Albert Einstein s Relativitätstheorie für Laien Ein Versuch der Veranschaulichung von Prof. Dr. Gerd Ganteför Fachbereich Physik Universität Konstanz
1879-1955 Albert Einstein mit 21 Diplom ETH mit 23 Patentamt Bern mit 26 (1905) Dissertation, Publikationen: Photoeffekt (Nobelpreis 1921) Brownsche Bewegung Spezielle Relativitätstheorie mit 30 Professor an der ETH Zürich mit 35 (1914) Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft in Berlin mit 37 Allgemeine Relativitätstheorie mit 54 (1933) Wechsel nach Princeton mit 62 Amerikanischer Staatsbürger
Die Spezielle Relativitätstheorie Ergebnisse: Zeitdilatation Für einen Beobachter auf der Erde vergeht in einem nahe der Lichtgeschwindigkeit vorbei fliegenden Raumschiff die Zeit langsamer als auf der Erde. Längenkontraktion Ein vorbei fliegendes Raumschiff ist kürzer in Richtung der Geschwindigkeit Film: Längenkontraktion am schnellen Auto Bei 90 % der Lichtgeschwindigkeit Längenkontraktion auf 44 %. Bei Reisen mit 100% Lichtgeschwindigkeit schrumpft die Länge auf Null und die Zeit bleibt stehen.
Zeitdilatation: ein Beispiel aus dem "Alltag" v C Ein Zug bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit "c" am ruhenden Beobachter vorbei. Auf dem Güterwagen fährt ein Fahrradfahrer mit der Geschwindigkeit "v" in Vorwärtsrichtung. Also fährt der Radfahrer vom ruhenden Betrachter aus gesehen mit Überlichtgeschwindigkeit? Nein, denn für den ruhenden Beobachter friert die Zeit im bewegten Zug ein. Der Radfahrer kommt nicht voran. Der Radfahrer merkt davon nichts. Die Eigenzeit vergeht normal weiter. Nur die Länge der Außenwelt kontrahiert auf Null.
Movie: Zwillingsparadoxon ab 1: 37 min
Messbare Verjüngung von Passagieren in Langstreckenflügen Zeitdifferenz zwischen einer Uhr auf der Erdoberfläche und einer Uhr, die ca. 10h in einem Flugzeug bewegt wurde. aus: Hänsel / Neumark Physik
Zeitdilatation + Längenkontraktion Im Prinzip ist eine Reise durch das Universum (Durchmesser 14 Milliarden Lichtjahre) innerhalb der Lebensspanne eines Menschen möglich. Schnelle Rakete: Der Durchmesser des Universums kontrahiert (von der Rakete aus gesehen). Die Zeit im Raumschiff verläuft sehr langsam (vom Universum aus betrachtet). Film zum Rand des Universums mit dem Hubble Space Teleskop Sternbild Orion
Allgemeine Relativitätstheorie Verknüpfung von: Gravitation und Beschleunigung Neutronensterne und Schwarze Löcher
Beschleunigung und Gravitation sind wesensgleich Beschleunigendes Auto: Andruck an Lehne ruhendes, um 90 Grad gekipptes Auto: Andruck an Lehne Träge Masse = Schwere Masse
Folgerung daraus: In einem Gravitationsfeld, also zum Beispiel 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 der 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 1,2 Millionen Grad heiß Durchmesser 28km Starke Röntgenquelle 10 Billionen mal dichter als Stahl http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive /releases/1997/32/image/a
Schwarze Löcher An der "Oberfläche" eines Schwarzen Loches bleibt die Zeit stehen ein im Kollaps gefrorener Stern http://de.wikipedia.org/wiki/schwarzes_loch Fiktives Schwarzes Loch 10 Sonnenmassen 600 km Abstand Schwarzer Bereich Radius 75 km Schwarzschildradium 29,5 km.
Unsere Milchstrasse ist eine Spiralgalaxie ähnlich der abgebildeten NGC 4414 Die Sonne wäre etwa hier Entfernung vom Zentrum etwa 20 000 Lichtjahre http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1999/25/image/a
Blick in das Zentrum unserer Milchstrasse Es scheint im Zentrum unserer Milchstrasse ein schwarzes Loch zu geben, dass etwa eine Masse von 1 Million Sonnen besitzt. Es zieht zur Zeit keine großen Massen in sich hinein. 0.0001 kpc 0.1 pc 0.3 LJ gelbes Kreuz: Position Sgr A*
Eine Galaxie mit einem aktiven Schwarzen Loch
Zusammenfassung Spezielle Relativitätstheorie Lichtgeschwindigkeit konstant Relativitätsprinzip Längenkontraktion Zeitdilatation E=mc 2 Allgemeine Relativitätstheorie Beschleunigung = Schwere Schwerefeld krümmt den Raum, verlangsamt die Zeit und verkürzt die Maßstäbe 1933 Abschied aus Berlin: Einstein könne "nicht in einem Staat leben, in dem den Individuen nicht gleiches Recht vor dem Gesetz sowie Freiheit des Wortes und der Lehre zugestanden wird." Die deutsche Regierung setzte auf Einsteins Kopf eine Prämie von 50 000 Reichsmark aus. 1933 Begrüßung in Princeton: Wir begrüßen den neuen Kolumbus der Naturwissenschaft, der einsam durch die fremden Meere des Denkens fährt.