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Zickzackkurs zum Jungbrunnen?

In seiner Speziellen Relativitätstheorie, die nach den vielen positiv ausfallenden Beweisen auch Spezifisches Relativitätsprinzip genannt wird, bezieht sich Albert Einstein auf Inertialsysteme. Es handelt sich dabei um ein Bezugssystem, in dem die Gesetze der Mechanik vollständig gelten. Ein Inertialsystem bewegt sich gleichförmig, das heißt ohne Beschleunigung, und Albert selbst:

Wir denken uns zwei Physiker. Diese beiden Physiker sind mit allen erdenklichen physikalischen Apparaten ausgestattet, jeder von ihnen hat ein Laboratorium. Das Laboratorium des einen Physikers denken wir uns irgendwo auf einem offenen Feld angeordnet, das des zweiten in einem Eisenbahnwagen, der mit konstanter Geschwindigkeit in einer bestimmten Richtung dahinfährt. Das Relativitätsgesetz sagt nun folgendes aus: Wenn diese beiden Physiker unter Anwendung aller ihrer Apparate sämtliche Naturgesetze studieren: der eine in seinem ruhenden Laboratorium und der andere in seinem in der Eisenbahn angeordneten, so werden sie - vorausgesetzt, dass die Eisenbahn nicht rüttelt und gleichmäßig fährt - genau die gleichen Naturgesetze herausfinden. Etwas abstrakter können wir sagen: Die Naturgesetze sind nach dem Relativitätsprinzip von der Translationsbewegung des Bezugssystems unabhängig.


Die Geschwindigkeit berechnet sich nun aus Weg und Zeit. Dafür sind eine Uhr und ein Messstab notwendig. Um das Ergebnis des Michelson-Morley-Experimentes, die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit c nämlich, zu verstehen, muss angenommen werden, dass sich diese Messinstrumente von einem Inertialsystem zum anderen so verändern, dass c konstant erscheint. Einstein führt nun die Begriffe "eigentlich" und "relativ", wobei letzterer die relative Bewegung zu uns Menschen als Bezugssystem meint. Einsteins Entdeckung ist nun folgende:
  • Bewegt sich ein Messstab (Raum) relativ schnell, zieht er sich zusammen.
  • Bewegt sich eine Uhr relativ schnell, geht sie langsamer.
  • Bewegt sich ein Körper relativ schnell, nimmt seine Masse zu.

Und warum haben wir davon noch nichts gemerkt? Weil diese Veränderungen erst bei annähernder Lichtgeschindigkeit spürbar sind. Man kann die Auswirkungen des Relativitätsprinzips im Alltag also getrost vernachlässigen. C wird also niemals erreicht werden. Theoretisch gesehen würde aber bei Lichtgeschwindigkeit die Zeit anhalten (eine irreale Möglichkeit, dem Altern entgegenzuwirken), man würde keine Gegenstände mehr sehen, da ihre Länge unendlich klein geworden ist, und doch hätten diese Gegenstände dann unendlich viel Masse.


Eine Armbanduhr am Äquator läuft um einen minimalen Betrag langsamer als an den Polen der Erde, da dort die Erde schneller rotiert.


Weitere Erklärungen enthält das Zickzack-Experiment:
Stellen wir uns ein Raumschiff vor, das sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegt. Ein Physiker im Raumschiff beobachtet einen Lichtstrahl, der sich geradlinig zwischen zwei Spiegeln hin und her bewegt. Er sieht die Bewegung aber nur als Gerade, weil er sich mit dem Raumschiff bewegt. Ein außenstehender Betrachter sähe eine Zickzack-Linie. Der Lichtstrahl legt in einem bewegten Raumschiff eine Strecke in derselben Zeit zurück wie in einem ruhenden Raumschiff. Der fliegende Physiker bemerkt gar nicht, dass für ihn die Strecke viel kürzer als für den Außenstehenden ist.


Albert Einstein formuliert auf diesen Tatsachen beruhend, dass neben dem uns bekannten Raum auch die Zeit eine Eigenschaft des Inertialsystems und von seinen Bewegungen abhängig ist. Raum und Zeit lassen sich demnach nicht getrennt betrachten. Raum und Zeit verschmelzen nach Einstein zum Kontinuum mit vier Dimensionen. Sich zu einem dreidimensionalen Raum eine vierte Ebene zu denken, kann wahrscheinlich kein Mensch.
Alles hängt vom Bezugssystem ab. Mit dem Speziellen Relatitivitätsprinzip können Rechenoperationen von einem Bezugssystem in ein anderes übertragen werden.
Seine Theorie prüfte Einstein über eine Atomuhr (ein um den Atomkern schwingendes Elektron). Er beschleunigte das Atom sehr stark, um dann die Zeit zu messen. Wie anzunehmen, ging die Atomuhr tatsächlich langsamer. Auch der Zerfallsprozess radioaktiver Stoffe verläuft bei hohen Geschwindigkeiten bis zu 30-mal langsamer.


Formel von Welt

Wenn die Masse bei Beschleunigung zunimmt, muss es einen Bezug zur Energie geben. Diese Gedanken bewegten Einstein sicher, als er zu dieser Formel fand: E=mc² ( E ... Energie, m ... Masse, c ... Lichtgeschwindigkeit). Da die Lichtgeschwindigkeit enorm groß ist, können selbst sehr kleine Teichen mit dementsprechend geringer Masse schon viel Energie freisetzen, was Jahre später das Militär nutzen sollte.




Einsteins Mathematikprofessor Hermann Minkowski entwickelte das mathematische Gerüst für das Kontinuum aus Raum und Zeit.



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