Relativitätstheorie

Einsteins Theorie besagt zum Beispiel Folgendes: Wenn von zwei 20-jährigen Zwillingen einer mit einem sehr schnellen Raumschiff auf eine sehr lange Reise geht und dann zurückkommt, dann ist er langsamer gealtert als der zu Hause gebliebene. Er ist nur 30 Jahre älter geworden, sein Zwilling aber 60 Jahre.

Vor dem Alten Museum in Berlin: Die berühmte Formel in großen Buchstaben. Sie sagt aus, was Energie, Masse und die Lichtgeschwindigkeit miteinander zu tun haben.

Die Relativitätstheorie ist eine Theorie der Physik, die von Albert Einstein entwickelt wurde. Sie machte ihn auf der ganzen Welt berühmt. Die Relativitätstheorie ist sehr schwierig zu verstehen. Sie ist so unglaublich, dass selbst viele große Physiker aus Einsteins Zeit sie zunächst für Unsinn hielten.

Eine der zwei wichtigsten Ideen Einsteins war, dass die Zeit nicht immer gleich schnell vergeht. So kann zum Beispiel eine Sekunde mal länger dauern und mal kürzer. Die zweite Idee war, dass auch Längen nicht immer gleich lang sind. Ein Meter ist demnach mal länger und mal kürzer. Die Zeit und die Längen sind also „relativ“, daher kommt auch der Name der Theorie.

Auf diese „spezielle Relativitätstheorie“ hat Einstein weiter aufgebaut und später noch die „allgemeine Relativitätstheorie“ entwickelt. Diese bringt noch die Schwerkraft ins Spiel und die sogenannte „Krümmung von Raum und Zeit". Das ist aber noch viel komplizierter.

Ist diese Theorie nur eine Idee oder Wirklichkeit?

Einstein behauptete, dass es von der Geschwindigkeit eines Körpers abhängt, wie schnell eine Sekunde vergeht oder wie lang ein Meter ist. Das erscheint uns heute noch fremd, da wir ja täglich etwas Anderes erleben. Aber Einsteins Behauptungen und damit seine Theorie konnten durch Messungen bestätigt werden.

Wie schnell die Zeit vergeht, hängt tatsächlich von der Geschwindigkeit ab, mit der man sich bewegt. Je schneller man sich bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit. Das erscheint einem falsch, aber mit zwei extrem genauen Uhren konnte man dies in einem Experiment bestätigen: Eine Uhr reiste mit einem Flugzeug um die Welt und die andere Uhr blieb an Ort und Stelle. Für die reisende Uhr verging die Zeit tatsächlich langsamer, so dass sie im Vergleich zu der ruhenden Uhr nach ihrer Weltumrundung etwas nachging. Das war zwar nur ganz wenig, aber eindeutig nachmessbar.

Auch wie lang beispielsweise ein Stab ist, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Stab sich bewegt. Je schneller er sich bewegt, desto kürzer wird er.

Und beides, Zeit und Länge, ändern sich auch, je nachdem, wie weit man von der Erde entfernt ist. Eine Uhr in einem Satelliten, der hoch über der Erde in der Schwerelosigkeit fliegt, geht langsamer als eine Uhr auf der Erde.

Welche Bedeutung hat die berühmte Einsteinformel?

In der Relativitätstheorie spielen mathematische Formeln eine große Rolle. Viele dieser Formeln sind sehr kompliziert. Die wohl berühmteste ist aber ganz einfach, sie lautet:

E = m · c ²

Das spricht man „E gleich m mal c Quadrat“. Was bedeutet diese Formel? Sie sagt aus, dass Energie aus Masse entstehen kann und umgekehrt. Das große „E“ steht für Energie, das kleine „m“ steht für Masse und das kleine „c“ steht für die Lichtgeschwindigkeit. „c ²“ („c Quadrat“) bedeutet, dass man die Lichtgeschwindigkeit mit sich selbst malnehmen muss. Das ergibt eine unvorstellbar große Zahl. Wenn man sich nun die Formel ansieht, erkennt man, dass aus sehr wenig Masse eine riesige Menge Energie entstehen kann. Denn man muss ja die Zahl für die Masse (z. B. 1 Kilogramm) mit der riesigen Zahl c ² multiplizieren, um die Energie auszurechnen.

Macht sich die Relativitätstheorie in unserem Alltag bemerkbar?

Auswirkungen der Relativitätstheorie werden erst deutlich bei Geschwindigkeiten, die in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit kommen. Im Vergleich zum Licht bewegen wir uns nur sehr langsam. Daher sind die Veränderungen von Länge und Zeit für die Menschen extrem gering, sie können nicht bemerkt werden. Aber bei sehr hohen Geschwindigkeiten und sehr großen Entfernungen wirken sie sich merklich aus.

Das Navigationssystem im Auto könnte eine Anschrift niemals genau finden, wenn man ohne Relativitätstheorie rechnen würde. Die Geschwindigkeiten der Satelliten und ihre Entfernung zur Erde sind sehr groß. Hier gibt es schon deutlich messbare Unterschiede. Ohne Einsteins Theorie könnte man vielleicht eine Stadt mit Hilfe des Navigationssystems finden, aber niemals ein bestimmtes Haus. Wir nutzen also Ergebnisse dieser seltsamen Theorie im täglichen Leben.

Auch die berühmte Einsteinformel hat eine Bedeutung für unser Leben. Zum Beispiel verliert die Sonne ständig einen winzigen Teil ihrer Masse und macht daraus eine riesige Menge Energie: das Licht und die Wärme, die das Leben auf der Erde erst möglich machen. Auch Atomenergie, mit der man in Atomkraftwerken elektrischen Strom erzeugt, beruht auf der Umwandlung von wenig Masse in viel Energie.

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  Albert Einstein, der Begründer der Relativitätstheorie im Jahr 1905
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  Mit einer solchen extrem genau gehenden Uhr, einer Atomuhr, konnte die Relativität der Zeit nachgewiesen werden.
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  Das Navigationsgerät im Auto ist nur dank der Relativitätstheorie so genau.