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Ein kurzer Überblick über Einsteins Relativitätstheorie

Referat (Ausarbeitung) 2009 11 Seiten

Physik - Theoretische Physik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Allgemeines

2. Postulate

3. Zeitdilatation

4. Lorentzkontraktion

5. Relativistische Geschwindigkeitsaddition

6. Lorentz Transformation

7. Quellen

Albert Einsteins Relativitätstheorie

1. Allgemeines:

Grundsätzlich befasst sich die Relativitätstheorie mit der Struktur von Raum und Zeit, sowie mit dem Wesen der Gravitation. Albert Einstein unterteilte die Theorie in 2 Arten: Die spezielle (1905) und die allgemeine (1916) Relativitätstheorie[1]. 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. Auf dieser Theorie aufbauend führt die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück, die unter anderem durch die beteiligten Massen verursacht wird[2].

Das Verständnis von Raum und Zeit wurde durch die Relativitätstheorie revolutioniert und es wurden Naturzusammenhänge aufgedeckt, die sich der anschaulichen Vorstellung entziehen. Die betreffenden Eigenschaften und Vorgänge lassen sich mathematisch präzise erklären und sind experimentell bestätigt.

Die Relativitätstheorie stellt eine der beiden Säulen des Theoriengebäudes der Physik dar[3]. Die Vereinigung mit der Quantentheorie, die die zweite Säule repräsentiert, ist bisher nicht vollständig gelungen und zählt zu den größten Herausforderungen der physikalischen Grundlagenforschung. Beide Theorien enthalten ihren Vorgänger, die newtonsche Physik, als Grenzfall und erfüllen damit das sogenannte Korrespondenzprinzip (das bedeutet eine Beziehung zwischen Begriffen der klassischen Physik und der Quantenmechanik)[4].

Im Folgenden sind einige Argumentationsmuster, die die Herleitung der wichtigsten Aussagen der Speziellen Relativitätstheorie betreffen zusammengestellt[5]:

1. Postulate
2. Zeitdilatation
3. Lorentzkontraktion
4. Alternative zur Herleitung der Effekte
5. Gleichzeitigkeit
6. Relativistische Geschwindigkeitsaddition
7. Lorentztransformation
8. Zwillingsparadoxon und Geodäten der Raumzeit
9. Relativität der Geradlinigkeit
10. Relativistischer Dopplereffekt
11. Relativistischer Impuls und dynamische Masse
12. Relativistische Energie und Ruheenergie
13. Der Bondische k-Kalkül
14. Die Geometrie der Raumzeit
15. Das Kreuz mit den Inertialsystemen

Die folgenden Punkte sind ausführlich erklärt und beschrieben:

1. Postulate
2. Zeitdilatation
3. Lorentzkontraktion
6. Relativistische Geschwindigkeitsaddition
7. Lorentztransformation

2. Postulate

Um die Postulate genauer zu betrachten, sollte man zunächst einmal den Begriff „Inertialsystem“ klären.

In der Physik wird ein Inertialsystem ein Koordinatensystem genannt, in welchem sich kräftefreie Körper geradlinig und gleichförmig bewegen[6]. In einem Inertialsystem gilt also das newtonsche Trägheitsgesetz in seiner einfachsten Form: Kräftefreie Körper behalten ihre Geschwindigkeit in Betrag und Richtung bei und die Beschleunigung erfolgt proportional zur anliegenden Kraft. Näherungsweise Inertialsysteme sind[7]:

- Die Raumzeit fern von schweren gravitierenden Massen, z.B. im interstellaren Weltraum.
- Die Raumzeit innerhalb von fallenden "Kästen" und "Liften", oder, etwas zeitgemäßer, in Satelliten und Raumschiffen, sofern neben der Schwerkraft kein äußerer Antrieb wirkt, und solange die betrachteten Zeitintervalle nicht allzu groß werden. (Während langer Beobachtungszeiten treten in solchen Systemen Effekte auf, die zeigen, dass es sich nicht wirklich um Inertialsysteme handelt. Beispielsweise führen innerhalb eines Erdsatelliten die verschiedenen Umlaufzeiten von Gegenständen, die von der Erde verschieden weit entfernt sind, zu zusätzlichen Relativbeschleunigungen).
- Systeme auf der Erde unter Vernachlässigung der vertikalen Raumdimension: horizontale Bewegungen, z.B. die berühmten Gedankenexperimente mit fahrenden Zügen, Billardtischen, ...
- Systeme auf der Erde oder in Erdnähe, in denen große Geschwindigkeiten auftreten, die durch die Erdanziehung nicht wesentlich beeinflusst werden, z.B. die beim Myonen Zerfall oder in Teilchenbeschleunigern auftretenden Effekte.

Um die Spezielle Relativitätstheorie herzuleiten, werden üblicherweise zwei Voraussetzungen (Postulate) benutzt[8]:

- Das Relativitätsprinzip:
Die physikalischen Gesetze haben in allen Inertialsystemen dieselbe Form ("alle Inertialsysteme sind gleichberechtigt" oder "es gibt kein ausgezeichnetes Inertialsystem"). Jede Geschwindigkeit (eines Objekts oder Inertialsystems) ist immer nur Relativgeschwindigkeit und macht daher nur Sinn, wenn sie in Bezug auf ein Inertialsystem angegeben ist.
- Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit:

Die (Vakuum-)Lichtgeschwindigkeit c hat in jedem Inertialsystem denselben Wert (299792.458km/s), ist also vom Bewegungszustand der Quelle ebenso unabhängig wie von dem des Beobachters.

Daraus ergeben sich die raumzeitlichen Aussagen der Speziellen Relativitätstheorie, die in den nächsten Abschnitten aufgeführt werden, insbesondere die Zeitdilatation, die Lorentzkontraktion, die relativistische Geschwindigkeitsaddition und die Lorentztransformation. Diese begründen die neue Sichtweise von Raum und Zeit und bilden in gewisser Weise den eigentlichen Kernbereich der Theorie[9].

[...]


[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A4tstheorie

[2] Ebenda

[3] http://relativitaetstheorie.com/default.aspx

[4] http://homepage.univie.ac.at/Franz.Embacher/SRT/

[5] http://homepage.univie.ac.at/Franz.Embacher/SRT/

[6] http://relativitaetstheorie.com/default.aspx

[7] http://de.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A4tstheorie

[8] http://www.talkteria.de/forum/topic-73941.html

[9] http://www.zdf.de/ZDFxt/module/einsteinrela/relativitaet.htm

Details

Seiten
11
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783656084471
ISBN (Buch)
9783656084532
Dateigröße
493 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v183742
Institution / Hochschule
Enztal-Gymnasium Bad Wildbad
Note
1,25
Schlagworte
relativitätstheorie überblick

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Titel: Ein kurzer Überblick über Einsteins Relativitätstheorie