Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

14 Ziele dieses Kapitels 3 In diesem Kapitel wird versucht zu erklären, dass räumliche Distanzen und Zeitspannen keine ab- soluten Größen sind, sondern von der Geschwin- digkeit des Beobachters abhängen. 3 Die Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie werden soweit entwickelt, dass die Bedeutung der berühmten Formel E = m . c ² verstanden wer- den kann. 3 Außerdem wird ganz kurz die Grundidee der Einstein’schen Gravitationstheorie (allgemeine Relativitätstheorie) angerissen. Zentrale Elemente dieses Kapitels 3 Relativitätsprinzip, Konstanz der Vakuumlichtge- schwindigkeit 3 Relativität der Gleichzeitigkeit, Längenkontrakti- on, Zeitdilatation 3 Lorentz Transformation, relativistische Geschwin- digkeitsaddition 3 Massendefekt, Äquivalenz von Masse und Ener- gie, dynamische Masse, Ruhemasse 3 Impuls des Photons, Comptoneffekt 3 Äquivalenzprinzip 20 Spezielle Relativitätstheorie jc55et W. Thomson (Lord Kelvin ) schrieb am Beginn des 20. Jahrhunderts: „Die Schönheit und Klarheit der dyna- mischen Theorie, nach der Wärme und das Licht eine Art (mechanischer) Bewegung sind, werden zur Zeit von zwei Wolken verdunkelt. Die erste stehtmit der Frage in Zusam- menhang, wie sich die Erde durch einen elastischen festen Körper, wie den Äther, der als Träger des Lichts angesehen wird, hindurchbewegen kann, und die zweite betrifft die Maxwell-Boltzmann-Doktrin von der Energieverteilung.“ (Philosophical Magazine 2, 1901, pp. 1–40). Beide „Wolken“ bargen Ursachen für ein geistiges Ge- witter, das die Grundmauern der klassischen Physik zum Einsturz brachte. Die zweite „Wolke“ führte zur Postulierung der Energiequanten durch Max Planck (Quantentheorie, siehe Kap. 21). Die erste „Wolke“, von der Kelvin spricht, steht in Zu- sammenhang mit dem negativen Ausgang des Ver- suchs von Michelson und Morley (siehe Einleitung E). Schon im Rahmen der klassischen Physik wurden Möglichkeiten gesucht, den Ausgang dieses Versuchs zu verstehen. Allen diesenVersuchen war gemeinsam, dass sie zwar in den Rahmen der klassischen Physik passten, aber keine wesentlichen neuen Aussagen zuließen, mit deren Hilfe man sie hätte überprüfen können. Erst die spezielle Relativitätstheorie (special theory of relativity), die Albert Einstein 1905 veröffentlichte, erklärte den Ausgang des Versuchs von Michelson zwanglos und ließ darüber hinaus zahlreiche neue überprüfbare Voraussagen zu. Die Voraussagen der speziellen Relativitätstheorie waren und sind allerdings höchst ungewöhnlich, ja sie widersprechen häufig ganz massiv unseren All- tagserfahrungen. Begriffe wie Länge, Zeit, Masse und Energie, die zu den fundamentalen Grundlagen der klassischen Physik gehören, bekamen durch die spe- zielle Relativitätstheorie eine neue Bedeutung. Nach der speziellen Relativitätstheorie, die einen Rahmen für die Physik in unbeschleunigten Bezugs- systemen bildet, erarbeitete Einstein die so genann- te allgemeine Relativitätstheorie (general theory of relativity), welche auch die Physik beschleunigter Be- zugssysteme umfasst (Kapitel 20.7). Relativitätsprinzip und Konstanz der Lichtgeschwindigkeit A1 Versuche zu erklären, wann ein Körper ruht! A2 Wiederhole die Newton´schen Axiome und den Begriff des Inertialsystems (inertial frame of reference) ! 20.1 BW8/S12 BW5/S44 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv