RELATIVITÄTSTHEORIE. (Albert Einstein ) spezielle Relativitätstheorie - allgemeine Relativitätstheorie. Spezielle Relativitätstheorie

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1 RELATIVITÄTSTHEORIE (Albert Einstein ) spezielle Relativitätstheorie - allgemeine Relativitätstheorie Spezielle Relativitätstheorie (Albert Einstein 1905) Zeitdilatation - Längenkontraktion = Eigenschaften unserer Raumzeit (also unseren Raumes und unserer Zeit) Ergebnisse: Zeitdilatation Für einen Beobachter auf der Erde vergeht in einem nahe der Lichtgeschwindigkeit vorbeifliegendem Raumschiff die Zeit langsamer, als auf der Erde. Also man schaut auf eine Uhr auf einem Raumschiff, das mit Lichtgeschwindigkeit fliegt (man selbst ist auf der Erde) und dann tickt der Sekundenzeiger langsamer.

2 Bsp.: Ein Zug bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit c am ruhenden Betrachter vorbei. Auf dem Güterwagen fährt ein Fahrradfahrer mit der Geschwindigkeit v in Vorwärtsrichtung (Gegenwind wird vernachlässigt). Also fährt der Radfahrer mit Überlichtgeschwindigkeit? Nein, denn für den ruhenden Beobachter friert die Zeit im Zug (im bewegten System) ein. Der Radfahrer kommt nicht voran. Der Radfahrer selbst merkt davon nichts. Die Eigenzeit vergeht normal weiter. Nur die Länge der Außenwelt kontrahiert auf Null.

3 Also: Zug würde fahren und für den ruhenden Beobachter würde der Radfahrer sich nur ganz langsam in Zeitlupe bewegen und bei Lichtgeschwindigkeit einfrieren. Radfahrer selber merkt davon nichts. Aber wenn er 'raus ins Universum schaut, sieht das ganz komisch aus. Die Länge der Außenwelt kontrahiert auf 0. Das heißt er ist in (nicht mal) 1 Sekunde durch das ganze Universum durchgeflogen. => Dazugehöriger Effekt: Wenn Zeit langsamer geht, dann sind die Strecken kürzer. Es gibt ein Zusammenziehen des Raumes selber in einem bewegten System. = Längenkontraktion Ein vorbeifliegendes Raumschiff ist kürzer in Richtung der Geschwindigkeit.

4 Bsp.: 1. Auto fährt ; Kamera fährt mit als wäre nichts 2. Bei etwa 80 90% der Lichtgeschwindigkeit wird das Auto für den Beobachter zusammengepresst => Da sich der Beobachter fast mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt kontrahiert seine Umgebung für ihn auf fast 0 = Längenkontraktion

5 Einsteins Frage: Was passiert wenn ich versuche eine Lichtwelle einzuholen? Bleibt sie dann stehen? Nein, sie muss sich bewegen, sonst existiert sie nicht!? => Bei Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit gibt es eine Längenkontraktion auf 0 und die Zeit bleibt stehen Bei 90% der Lichtgeschwindigkeit gibt es eine Längenkontraktion auf 44%, also etwa die Hälfte. Bei 100% auf 0 und die Zeit bleibt stehen Zwillingsparadoxon Zwillinge => Albert und Henry Albert baut eine Rakete, Henry wird Raumfahrer Henry fliegt ins All, Albert bleibt Henry fliegt ins 10 Lichtjahre entfernte Sonnensystem mit dem Planeten Zog. Wenn sich beide nun sehen könnten, würden sie erkennen: Im bewegten System vergeht die Zeit langsamer Aber: Paradoxon => Für Henry ist die Erde, die er anschaut (und die somit für ihn selbst auf sich zukommt) das bewegte System. Für Albert ist es aber Henry mit der Rakete.

6 => Für beide vergeht am jeweils anderen Ort die Zeit langsamer. Zog und Erde sind 10 Lichtjahre voneinander entfernt und eigentlich bräuchte man dafür 20 Jahre. Was passiert aber jetzt? Im Albert-System (Albert= der,der auf der Erde zurückblieb) vergehen mindestens 20 Jahre und Henry braucht also 20 Jahre bis er wieder auf der Erde ist. Im Henry-System sieht es anders aus. Durch Längenkontraktion ist Zog nicht so weit entfernt. Je nachdem wie schnell er unterwegs ist, sind es nur ein paar Monate bis er da ist, da Zog näher 'ranrückt. Zeitdilatation und Längenkontraktion gehören zusammen! Für den Raumfahrer sind also nur wenige Wochen oder Monate vergangen. Wenn er zurückkommt und sich beide begrüßen, sind sie unterschiedlich alt. Aber wie alt? Henry ist nicht sichtbar älter geworden. Höchstens ein paar Wochen/Monate, aber Albert ist sichtbar 20 Jahre gealtet. Die beiden Zwillinge sind unterschiedlich gealtert. => Das ist tatsächlich so! (Aber auf der Erde mit einem Flugzeug sind es bloß ein paar Nanosekunden) => Wenn ich mich schnell bewege vergeht die Zeit für mich langsamer!

7 Wenn man sich eine sauschnelle Rakete bauen würde, könnte man bis ans Ende der Welt fahren. Was ist denn das Ende der Welt heute? Zeitdilatation + Längenkontraktion Im Prinzip ist eine Reise durch das Universum (Durchmesser 14 Mrd. Lichtjahre) innerhalb der Lebensspanne eines Menschen möglich. Schnelle Rakete: Der Durchmesser des Universums kontrahiert (von Rakete aus gesehen) Die Zeit im Raumschiff verläuft sehr langsam (vom Universum aus betrachtet) Was ist das Ende der Welt? Das Schwarze, das man zwischen Galaxien sieht (von Hubble Teleskop aufgenommen) ist eigentlich ein Nachleuchten des Urknalls. => Eigentlich nicht Schwarz (konnte man analysieren) => eigentlich hat es eine Strahlung wie ein warmer Ofen, allerdings sehr kalt (3 Grad Kelvin) Schwarzes im Universum = Nachglühen des Urknalls =========> = Ende der Welt Wir können nicht weiter gucken, als das Universum alt ist!

8 Licht ist mit ultrahoher Geschwindigkeit unterwegs, Alter des Universums ca. 13,6 Mrd. Jahre. => Licht kann also nicht weiter gekommen sein als 13,6 Mrd. Lichtjahre. (!) Dahinter kann noch etwas sein (!), wir können es aber nicht sehen, da das Licht nicht genug Zeit hatte zu uns zu kommen!!! Spezielle Relativitätstheorie (Albert Einstein, 1905) ; Marc White

9 Allgemeine Relativitätstheorie (Albert Einstein 1915) Verknüpfung von: Gravitation und Beschleunigung => Neutronensterne und Schwarze Löcher Beschleunigung und Gravitation sind wesensgleich!

10 Folgerung daraus: In einem Gravitationsfeld, also z.b. auf der Oberfläche eines Neutronensterns, läuft die Zeit langsamer. Das heißt, wenn man von außen auf die Oberfläche eines Neutronensterns schaut, geschieht alles in Zeitlupe. Umgekehrt sieht ein Bewohner eines Neutronensterns das äußere Universum in großer Hektik. Sind Neutronensterne nur Gebilde der theoretischen Physik oder gibt es Hinweise auf ihre reale Existenz? Ein einzelner Neutronenstern (vom Hubble Teleskop aufgenommen) 1,2 Mio. Grad heiß Durchmesser 28 km Starke Röntgenquelle 10 Billionen mal dichter als Stahl Solche Sterne könnten nicht existieren, da sie so heiß sind und so eine große Dichte besitzen, dass sie uns um die Ohren fliegen würden :D Aber: Unheimlich starke Gravitation => daraus schließt man, es ist Kernmaterie, also für uns vollkommen fremd. => Super dichte Materie (Hier 10 Billionen mal dichter als Stahl)

11 falls noch dichter => Schwarzes Loch würde entstehen Schwarzes Loch hat so starke Gravitation, dass Licht nicht mehr nach oben gelangen kann. => Licht arbeitet gegen Gravitation Schwarze Löcher Presst man genügend Materie auf engen Raum zusammen, dann ist die Schwerkraft schließlich so groß, dass weder Materie noch Strahlung nach außen gelangen kann. An der Oberfläche eines Schwarzen Lochs bleibt die Zeit stehen. => Ein im Kollaps gefrorener Stern. Idee: Milchstraße hat im Zentrum ein Schwarzes Loch Es scheint im Zentrum unserer Milchstraße ein Schwarzes Loch zu geben, dass etwa eine Masse von 1 Millionen Sonnen besitzt. Es zieht zur Zeit keine großen Massen in sich hinein. Man sieht, dass sich Sterne in der Milchstraße so schnell bewegen, wie unsere Planeten. Obwohl sie Fixsterne sind und an ihrem Platz bleiben sollten.

12 Man erkennt, dass sie auf Ellipsenbahnen um ein nicht sichtbares Schwerezentrum unterwegs sind. => Es muss ein rießiges Gravitationszentrum geben, mit etwa 1 Millionen Sonnenmassen. Man sieht es nicht => Schwarzes Loch Unser Schwarzes Loch ist friedlich, aber es gibt viel, viel größere Schwarze Löcher, die Unmengen an Materie aufsaugen. Wenn Materie in ein Schwarzes Loch gesogen wird, dann gibt sie im letzten Augenblick, bevor sie das uns bekannte Universum verlässt nochmal einen Aufschrei von sich. => = Röntgenblitz / Röntgenstrahlung

13 Allgemeine Relativitätstheorie (Albert Einstein, 1915) ; Marc White

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