraft einen in den Sitz drückt.


Die Wissenschaftler konnten in ihren Experimenten nicht nur diesen Effekt, sondern auch noch weitere von Einstein postulierte Wirkungen nachvollziehen. So erhielten die masselosen Diriac Fermionen eine so genannte dynamische Masse, wenn sie von Magnetfeldern angezogen wurden. Ähnlich verhalten sich auch Lichtteilchen, Photonen, in der Natur, die zwar ebenfalls keine eigene Masse besitzen, aber dennoch durch die Schwerkraft beispielsweise von Sternen beeinflusst und abgelenkt werden. Dieses Verhalten beschrieb Einstein mit seiner berühmten Gleichung E=mc².

“Um die Bedeutung der Relativitätstheorie zu verstehen, müssen Forscher oft erheblichen Aufwand betreiben, aber unsere Arbeit zeigt, dass es möglich ist, direkte Experimente aufzubauen, um relativistische Ideen zu testen“, erklärt Gleim. „Die einfachen Tests mit Graphen und verhältnismäßig günstigem Laborgerät könnten potenzielle Entdeckungen beschleunigen und Millionen von Pfund sparen.“
(University of Manchester, 10.11.2005 - NPO)
 
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