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Die „magische Konstante“

Einsteins Spezielle Relativitätstheorie

Die Ursprünge des Heidelberger Experiments lassen sich bis zu Einstein selbst zurückverfolgen, der 1907 erstmals einen ähnlichen Test seiner Speziellen Relativitätstheorie vorschlug. Das war zwei Jahre nach seinem so genannten annus mirabilis, dem „Wunderjahr“: 1905 hatte der damals 26-jährige Angestellte im Berner Patentamt innerhalb eines Vierteljahres drei Arbeiten veröffentlicht, von denen zwei die Physik revolutionieren sollten.

Eine beschrieb Licht als Partikelstrom. Für diese Veröffentlichung, die der Quantentheorie den Weg bahnte, wurde Albert Einstein 1922 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet; für die zweite Veröffentlichung „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“, die Spezielle Relativitätstheorie, wurde er berühmt.

Albert Einstein © Kornelia Fischer

Eine zentrale Aussage der Speziellen Relativitätstheorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit immer denselben Wert von 300 000 Kilometer pro Sekunde besitzt – egal, von welchem System aus man sie misst. Dies widerspricht unserer Alltagserfahrung, die jeder schon gemacht hat. Hierzu setze man sich in sein Auto, fahre mit 120 Kilometer pro Stunde auf der linken Spur einer Autobahn und überhole einen 90 Kilometer pro Stunde fahrenden LKW. Diese beiden Geschwindigkeiten würde beispielsweise eine Radarkontrolle am Straßenrand messen.

Aus unserer Sicht bewegt sich unser Auto relativ zu uns gar nicht, wir sitzen schließlich fest in unseren Sitzen. Gleichzeitig ist es 30 Kilometer pro Stunde schneller als der LKW. Umgekehrt würde ein entgegenkommender LKW von uns aus gemessen mit 210 Kilometer pro Stunde an uns vorbeirasen. Die Geschwindigkeiten werden also je nach Fahrtrichtung einfach subtrahiert oder addiert – so jedenfalls sieht es die klassische Physik Isaac Newtons vor.

Dieses einfache Gesetz gilt nach der Speziellen Relativitätstheorie nicht mehr. Hier werden die Relativgeschwindigkeiten nach einer komplizierteren Formel berechnet. Die Abweichungen vom klassischen Fall wachsen mit zunehmender Geschwindigkeit und erreichen bei der Lichtgeschwindigkeit eine seltsame Konsequenz: Egal, wie schnell und aus welcher Richtung man sich einem Lichtstrahl nähert, er bewegt sich zu uns immer mit 300 000 Kilometer pro Sekunde.

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Setzt man diese physikalische Annahme konsequent fort, wie es Einstein im Jahr 1905 getan hat, so bekommen Zeit und Raum völlig neue Eigenschaften. Eine Folge ist die so genannte Längenkontraktion, wonach schnell bewegte Körper in Bewegungsrichtung kürzer sind als ruhende. Eine andere ist die Äquivalenz von Masse und Energie, die sich in der wohl berühmtesten Formel aller Zeiten E = mc2 äußert. Die dritte Vorhersage der Speziellen Relativitätstheorie betrifft die bereits erwähnte Zeitdilatation.

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Stand: 21.05.2004

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Wie relativ ist die Zeit?
Auf der Suche nach Einsteins Zeitdehnung

Die "magische Konstante"
Einsteins Spezielle Relativitätstheorie

Von der Theorie zum Experiment
Erste Beweise für Einsteins Theorie

Kühles Bad im Elektronensee
Die Suche nach der „Großen Vereinheitlichung“

Doppler-Effekt ausgetrickst
Laser-„Gegenverkehr“ gegen Verzerrungen

Noch gilt Einstein auf ein Millionstel
...aber wie lange noch?

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