Big Bang HTL 4, Schulbuch

Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 97 Relativitätsprinzip und Gleichzeitigkeit 9 Gegen Ende des 19. Jahrhunderts suchten die Experimentalphysiker intensiv nach dem sagenumwobenen Äther (siehe Kap. 12.1, NAWI I), durch dessen Schwingungen sich das Licht ausbreiten sollte. Trotz langwieriger Suche konnte er aber nicht gefunden werden. 1905 veröffentlichte A LBERT E INSTEIN einen Aufsatz, in dem er erklärte, dass man den Äther deshalb nicht finden kann, weil es ihn gar nicht gibt. Dieser Aufsatz wird heute als Spezielle Relativitätstheorie (SRT) bezeichnet. Warum war der Äther aber auf einmal zur Erklärung der Lichtausbreitung überflüssig geworden? Warum führte die Nichtexistenz des Äthers zu einer Revolution in der Physik? Darum geht es in diesem Kapitel. Die SRT ist inzwischen eine der am besten bestätigten physikalischen Theorien überhaupt! Abb. 9.1: A LBERT E INSTEIN am Patentamt in Bern im Jahr 1905, in dem er seine SRT veröffentlichte 9.1 Massenexperiment im All Das moderne Relativitätsprinzip „Es gibt keinen Äther“ klingt eigentlich harmlos. Aber aus dieser lapidaren Aussage lassen sich alle absurden relativis- tischen Effekte ableiten. In diesem Kapitel lernst du schon mal ein paar Merkwürdigkeiten kennen. ?: Fragenbox Warum brauchte man 1905 den Äther plötzlich nicht mehr, um die Lichtausbreitung durchs Vakuum zu erklären? Das ist auf einen Artikel Einsteins über den Fotoeffekt (Kap. 12.2) zurückzuführen, den er kurz vor der Speziellen Relativitäts- theorie veröffentlichte. Darin konnte er zeigen, dass Licht nicht nur Wellen-, sondern auch Teilcheneigenschaften auf- weist. Und wenn man sich Licht als einen Strom von Teilchen vorstellt, ist es ganz logisch, dass es problemlos das Vaku- um durchqueren kann. Erst diese Erkenntnis ermöglichte die Entwicklung der SRT. Die Spezielle Relativitätstheorie ist eine sehr elegante Theorie, weil sie auf nur zwei Grundannahmen beruht. Die erste Annahme nennt man heute das Relativitätsprinzip . Um es zu verstehen, sehen wir uns einmal die Sache mit dem Flugzeug an ( F2 ; Abb. 9.2). Wie wäre es zum Beispiel, wenn du in einem Flugzeug Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen laufen ließest? Könntest du einen Geschwindig- keitsunterschied feststellen? Die Antwort lautet überra- schenderweise: Nein! Zwar gab es damals noch gar keine Passagierflugzeuge, aber man hatte Ende des 19. Jahrhun- derts ein ähnliches Experiment durchgeführt, indem man die Bewegung der gesamten Erde ausnutzte, das Michel- son-Morley-Experiment . Und dieses Experiment zeigte, dass die Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen immer gleich groß ist, unabhängig von der Bewegung. Abb. 9.2: Beide Lichtstrahlen sind gleich schnell. Was versteht man unter dem Begriff Inertialsystem? Lies nach in Kap. 4.1, NAWI I! Du kennst das vom Fliegen: An Bord eines ruhig fliegenden Flugzeugs verhält sich alles normal, so wie in Ruhe. Wäre aber auch die Lichtgeschwindigkeit in und gegen die Flugrichtung gleich groß? Im Alter von 16 Jahren stellte sich Einstein angeblich die Frage, was passieren würde, wenn er einem Lichtstrahl nacheilen und ihn schließlich einholen würde. Sehr, sehr knifflig! Wie könnte die Antwort lauten? Du befindest dich mit deinem Raumschiff auf einem Planeten, als hinter dir die Raumbasis explodiert (Abb. 9.3). Könntest du der Schallwelle entkommen? Könntest du der Lichtwelle entkommen? Ein Raumschiff fliegt mit halber Lichtgeschwindigkeit von der Erde weg und sendet dabei einen Lichtstrahl nach vorne aus (Abb. 9.4). Wie schnell bewegt sich die Front des Strahls von der Erde weg? Zwei Laster mit Geräten zur Lichtgeschwindigkeits- messung fahren mit je 10m/s auseinander (Abb. 9.5). Welche Lichtgeschwindigkeit können sie messen? F1 F2 F3 F4 Abb. 9.3 F5 Abb. 9.4 F6 Abb. 9.5: Welche Lichtgeschwindigkeit messen die beiden Autos? 9wb7su Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv