| Typ | Konzept |
|---|---|
| Quellen | Quelle - Physik für Dummies Quelle - Recherche - Physik Nachprüfung 2026 |
| Erstellt | 2026-09-27 |
| Aktualisiert | 2026-09-27 |
| Tags | physik, relativität, einstein, moderne-physik |
Einsteins Theorie für gleichförmig bewegte Bezugssysteme: Die Naturgesetze und die Lichtgeschwindigkeit sind in allen Inertialsystemen gleich. Daraus folgen Zeitdilatation, Längenkontraktion, die Äquivalenz von Masse und Energie (E = mc²) und die Lichtgeschwindigkeit als Höchstgeschwindigkeit. Bei Alltagsgeschwindigkeiten geht sie in Newtons Mechanik über.
Die zwei Grundannahmen
- Relativitätsprinzip: Die Gesetze der Physik gelten in allen Inertialsystemen gleich, also in Systemen, die nicht beschleunigt werden. Kein Experiment unterscheidet ein ruhendes Labor von einem gleichförmig fahrenden Eisenbahnwagen. Rotierende oder beschleunigte Systeme sind keine Inertialsysteme (Quelle - Physik für Dummies, Kap. 21).
- Konstanz der Lichtgeschwindigkeit: Anders als ein Kaugummi aus dem fahrenden Zug (5 + 100 km/h) ist Licht in jedem System genau c = 299 792 458 m/s schnell, egal wie sich Quelle oder Beobachter bewegen.
Der Faktor, der überall auftaucht, ist γ = 1 / √(1 − v²/c²). Er ist bei kleinen Geschwindigkeiten fast genau 1.
Folgen
- Zeitdilatation: Eine Lichtuhr (Lichtpuls zwischen zwei Spiegeln) läuft in der Rakete den kürzeren Weg. Von aussen gesehen legt der Puls einen schrägen, längeren Weg zurück, bei gleichem c dauert das länger: Δt = γ · Δt₀. Bei 0,99c dauert eine Raumschiff-Sekunde von der Erde aus 7,09 s.
- Raumfahrer altern langsamer. Das nützt nur, wenn man zurückkehrt, und dafür muss man bremsen und wenden, also beschleunigen. Die allgemeine Relativitätstheorie bestätigt trotzdem, dass der Reisende weniger altert (Zwillingsparadoxon).
- Längenkontraktion: Ein bewegter Körper ist in Bewegungsrichtung verkürzt: l = l₀ / γ. Er wird nur kürzer, nicht dünner.
- Masse und Energie sind äquivalent: Die Gesamtenergie ist E = γ · m · c², für einen ruhenden Körper E = m · c².
- Treffen Materie und Antimaterie aufeinander, wird die ganze Masse in energiereiche Photonen umgewandelt (Moderne Physik).
- Die Sonne verliert Masse, weil sie Energie abstrahlt (Kernfusion). Bei ihrer Masse von 1,99 · 10³⁰ kg reicht der Vorrat aber sehr lange.
- Nichts ist schneller als Licht: Die kinetische Energie E_kin = (γ − 1) · m · c² wächst gegen unendlich, wenn v gegen c geht.
Massenverlust der Sonne: Kapitel 1 nennt 4,79 Millionen Tonnen pro Sekunde, Kapitel 21 rechnet mit einer Leuchtkraft von 3,92 · 10²⁶ W 4,36 Milliarden Kilogramm (4,36 Mio. t) pro Sekunde aus (Quelle - Physik für Dummies). Mit der heute gemessenen Leuchtkraft von 3,828 · 10²⁶ W sind es etwa 4,3 Mio. t pro Sekunde durch Fusion, dazu etwa 1,5 Mio. t durch den Sonnenwind (Quelle - Recherche - Physik Nachprüfung 2026).
Newton als Grenzfall
- Impuls: p = γ · m · v. Bei 1 % von c (3 · 10⁶ m/s) ist γ = 1,00005, also gilt p = m·v (Impuls).
- Kinetische Energie: Die Reihenentwicklung γ ≈ 1 + ½·v²/c² für v ≪ c ergibt aus (γ − 1)·m·c² wieder ½·m·v² (Arbeit und Energie, Folge und Reihe).
- Merklich werden relativistische Effekte laut Buch ab etwa 0,14c. Newtons Mechanik ist also nicht falsch, sondern der Grenzfall kleiner Geschwindigkeiten.
Im Buch steht an einer Stelle „Bei 4,2 · 10⁷ Metern pro Sekunde sind wir gerade erst bei einem Prozent von c“. Ein Prozent von c sind 3 · 10⁶ m/s, 4,2 · 10⁷ m/s wären 14 %. Vermutlich hängt der Satz mit der Angabe „ab 0,14c“ zusammen. Nachgerechnet, nicht recherchiert.
Verwandt
- Newtonsche Gesetze – die klassische Mechanik als Grenzfall
- Arbeit und Energie – kinetische Energie als Näherung
- Impuls – relativistischer Impuls
- Moderne Physik – allgemeine Relativitätstheorie, Antimaterie, schwarze Löcher
- Folge und Reihe – die Reihenentwicklung, die ½·m·v² liefert