Allgemeine Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie und die damit
verbundenen Phänomene
Gliederung
▪ Grundsätzliche Bedeutung
▪ Die spezielle Relativitätstheorie
▪ Relativität von Raum und Zeit
▪ Lichtgeschwindigkeit als Grenze
▪ Äquivalenz von Masse und Energie
▪ Vereinigung von Raum und Zeit zur Raumzeit
▪ Die Allgemeine Relativitätstheorie
▪ Experimentelle Bestätigung bzw. Michelson-Experiment
Grundsätzliche Bedeutung
▪ Sie befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie der
Gravitation
▪ Sie wurde vom Schöpfer Albert Einstein in 2 Theoretische Werke
unterteilt
Spezielle Relativitätstheorie
(1905)
Allgemeine Relativitätstheorie (1916)
▪ Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum
und Zeit aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander
bewegen, und die damit verbundenen Phänomene
▪ Darauf aufbauend führt die allgemeine Relativitätstheorie die
Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück, die unter
anderem durch die beteiligten Massen verursacht wird.
Die Relativitätstheorie revolutionierte das damalige Weltbild und ist
heute neben der Quantentheorie eine von zwei Säulen der
theoretischen Physik.
Die spezielle Relativitätstheorie
- Konstanz der
Lichtgeschwindigkeit
- Keine Abnahme der
Lichtgeschwindigkeit auf
Distanz (MichelsonMorley Experiment)
-Beobachter befinden
sich in Inertialsystemen
(Relativitätsprinzip)
Relativität von Raum und Zeit
- Raum und Zeit sind keine universellen Ordnungsstrukturen
- Bewegte Objekte sind im Vergleich zum Ruhezustand verkürzt
- Bewegte Uhren bewegen sich langsamer
- Da jeder gleichförmig bewegte Beobachter in Ruhelage ist beruht
das System auf Gegenseitigkeit
- Längenkontraktion
- Zeitdilatation
- Diese Phänomene machen sich erst bei sehr hohen
Geschwindigkeiten bemerkbar, spielen also im Alltag keine Rolle
Lichtgeschwindigkeit als Grenze
- Kein Objekt und keine Information kann sich schneller bewegen
als Licht im Vakuum
- Nähert sich die Geschwindigkeit eines beschleunigten Körpers
der Lichtgeschwindigkeit, so wächst der nötige Energiebedarf für
eine weitere Beschleunigung über alle Grenzen
- Zum erreichen der Lichtgeschwindigkeit ist unendlich viel
Energie nötig
- Wenn sich ein Objekt von A nach B, mit
Überlichtgeschwindigkeit bewegt, dann würde ein Beobachter der
sich relativ zum Objekt bewegt eine Bewegung von B nach A
wahrnehmen
- Somit ist der Sinn der Situation nicht gegeben und das
Kausalitätsprinzip außer Kraft
Equivalenz von Masse und Energie
-Ein System mit der Masse m lässt sich auch im Ruhezustand eine
Energie zuordnen
-Die Berühmteste Formel der Physik
-Durch Lise Meitner konnte schon 1939 die enorme Freisetzung von
Energie abgeschätzt werden, welche bei einer Kernspaltung frei
wird
- c= 299.792.458 m/s
Vereinigung von Raum und Zeit zur Raumzeit
- Die Raumzeit ist die Vereinigung von Raum und Zeit in einer
vierdimensionalen Struktur mit speziellen Eigenschaften
- Dabei werden Raum und Zeit Koordinaten teilweise miteinander vermischt
- In der SRT werden die drei Koordinaten (x, y, z) durch eine
Zeitkomponente (ct) zu einem Viererverktor erweitert
-
Ein Punkt in der Rauzeit besitzt drei Raumkoordinaten sowie eine
Zeitkoordinate und wird als Ereignis bezeichnet
- Raumzeitlicher Abstand: ds²= c²dt²-dx²-dy²-dz²
-
Da sich Licht stets mit Lichtgeschwindigkeit c ausbreitet muss ds²=0 für
alle Zeiten und Bezugssysteme
- Die Raumzeit ist also zweigeteilt:
1. Objekte mit reellem Raumzeit abstand kann ein Beobachter sehen
2. Ereignisse die zu weit weg sind d.h ds²<0 sind prinzipiell unsichtbar
Die Allgemeine Relativitätstheorie
- Sie beschreibt die Wechselwirkung zwischen Materie, sowie das
Verhallten von Raum und Zeit
- Die ART erweitert die Newtonschen Gravitationsgesetze sowie die
Spezielle Relativitätstheorie
-Mehrfach experimentell Bestätigt und deshalb als eine
Gravitationstheorie anerkannt
-Energie und Impuls von Materie beeinflussen die Geometrie der
Raumzeit (Raumzeitkrümmung)
-Materie auf die eine Kraft wirkt, bewegt sich entlang einer Geodäte
(meist keine Gerade)
- Die Bewegung eines Gegenstandes wird als Weltlinie gedeutet
- Die ART betrachtet dabei die räumlichen und zeitlichen Koordinaten
als gleichberechtigt und behandelt alle zeitlichen Änderungen als
geometrisches Problem.
Experimentelle Bestätigung / Michelson-Morley Experiment
- Ein überzeugendes Beispiel ist der Nachweis von Myonen in der
Höhenstrahlung
-1919 stellte Arthur Stanley Eddington bei einer Sonnenfinsternis eine
Verschiebung der scheinbaren Position der Sterne nahe der Sonne fest und
lieferte mit diesem sehr direkten Hinweis auf eine Krümmung des Raums
eine weitere Bestätigung der Theorie.
-http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/07myonen/myo
nen01.htm
- Michelson-Morley Experiment ist eines der bedeutendsten
Experimente der Physik ,,Experitum Crucis´´
- Es widerlegte die Ätherphysik und führte zur Entstehung der
Relativitätstheorie
- Das M&M Experiment sollte festlegen ob sich Lichtwellen in einem
Medium ausbreiten das man Äther nannte
- Der Äther war der Treibstoff des Lichts
- Es hatte zum Ziel, diesen Äther und die Geschwindigkeit der Erde
relativ zu diesem auf ihrer Bahn um die Sonne nachzuweisen
-Die Bewegung der Erde gegen den Äther hatte jedoch keinen
Einfluss auf die Geschwindigkeit des Lichts
- Durch Albert Einstein konnte 1905 die Bedeutung des Lichts
erstmals richtig gedeutet werden und dies war das Ende der
Ätherphysik
THE END