Autor

Axel Fingerle
Axel Fingerle

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Axel Fingerle ist 28 Jahre und hat an der Universität Ulm Physik studiert. Gegenstand seiner Promotion in der Abteilung komplexer Fluide am MPI für Dynamik und Selbstorganisation sind Nichtgleichgewichtssysteme.

Frage:

Wie funktioniert die Relativitätstheorie?

Antwort:

Die Relativitätstheorie gehört zu den größten intellektuellen Leistungen die ein Einzelner in der Menschheitsgeschichte vollbracht hat. Sie wurde in zwei Teilen, der speziellen und der allgemeinen, von Albert Einstein in den Jahren 1905 und 1915 publiziert. Das Großartige an dieser Theorie ist, dass sie sowohl faszinierende philosophische als auch alltägliche Konsequenzen hat.

Zu ersteren gehört die Revolutionierung der Vorstellung von Raum und Zeit als eine geometrische Einheit. Zu den praktischen Konsequenzen gehört das GPS (Global Positioning System), dass nicht nur Flugzeuge und Schiffe lenkt, sondern auch einen wachstumsstarken Markt an Navigationssysteme für Autos eröffnete. Ohne die unübertroffene Genauigkeit der Einstein’schen Theorie wäre all’ dies unmöglich.

Was aber sind die entscheidenden Ideen der Relativitätstheorie? Stellen wir uns vor, wir sitzen in einem Auto, das sich mit 50 km/h bewegt. Würden wir einen Gegenstand mit 20 km/h in Fahrtrichtung aus dem Fenster werfen, so fliegt dieser mit 70 km/h gegenüber der Straße. Hätten wir nach hinten geworfen, so wären es 30 km/h. Das gilt jedoch nicht für das Scheinwerferlicht! Licht hat nur eine Geschwindigkeit, nämlich 300 000 km/h. Mit dieser Geschwindigkeit breitet sich sowohl das Licht der vorderen Scheinwerfer, als auch das Licht der Rücklichter aus. Diese Beobachtung hat ungeheure Konsequenzen: Beispielsweise vergeht die Zeit im Fahrzeug eine Winzigkeit langsamer als auf der Erde und die Länge des Fahrzeugs schrumpft geringfügig. Ferner hat Einstein die berühmte Formel E = mc2 aus diesen Effekten begründen können. Das ist die spezielle Relativitätstheorie.

In der allgemeinen Relativitätstheorie wird das einheitlich Konzept von Raum und Zeit erweitert, um in sehr eleganter Weise die Gravitationskräfte zu beschreiben. Einstein hat gezeigt, dass jede Masse die Raumzeit krümmt. Alle Massen laufen dann auf dem kürzest möglichen Weg entlang dieser gekrümmten Raumzeit. Dies erlaubt eine einheitliche Beschreibung, warum ein Apfel vom Baum zu Boden fällt, die Erde um die Sonne kreist und sogar wie das Universum seit dem Urknall sich ausdehnt und dabei abkühlt. Und eben auch wie Satelliten um die Erde kreisen und Signale an unser Auto senden, um den Weg zu weisen.

 
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