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Albert Einstein Relativitätstheorie

Name: Albert Einstein Relativitätstheorie
Uploaded: 2015-10-09T20:47:21+00:00
Duration: 1 h 1 min 24 s
Channel: Ernst August
Description: Michelson und Morley wollten einen Einfluss des angenommenen Äthers auf Licht nachweisen, maßen aber unabhängig von der Richtung stets dieselbe …

Ernst August1:01:24 1,2 Mio. Aufrufe veröffentlicht 9. Okt. 2015 Auf YouTube

Das Wichtigste aus dem Video

Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.

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Zeit fließt immer gleichmäßig schnell wir können Sie wieder verzögern noch
anhalten der Lauf der Zeit scheint unbeirrbar [Musik]
auch der Raum ist eine unverrückbare Größe an der Länge einer fix definierten Strecke ändert sich nichts egal wie schnell wir uns
bewegen Zeit und Raum scheinen unveränderlich doch Anfang des 20 Jahrhunderts wurde dies in Frage gestellt
Albert Einstein hatte entdeckt dass Zeit und Raum keine absoluten Naturkonstanten sind sondern Größen die sich ändern obwohl schwer vorstellbar so ist
es doch das Wesen der Natur dass die Zeit langsamer fließen und der Raum schrumpfen kann
[Musik] mit seiner Relativitätstheorie brachte einstellen das Gefüge der klassischen
physikalischen Gesetze durcheinander und schuf einen völlig neuen Blick auf die Welt
[Musik] [Applaus] vor über 100 Jahren stießen zwei Physiker Albert Michelson und Edward
mley bei ihrem Versuch die Geschwindigkeit des Lichts zu messen auf ein überraschendes Phänomen damals glaubte man im Kosmos
würde ein äter existieren der die Lichtstrahlen in ihrer Bewegung beeinflusst je nachdem aus welcher Himmelsrichtung die Photonen auf die
Erde sollten ihre Geschwindigkeiten unterschiedlich hoch
sein doch in welche Richtung die beiden Wissenschaftler Ihr Gerät auch treten die Lichtgeschwindigkeit war immer gleich
groß schon glaubten sie falsch gemessen zu haben denn dass das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit hat widersprach der damaligen
[Applaus] Physik die Methode der Geschwindigkeitsmessung basiert nämlich darauf
dass ein und dieselbe Bewegung unterschiedlich schnell wahrgenommen werden
kann abhängig vom Standpunkt des Betrachters so sieht ein stehender Beobachter einen Jet schnell an sich [Musik]
vorbeifliegen während ein Passagier in einem parallel fliegenden Flugzeug aufgrund seiner eigenen Bewegung die Maschine nur langsam war
diese Gesetzmäßigkeit dass Geschwindigkeiten relativ sind und vom Bewegungszustand des Beobachters abhängen hatte man auch für die Bewegung
des Lichts angenommen man dachte dass ein ruher Beobachter eine höhere Lichtgeschwindigkeit und damit auch eine
längere Strecke misst die die Photonen in einer vorgegebenen Zeiteinheit zurücklegen als ein bet der sich relativ zu den Strahlen
bewegt wenn aber Licht nur eine einzige Geschwindigkeit hat also für beide Beobachter gleich schnell ist dann können die zwei Messstrecken unmöglich
verschieden lang sein tatsächlich wurde in den darauffolgenden Jahren unzweifelhaft bestätigt dass das Licht nur eine
einzige Geschwindigkeit kennt mit 29 792 km pro Sekunde breitet es sich immer gleich schnell
aus gleichgültig ob der Beobachter mit seinem Messgerät still steht oder ob er sich
bewegt das schien unnatürlich noch dazu wo die Formel zur Berechnung von Geschwindigkeiten Geschwindigkeit C ist
Weg durch Zeit unbestritten blieb die Formel aber gerade darauf auf dass C der Wert für die Geschwindigkeit variabel ist während die Maßeinheit für
die Weglänge 1 Meter sich nie ändert und auch die Zeit immer gleich schnell vergeht eine Sekunde dauert immer eine Sekunde die Weglänge also die
zurückgelegte Strecke im Raum und die Zeit galten als feste unveränderliche Größen
wenn nun aber aufgrund der absoluten Lichtgeschwindigkeit c immer gleich groß ist dann müssen wohl die beiden anderen Parameter der Gleichung Raum und Zeit
variabel sein sind Raum und Zeit nicht jene fixen Naturkonstanten für die man sie
Jahrtausende lang gehalten [Musik] hatte Einstein war bereit die klassische
Definition von Raum und Zeit in Frage zu stellen Zeit war für ihn kein metaphysisches Konzept sondern ganz einfach das was eine Uhr misst eine
periodische Abfolge festgelegte Einheiten in Form von Stunden Minuten und Sekunden unter einer Uhr muss man sich
aber nicht unbedingt ein mechanisches Gerät vorstellen jeder periodische Prozess kann eine Uhr sein
ein Photon das sich zwischen zwei spiegeln hin und her bewegt stellt ebenfalls eine Uhr dar es verhält sich wie das Pendel einer
Uhr und weil das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit kennt geht die Uhr sehr genau so genau dass man damit äußerst exakte Messungen durchführen
kann z.B schießen Astronomen Laserlicht zum Mond um anhand der Zeitspanne die der Strahl für hin und rückweg braucht die
Entfernung Erde Mond zu messen der Lichtstrahl bewegt sich wie das Pendel einer Uhr Tick
t hin und her Auf und Ab der Laser wird am Mond reflektiert und wandert zur Erde zurück die Wissenschaftler Messen immer exakt
die gleiche Zeit 1,3 Sekunden in jede Richtung was aber beobachtet ein Astronaut der in einem Raumschiff an
Erde und Mond vorbeifliegt er stößt auf ein seltsames Phänomen für ihn bewegt sich das Licht nämlich nicht senkrecht auf und ab
sondern im Zickzackkurs dadurch hat aber der Laserstrahl eine längere Wegstrecke zu
überwinden länger als für den Wissenschaftler auf der Erde vergleicht man die beiden Strecken zeigt sich ein deutlicher
Unterschied für den unbewegten Beobachter auf der Erde ist der Weg kürzer für den vorbeifliegenden Beobachter im Raumschiff
länger und weil das Licht nur eine einzige Geschwindigkeit hat kann es den Unterschied nicht ausgleichen für den längeren Weg
benötigt es daher mehr [Musik] Zeit das bedeutet für den Astronauten fliegt das Photon zwischen Erde und Mond
länger hin und her für ihn dauert die Periode länger in seinen Augen schlägt das lichtpendel
langsamer man kann sagen vom Raumschiff ausgesehen läuft die Zeit zwischen Erde und Mond langsamer als die Zeit an
Bord das war eine epochale Entdeckung wenn ich mich als Beobachter relativ zu einem anderen Bezugssystem
bewege dann messe ich innerhalb des beobachteten Systems eine Verlangsamung der
Zeit einfach formuliert lautet die Schlussfolgerung daraus bewegte Uhren gehen langsamer als in ihrem
Ruhesystem das bedeutet die Zeit dehnt sich das ist der erste Grundsatz der Relativitätstheorie dieses Phänomen nennt man Zeitdilatation
einstein hatte nicht die Möglichkeit die Verlangsamung der Zeit praktisch nachzuweisen damals gab es noch kein Labor indem man mit naturgrößen wie der
Lichtgeschwindigkeit von über einer Milliarde Stundenkilometer hätte Experimente durchführen können seine Versuche fanden
größtenteils im Kopf statt er selbst sagte sein Labor sei das Papier und und auf diesem unternah Gedankenexperimente die ihn eine weitere
Besonderheit der Natur erkennen ließen wie das folgende Beispiel anhand unseres Sonnensystems zeigt wenn die Sonne ihre Lichtstrahlen
gleichzeitig nach allen Richtung abstrahlt und diese z.B reflektiert werden sobald sie die Erdbahn erreicht haben dann ist es für einen unbewegten
Beobachter logisch dass alle Photonen gleichzeitig wieder im Zentrum ankommen innerhalb des ruhesystems der Sonne sieht er die Photonen synchron hin
und herlufen doch wiederum spielt es eine Rolle ob sich der Betrachter relativ zum
System in Ruhe befindet oder ob er sich bewegt die Sonne und ihre Planeten fahren nämlich nicht Star an einem Ort
im Kosmos sondern Rasen mit et 900000 km die Stunde durch die Milchstraße sieht ein solcher Beobachter das System an sich vorüberziehen dann beobachtet er
zwar dass alle Photonen gleichzeitig von der Sonne abgestrahlt werden doch sie laufen nicht mehr synchron
zurück für ihn treffen sie nicht mehr gleichzeitig im Zentrum ein zwischen den senkrechten und den wahgerichten Photonen gibt es einen
Unterschied [Musik] die senkrechten Photonen bewegen sich im Zickzack nach dem gleichen Prinzip wie
im System Erde Mond das heißt ihr Weg ist länger als im Ruhesystem und ihre Zeit läuft langsamer die wagerechten Photonen
brauchen aber noch mehr Zeit ihr weg muss daher sogar noch länger sein und tatsächlich vergleicht man die beiden
Strecken zeigt sich dass der Weg der wahgerechten Photonen länger ist als der den die senkrechten zurückgelegt
haben das ist allerdings paradox und kann nicht sein denn beide Beobachter der Ruhe der sich innerhalb des Sonnensystems
aufhält wie der bewegte außerhalb betrachten ja dasselbe Ereignis das Zusammentreffen der Photonen ist ein
Vorgang und es ist unmöglich dass er unterschiedlich wahrgenommen wird deshalb müssen auch im bewegtensystem alle Photonen
gleichzeitig wieder im Zentrum ankommen wie lässt sich dieses Problem lösen da das Licht nur eine Geschwindigkeit kennt besteht die
einzige Möglichkeit darin dass sich der Weg für die wagerechten Photonen
verkürzt dazu muss ich der Kreis verformen und zur Ellipse schrumpfen auf diese Weise gleichen sich die unterschiedlich langen Wege
aneinander an und alle Photonen bewegen sich wieder synchron sie landen wieder zurelben Zeit im Zentrum
[Musik] dieses Gedankenexperiment führte Einstein zu der verblüffenden Erkenntnis dass ein Objekt das sich
bewegt schrumpft in unserem Fall das Sonnensystem es verkürzt sich in
Bewegungsrichtung daraus leitete er seinen zweiten Grundsatz ab bewegte Objekte schrumpfen
diese sogenannte Längenkontraktion tritt nie allein auf Zeit und Raum sind immer gleichzeitig betroffen
Zeitdilatation und Längenkontraktion entstehen stets gemeinsam erst 50 Jahre nach ihrer Entdeckung konnten die relativistischen
änomene das erste Mal experimentell bestätigt werden dazu wurde eine der neuentwickelten Atomuhren in einem
Flugzeug montiert um sie zu [Musik] bewegen die Wissenschaftler unternahmen
einen mehrstündigen Flug um zu messen wie sehr sich der Effekt der Zeitdilatation auswirkt
Signale hielten sie Kontakt zu einer zweiten Uhr die unbewegt am Boden zurückgeblieben war als man am Ende die beiden Uhren verglich wurde tatsächlich
ein Zeitunterschied von einigen Milliardstel Sekunden festgestellt durch die Bewegung hatte sich die Zeit gedehnt und war langsamer
[Musik] verflossen aufgrund der geringen Fluggeschwindigkeit sind die Unterschiede minimal ausgefallen
[Musik] wären die Wissenschaftler mit einem viel schnelleren Raumschiff geflogen wäre die Zeitdifferenz größer
gewesen die Uhren wären an Bord deutlich langsamer gelaufen als jene die man zum Vergleich auf der Erde zurückgelassen hätte
[Musik] die Zeitdilatation betrifft jeden Prozess im bewegten System so
verlangsamen sich alle Abläufe im menschlichen Körper das Herz schlägt langsamer jede Bewegung auch das Sprechen verlangsamt sich sogar der
Alterungsprozess wird verzögert da die kleinsten Teilchen wie die Elektronen sich langsam bewegen ist
die Materie selbst betroffen deshalb verlangsamt sich auch eine altmodische Sanduhr um denselben [Musik]
Faktor zugleich schrumpfen alle [Musik] Gegenstände auch das Raumschiff schrumpft
je näher seine Bewegung an die Lichtgeschwindigkeit heranreicht desto mehr verkürzt es
sich kehren die Astronauten nach Jahren zur Erde zurück finden Sie Ihre Mitmenschen schneller gealtert vor als sich
selbst das ist als zwisp Effek der Zeitdehnung der Astronaut im bewegten Raumschiff ist langsamer gealtert als
sein Zwillingsbruder der auf der Erde zurückgeblieben war trotzdem haben die Raumfahrer die Zeit ganz normal
erlebt genauso wie die auf der Erde zurü K an Bord ist für Sie immer alles gleich schnell
geblieben der Zeitunterschied bleibt erhalten und kann nach der Rückkehr gemessen werden die Längenkontraktion verschwindet aber mit der Verlangsamung
der Bewegung das Raumschiff hat unbewegt seine ursprüngliche Länge wieder
[Musik] Raum und Zeit sind also nicht jene Naturkonstanten für die wir sie halten mögen ihre Veränderungen treten bei
jeder Bewegung auf dass wir sie im Alltag nicht wahrnehmen können rührt daher dass unsere Geschwindigkeiten viel zu gering
sind auch wenn es sich für uns um hohe Geschwindigkeiten handelt deutlich treten die Effekte nämlich erst ab 10% der
Lichtgeschwindigkeit zu Tage doch selbst das schnellste Flugzeug ist 300 000 mal langsamer als das Licht
[Musik] [Musik] der Physiker Albert Einstein war zu
Beginn des 20 Jahrhunderts auf seltsame Naturphänomene gestoßen in seiner Relativitätstheorie fasste er sie in zwei Grundsätzen
zusammen erstens Zeitdilatation bewegte Uhren gehen langsamer zweitens
Längenkontraktion bewegte Körper schrumpfen die Verlangsamung der Zeit und das Schrumpfen von Körpern treten mit jeder Bewegung
auf auch beim Menschen allerdings sind die Effekte so klein dass wir Sie nicht bemerken zu gering sind unsere
Geschwindigkeiten im Alltag selbst schnelle Bewegungen sind viel zu
langsam deutlich zeigen sich die Phänomene nämlich erst ab 10% der Lichtgeschwindigkeit
das ist 30 000 Mal schneller als das schnellste Flugzeug doch Zeit und Raum sind nicht allein betroffen auch die Masse der
Körper verändert sich durch [Musik] Bewegung sie wächst mit der
Geschwindigkeit und Einstein hatte entdeckt dass sich Masse in Energie umwandeln
lässt die Entwicklung der Atombombe war eine Konsequenz dieser Erkenntnis bei der Explosion wird Materie in Energie transformiert
es ist ein ähnlicher Prozess der auch im Inneren der Sonne abläuft und der sie bisher 5 Milliarden Jahre lang hat strahlen lassen
[Musik] Einsteins Relativitätstheorie baut auf einer
simplen und doch überraschenden Tatsache auf nämlich dass das Licht mit etwa 299792 km pro Sekunde nur eine einzige immer gleichbleleibende Geschwindigkeit
hat gleichgültig ob ein Beobachter mit seinem Messgerät steht oder sich bewegt die Lichtgeschwindigkeit hat immer denselben
Wert das hat verblüffende Konsequenzen denn wenn Licht für alle Beobachter gleich schnell ist dann können die Lichtstrahlen logischerweise
von niemandem eingeholt werden die Lichtgeschwindigkeit ist somit die schnellstmögliche Bewegung überhaupt kein Körper univum kann
schneller sein als das Licht dies überrascht würde man doch annehmen dass jede beliebige Geschwindigkeit möglich
sein sollte doch die Begrenzung liegt in der Natur der Körper
selbst wir wissen dass jeder Körper die Tendenz hat in dem Bewegungszustand zu verharren in dem er sich gerade befindet [Applaus]
dieses Trägheitsprinzip lässt z.B einen Satelliten endlos um die Erde kreisen bis eine Kraft von außen auf ihn einwirkt und ihn veranlasst seinen Kurs
zu ändern dabei wird ihm Energie
zugeführt das Ausmaß der Energie Musso gen se Trägheit bzw den daraus resultierenden Widerstand zu überwinden wie stark dieser Widerstand
ist hängt von der Masse ab je größer die Masse desto höher ist der Widerstand und desto mehr Energie muss aufgewendet werden kleine Massen wie die Körper von
Astronaut und Satellit kommen daher mit einem kleinen Antrieb aus während eine größere Masse wie z.B die eines Raumschiffs einen viel stärkeren Schub
benötigt um dieselbe Beschleunigung zu erfahren doch wie viel Energie dem Shuttle auch zugeführt
wird es kam niemals auf die Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden der Widerstand seiner Masse wird also irgendwann so groß dass er nicht mehr
überwunden werden kann das bedeutet aber dass der Widerstand wächst
er wird umso größer je schneller die Rakete fliegt Masse und Widerstand hängen jedoch zusammen demnach muss auch die
Masse wachsen man kann also sagen je schneller die Bewegung eines Körpers ist umso größer wird seine
Mass dieser Effek ek heißt relativistische Massenzunahme deutlich zeigt er sich erst bei sehr hohen
Geschwindigkeiten und wahrnehmen kann man ihn nur in einem System das sich am Betrachter vorbei bewegt wie das folgende Beispiel
zeigt Asteroiden die seit jaheljabben durch unser Sonnensystem Kreisen sind solche Systeme immer wieder kreuzen Sie die Bahnen von
Planeten und Stürzen auf deren Oberfläche je schneller diese kleinen Himmelskörper sind und je mehr Masse sie
besitzen desto größer ist der Schaden den sie anrichten Geschwindigkeit und Masse des Asteroiden bestimmen somit das Ausmaß
der Katastrophe fliegt nun ein Astronaut mit sehr hohem Tempo im Moment des aufbralls an dem
Ereignis vorbei stellt sich ihm die Katastrophe anders da für ihn bewegt sich der Asteroid
langsamer der Grund ist die Zeitdilatation Einsteins erster Grundsatz nachdem die Zeit in einem System langsamer vergeht wenn sich der
Beobachter schnell an ihm vorbei [Musik] vom Raumschiff ausgesehen fällt also der Asteroid wie in
[Musik] zeitblume trotzdem ist der Schaden den er anrichtet gleich groß wie mit
normaler Geschwindigkeit wenn sich der Schaden aus Geschwindigkeit und Masse des Asteroiden
ergibt dann muss die Masse größer sein wenn er langsamer fällt das heißt vom bewegtem System Raumschiff ausgesehen ist die Masse des
Asteroiden größer als für einen Beobachter der sich im Ruhesystem des Planeten die Masse eines Körpers ist also nicht
konstant sie nimmt mit der bewegs damit war Einstein auf ein drittes Naturphänomen
gestoßen die relativistische Massenzunahme kann in modernen Teilchenbeschleunigern beobachtet werden
dort werden geladene Teilchen tief unter der Erde auf einer Kreisbahn auf hohe Geschwindigkeiten
beschleunigt wenn sie mit entgegengesetzt fliegenden zusammenstoßen kann ihre Masse bestimmt werden nah der Lichtgeschwindigkeit
nimmt die Masse um das C 4 zu und bei Lichtgeschwindigkeit wäre sie unendlich
groß als Einstein diesem Phänomen durch Berechnungen zu Leibe rückte stellte sich heraus dass es sich dabei um nichts anderes handelt als um
eine besondere Form der energiezunahme die Energie die z.B eingesetzt wird um eine Rakete in
Bewegung zu setzen geht nämlich nicht verloren sie überträgt sich auf deren Masse dadurch wächst die Masse an obwohl
die Anzahl der Atome aus denen die Rakete besteht unverändert bleibt die Zunahme der Masse erfolgt allein durch die Zunahme an Energie
wenn jedoch die Massenzunahme eine Form der energiezunahme ist dann muss die Masse an sich wohl ebenfalls eine Form von Energie
sein damit hatte Einstein eine grundlegende Entdeckung der Natur gemacht Masse und Energie sind
äquivalent mathematisch erhält man diese Energie indem man die mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit multipliziert e=
mc² Einsteins berühmte Formel die Größe der Energie um die es hier geht ist
atemberaubend selbst wenn sich ein Körper nicht bewegt besitzt ein Kilogramm seiner Ruhemasse die Energie von 100 Trillionen Joule
das ist eine Zahl mit 17 Null setzt man diese Energiemenge in Arbeitsleistung um kann damit das
Gewicht von 8 kubikilometer Wasser gehoben werden 8 kubikilometer Wasser entspre der Menge eines durchschnittlich groß
alpensees das Ausmaß ist gewaltig [Musik]
das Gewicht das der See auf die Waage bringt beträgt 8000 Milliarden Kog geradezu unglaublich doch mit der Energie die in einem einzigen kogram
Ruhemasse steckt kann ein See der 20 km lang K breit und durchschnittlich 200 m tief ist ein Kilom hoch gehoben
[Musik] werden zunächst war überhaupt nicht klar wie diese Äquivalenz von Masse und
Energie zu verstehen sei man hielt sie bloß für eine theoretische Möglichkeit und nahm sie nicht besonders ernst bis Atomphysiker
entdeckten dass sie Beier kleinsten Teilchen aus denen die Materie besteht Protonen und Neutronen die den Atomkern bilden durch eine starke Kraft
aneinandergebunden sind diese Bindungskraft entspricht einer gewissen Energiemenge verbinden sich zwei
Atomkerne so kann ein kleiner Teil die dieser Bindungsenergie frei werden und entweicht in Form von
Strahlung nun war die Formel e ist g MC qur nicht mehr bloß graue Theorie sondern fand sich in Prozessen in der Natur
[Applaus] wieder im Inneren unserer Sonne verschmelzen Wasserstoffatome und bilden
Heliumkerne die dabei frei werdende Energie wird von Photonen freigesetzt jetzt konnte man sich endlich erklären warum unsere Sonne
strahlt ähnlich verläuft der Prozess bei der
Kernspaltung der bei der Atombombe genutzt wird an ihrer Zerstörungskraft können wir unmittelbar nachvollziehen wie viel
Energie in der Materie gebunden [Musik]
ist dieser Prozess wird auch in Atomkraftwerken [Musik] genutzt mit der Umsetzung der Theorie in
die Praxis hat Einsteins spezielle Relativitätstheorie Einzug in unseren Altag gehalten und beweist so ihre Richtigkeit auch wenn sie die Welt
anders beschreibt als wir sie erleben und Sie uns deshalb abstrakt und schwer verständlich erscheinen mag
die Tatsache dass sich Licht mit nur einer einzigen immer gleichbleibenden Geschwindigkeit ausbreitet war für den Physiker Albert Einstein ausgangspunt
Einsichten in das Wesen der [Musik] Natur er hatte erkannt dass die Welt nicht das ist was sie
scheint ihre wahren Eigenschaften bleiben uns verborgen sichtbar werden sie erst bei sehr hohen
[Musik] Geschwindigkeiten könnte ein Raumschiff mit nahe zuu Lichtgeschwindigkeit fliegen würde sich den Astronauten eine
Welt voll seltsamer physikalischer Phänomene auftun im Vorbeiflug an einem Planeten auf dessen Oberfläche ein Asteroid fällt
würden sie z.B den impek wie in Zeitlupe ablaufen sehen obwohl der Asteroid sehr langsam fast sanft mit dem Planeten
zusammenstößt [Musik] wäre die Zerstörung enorm gleich groß wie mit normaler
Geschwindigkeit daraus lässt sich schließen dass seine Masse stark angewachsen ist ferner sehen die Astronauten die
Himmelskörper auffallend verändert an sich vorüberziehen die ursprünglichen Kugelformen wären zu ellipsoiden
geschrumpft diese physikalischen sind real sie zeigen sich aber nur den schnell fliegenden Raumfahrern ein Beobachter der sich
unbewegt am Planet aufhält bemerkt sie nicht er sieht den Asteroiden mit normaler Geschwindigkeit auf der Oberfläche
aufschlagen für ihn verändert der Planet weder seine Kugelform noch seine Masse hingegen verkürzt sich aus seiner Sicht das vorbeifliegende Raumschiff
dessen Masse hat mit der Bewegungsgeschwindigkeit zugenommen und die Uhr des Astronauten an Bord läuft für ihn langsamer als seine eigene Uhr
am Boden Albert Einstein war der erste der erkannte dass Zeit Raum und Masse nicht
jene starren Naturkonstanten sind für die man sie gehalten hatte er beschrieb ihre Veränderung in drei einfachen
Grundsätzen der erste befasst sich mit der Zeit und lautet bewegte Uhren gehen langsamer als ruhende damit ist gemeint dass für ein
Beobachter die Zeit in jenem System langsamer vergeht das sich an ihm vorbei beewegt während sich für ihn selbst nichts
ändert dieses Phänomen nennt man Zeitdilatation gleichzeitig ist die Materie betroffen und zwar in der Weise das bewegte Körper
schrumpfen das ist der zweite relativistische Effekt die sogenannte
Längenkontraktion die dritte Veränderung ist die Massenzunahme die Masse bewegter Körper wächst mit der Geschwindigkeit
Einstein beschreibt dass diese relativistischen Effekte nur in Systemen auftreten die sich aneinander vorbei bewegen wie der Planet und das
Raumschiff beide Beobachter der Besucher am Mars und der Astronaut im Raumschiff sind mit ihrem eigenen Bezugssystem verbunden es sind Systeme die sich
dadurch definieren dass keine äußeren Kräfte auf sie einwirken und daher in ihrem Inneren Schwerelosigkeit
herrscht sie sind in sich geschlossene Systeme sogenannte Inertialsysteme ein Raumschiff das die Erde umkreist scheint ein solches
Inertialsystem zu sein alle Körper in seinem Innern sind sie schweben gradlenig und mit gleichbleibender
Geschwindigkeit offensichtlich wirkt keine äußere Kraft auf sie ein allerdings nur scheinbar denn über einen längeren Zeitraum bewegen sich die
beiden Bälle auseinander jener der der Erde näher ist überholt den weiter entfernten
erst schneller weil er eine leicht kürzere Umlaufbahn hat der Grund ist die Schwerkraft der Erde die von außen
wirkt damit ist das Innere des Raumschiffs aber nicht mehr gänzlich [Musik] schwerelos wenn dieser Effekt auch sehr
klein ist so ist das Raumschiff dadurch kein perfektes Inertialsystem für Einsteins Relativitätstheorie entsteht dadurch ein Problem denn sie
baut gerade darauf auf dass es völlig kräftefreie Inertialsysteme gibt wie weit müsste sich nun das Shuttle von der Erde entfernen um iher
Schwerkraft zu [Musik] entkommen die Gravitation nimmt zwar mit dem Quadrat der Entfernung ab trotzdem
wirkt sieend weit sie wird überlagert von der viel stärkeren Anziehungskraft der Sonne und das Sonnensystem wird von der
noch mächtigeren Gravitation der Milchstraße in ihren Bann gezogen obwohl ihr Kern 30 000 Lichtjahre weit entfernt ist die Schwerkraft von Galaxien wirkt
sich bis auf deren Nachbargalaxien aus dadurch bilden sie Galaxie haaufen die mit anderen Haufen
wechselwirken selbst über Entfernung von vielen Milliarden Lichtjahren hinweg bis an den Rand des
Universums alle gemeinsam beeinflussen sie sogar die Expansion des Kosmos es gibt also keinen Ort im gesamten Universum der frei von
Schwerkraft [Musik] wäre deshalb ist auch nirgendwo ein perfektes Inertialsystem möglich und
damit ist die spezielle Relativitätstheorie nur eingeschränkt anwendbar Einstein erkannte dass er seine Theorie verallgemeinern musste
um die Veränderung von Zeit Raum und Masse auch dann erklären zu können wenn sie unter der Wirkung der Schwerkraft
stehen was ist die Schwerkraft eigentlich sollte man sich die Gravitation etwas naiv als unsichtbare Fäden vorstellen die die Körper nach
unten ziehen wenn man fällt wird die Schwerkraft scheinbar wirkungslos man spürt sein eigenes
Gewicht nicht mehr im Inneren eines Flugzeuges das den freien Fall simuliert zeigt es sich deutlich während sich die Maschine für
kurze Zeit kräftefrei bewegt beginnen die angehenden Astronauten zu schweben
sie bewegen sich frei von jeder schwerkrafteinwirkung wie die Bälle im Raumschiff dass sich fern der Erde
irgendwo in den Tiefen des Alls befindet freier Fall und schwereelosigkeit scheinen dasselbe zu
sein und Einstein stieß auf noch eine Entsprechung [Musik] sie offenbart sich wenn das Shuttle
beschleunigt wird während das Raumschiff schneller wird behalten die Bälle aufgrund ihrer
Trägheit ihren früheren Bewegungszustand bei das Schiff holt die Bälle also ein Boden und Bälle nähern sich
an sie tun dies immer schneller solange das Shuttle weiter angetrieben wird ohne Blick nach draußen könnte man allerdings auch meinen dass das
Raumschiff auf der Erde steht und die Bälle wie von der Schwerkraft angezogen zu Boden
fallen Beschleunigung und Schwerkraft scheinen gleichfalls verwandt zu sein diese Übereinstimmung brachte Einstein auf die Idee den ersten
Grundsatz seiner speziellen Relativitätstheorie bewegte Uhren gehen langsamer zu veralgemeinern bewegt ersetzte er durch
unter Einwirkung der Schwerkraft unter Einwirkung der Schwerkraft gehen Uhren
langsamer damit hatte er eine erste Teillösung gefunden der ne Grundsatz konnte nun für jede Situation angewendet
werden praktisch bedeutet das für unser Leben im Tal gehen Uhren langsamer als auf der
Bergspitze die Zeit läuft ums langsamer je näher wir dem Erdmittelpunkt sind auf meeresö kann man seinen Urlaub um den winzigen Bruchteil einer Sekunde
länger genießen als auf dem Berges für den Bergsteiger läuft die Zeit ein wenig
schneller im kleineren Ausmaß gilt dies auch für Menschen die sich auf der Spitze eines Turms befinden auch für sie läuft die Zeit
minimal schneller als für die Passanten unter ihnen auf der Straße Kopf altert etwas schneller als ihre Füße weil er vom Erdmittelpunkt
weiter entfernt ist die Unterschiede sind winzig weil die Erde nur ein kleiner Himmelskörper
mit relativ geringer Anziehungskraft ist dennoch sind die Effekte groß genug um in der Realität eine Rolle zu
spielen so würden die Satelliten des GPS-Systems falsche Daten liefern wenn der etwas langsamere Zeitfluss am Erdboden im Verhältnis zur Umlaufbahn in
25 000 km Höhe unberücksichtigt bliebe dass die Zeit von großen Himmelskörpern beeinflusst wird war eine
weitere große Entdeckung allerdings mit der Folge dass sich neue Ungereimtheiten
ergeben wieder ist es das Licht das die Vorstellung von Raum und Zeit beeinflusst aufgrund der immer gleichbleleibenden Geschwindigkeit legen
die lichtphotonen in einer vorgegebenen Zeiteinheit stets dieselbe Strecke zurück die absolute Lichtgeschwindigkeit lässt keine unterschiedlichen Längen
zu wenn die Massen großer Himmelskörper jedoch bewirken dass die Zeit in Ihrer Nähe langsamer läuft dann haben die Photonen mehr Zeit sich auszubreiten
wenn sie sich nahe an ihnen vorbei bewegen die längere Wegstrecke die daraus resultiert bedeutet jedoch eine höhere
Geschwindigkeit es gibt aber nur eine Lichtgeschwindigkeit unterschiedlich lange Wegstrecken sind deshalb
unmöglich eine denkbare Lösung für den Widerspruch wäre es den Raum schrumpfen zu lassen in diesem Sinn verallgemeinerte
Einstein nun auch den zweiten Grundsatz seiner speziellen Relativitätstheorie aus bewegte körperschrumpfen
wurde körperschrumpfen unter Einwirkung der Schwerkraft jetzt schienen alle Fragen gelöst
die Gravitation lässt Körper schrumpfen und verlangsamt den Gang von [Musik] Uhren mit den beiden neuen Grundsätzen
kann jede erdenkliche Situation in der Natur erklärt und beschrieben werden allerdings war damit das Geheimnis der Gravitation noch nicht zur
Gänze gelüftet denn wenn Körper in der Nähe großer Massen schrumpfen entsteht ein neues Problem mit verblüffenden folgen
legt man z.B Maßstäbe durch das Innere der Erde um ihren Durchmesser zu messen dann schrumpfen sie weil sie der Schwerkraft
unterliegen dadurch passen aber mehr Maßstäbe ins Innere und es errechnet sich ein größerer
Durchmesser als man aufgrund des Erdumfangs erwarten würde was bedeutet das ist innerhalb unseres Planeten mehr
Platz [Musik] vorhanden Einstein zog tatsächlich den Schluss dass in der Nähe eines großen
Himmelskörpers das Volumen innerhalb eines raumgebiets zunimmt und sich damit die Geometrie des Raumes
ändert einfach ausgedrückt kann man sagen der Raum vergrößert sich wie aber soll man sich das vorstellen wo ist Platz für mehr
Raum einen dreidimensionalen Raum in dem mehr Platz vorhanden ist als man annehmen würde können wir uns nicht vorstellen deshalb vereinfachen wir das
Phänomen in einem zweidimensionalen Modell [Musik] die Ebene dient als Symbol für den
[Applaus] Raum wenn man nun davon ausgeht dass der Raum größer wird dann dehnt er sich [Musik]
aus und krümmt sich [Musik] dabei durch die Krümmung entsteht der nötige
[Musik] Platz mit dieser Lösung hat einin S auf das Wesen der Natur [Musik]
geschaffen er sagt dass große Massen wie z.B Himmelskörper den Raum verändern oder einfach ausgedrückt er erklärt die Schwerkraft als Krümmung des Raumes
ändert unser Verständnis von der Natur grundlegend ging das klassische Gravitationsgesetz Newtons davon aus
dass Himmelskörper ein Gravitationsfeld erzeugen ind dem alle Körper nach unten gezogen werden so ersetzte Einstein dies durch die Vorstellung das Körper in der
Krümmung der Raumzeit wie in einem Trichter nach unten fallen
[Musik] nun kann die Erdumlaufbahn eines Objekts wie z.B des gpsselliten verstanden werden als eine Bewegung die von der
Raumkrümmung beeinflusst ist physikalisch ist der Satellit ein freifallener Körper der sich gleichförmig und geradeaus
bewegt durch den gravitationstrichter wird sein Weg jedoch in eine Kreisbahn gezwungen die Krümmung des Raumes hindert ihn daran sich gradlenig
[Musik] fortzubewegen dasselbe gilt für die Planeten die ebenfalls freifallene
Körper sind durch die Raumkrümmung sind sie jedoch in einer Umlaufbahn gefangen mit dieser Erklärung konnte
jetzt das Rätsel um den Merkur gelöst werden der eine Besonderheit aufweist in Sonnennähe fällt der Planet nämlich tiefer in den Trichter wodurch
sich seine Bahn um wenige gerade verschiebt die Bewegung des Planeten folgt damit keiner geschlossenen Bahn
mehr sondern zeichnet die Form einer Rosette dies konnte mit der Theorie Isaac Newtons der 250 Jahre zuvor das
klassische Gravitationsgesetz formuliert hatte nicht erklärt werden erst Einsteins allgemeine Relativitätstheorie lieferte die
Begründung die Raumkrümmung lenkt sogar Lichtstrahlen hab das ist nach Newton ebenfalls nicht möglich denn die Photonen besitzen keine Masse und können
deshalb gravitativ nicht beeinflusst werden diese sogenannte Lichtbeugung wurde 1919 anhand einer Sonnenfinsternis
das erste Mal praktisch nachgewiesen wenn der Mond die Sonne abdunkelt werden für wenige Minuten die dahinter liegenden Sterne sichtbar
sodass ihre Positionen vermessen werden können und tatsächlich waren sie in Sonnennähe leicht
verschoben ihre wahren Positionen und das Ausmaß ihrer Verschiebung hatte Einstein richtig
voraausberechnet das Licht wird nahe der Sonnenmasse abgelenkt und bewegt sich auf einer gekrümmten Bahn ein Beobachter auf der Erde
vermutet deshalb eine scheinbar [Musik] die mit der tatsächlichen aber nicht identisch
[Musik] ist Einstein sagt raumkrümmungen voraus die noch viel extremer sind wenn am Ende seines Lebenszyklus
ein sterm unter dem enormen Druck der eigenen Schwerkraft in sich zusammenstürzt krümmt er den Raum soark dass sich ein Teil der Raumzeit von der
Außenwelt abkapselt aus dem krümmungstrichter kommt schließlich kein Licht mehr und der Stern wird
unsichtbar ein sogenanntes schwarzes Loch sorie ist nicht zuletzt eine Theorie des
Kosmos sie bildet die Grundlage für die Frage nach der Herkunft und dem Schicksal des Universums ihre Gleichungen sagen uns
dass das Universum in einem Urknall entstanden ist und sich zu einer gekrümmten Raumzeit entwickelt [Musik]
hat es ist erstaunlich wie Einstein seine Relativitätstheorie ausarbeiten konnte obwohl sie Ereignisse beschreibt die gänzlich im Gegensatz zu unseren
Erfahrungen im Alltag stehen er verdankte diese Leistung seiner unglaublichen Intuition und der Bereitschaft Dinge aus einer anderen
Perspektive zu betrachten [Musik] Stein war eines der letzten Genies
[Musik]