Einstein, Albert: Relativitätstheorie

Albert Einstein - Relativitätstheorie

Matthias Freund

Inhalt:

1. Das Michelson-Morley-Experiment

2. Die spezielle Relativitätstheorie
2.1. Axiome der speziellen Relativitätstheorie
2.2. Kinematik und Relativität
2.2.1. Gleichzeitigkeit
2.2.2. Zeitdilatation
2.2.3. Lorentz-Kontraktion
2.2.4. Additionstheorem der Geschwindigkeiten
2.2.5. Lorentz-Transformation
2.3. Das Minkowski-Diagramm
2.3.1. Elemente des Minkowski-Diagramms
2.3.2. Zur Konstruktion von Minkowski-Diagrammen
2.4. Lichtgeschwindigkeit als höchste Geschwindigkeit
2.5. Dynamik und Relativität
2.5.1. Massenzunahme bei Geschwindigkeitserhöhung
2.5.2. Der Impuls in der Relativitätstheorie
2.5.3. Satz der Erhaltung der dynamischen Masse
2.5.4. Die kinetische Energie in der Relativitätstheorie
2.5.5. Zusammenhang zwischen Energie und Impuls

3. Einblick in die allgemeine Relativitätstheorie
3.1. Erkenntnisse der speziellen Relativitätstheorie
3.2. Mangel der Mechanik Newtons
3.3. Zusammenfassender Inhalt der allgemeinen Relativitätstheorie
3.4. Die relative Feldtheorie

4. Kritik an Einstein – Die Relativitätstheorie von Ljudmil Daskalow
4.1. Zweifel an Einsteins Relativitätstheorie
4.2. Definition von Licht
4.3. Der Fehler im Michelson-Morley-Experiment
4.4. Die spezielle Relativitätstheorie von Ljudmil Daskalow
4.5. Reflexion, Lichtdurchlässigkeit und Brechung atomistisch gedeutet
4.6. Massenverhältnis

5. Abbildungsverzeichnis

6. Auswertung

7. Quellen

1. Das Michelson-Morley-Experiment

Das Ziel des Physikers Albert Abraham Michelson und des Chemikers Edward Morley war es die Existenz einer Bewegung der Erde durch einen Äthers mit Hilfe eines entsprechenden Versuchs zu beweisen. Die grundlegende Überlegung für den Aufbau des Experiments war die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls entgegengesetzt und in Richtung der Erdbewegung. 

[...]

Der Aufbau (siehe Abb.1.1) war somit klar. Ein Lichtstrahl wurde an einen halbdurchlässigen Spiegel in zwei Lichtstrahle geteilt, wobei der eine senkrecht zur Bewegungsrichtung der Erde und der andere parallel zur Bewegungsrichtung der Erde verlief. In einen bei beiden Lichtstrahlen gleichen Abstand wurden die Lichtstrahlen gespiegelt und wiederum auf den Halbspiegel geworfen. Dieser führte beide Lichtstrahlen zusammen, wodurch diese interferieren konnten. Es wurde ein Interferenzmuster erzeugt. Die ganze Apparatur wurde nun um 90° gedreht. Dadurch wurden die Strahlen vertauscht und es sollte sich somit das Interferenzmuster verschieben. Dieses sah jedoch genau so wie das erste aus. Das Michelson-Morley-Experiment war ein Fehlschlag. Eine Bewegung der Erde durch einen Äther konnte nicht nachgewiesen werden und somit auch nicht der Äther selber.

2. Die spezielle Relativitätstheorie
2.1. Maxime der speziellen Relativitätstheorie

Um den negativen Ausgang des Michelson-Morley-Experiments erklären zu können, stellte Einstein zwei Axiome auf:

1. Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit:

Das Licht breitet sich in ruhenden als auch in gleichförmig bewegten Inertialsystemen stets gleichförmig aus egal in welche Richtung dies geschieht. Die Lichtgeschwindigkeit wird somit auch nicht von anderen Geschwindigkeiten beeinflusst.

2. Relativitätsprinzip:

Allen Inertialsystemen liegen die gleichen Naturgesetze zu Grunde und sind somit gleichberechtigt. Physikalische Vorgänge der einzelnen Inertialsysteme sind zueinander relativ.

Einstein konnte somit den Ausgang des Michelson-Morley-Experiments erklären. Eine Verschiebung des Interferenzmusters konnte nicht erfolgen, da sich das Licht in jede Richtung mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet. 

2.2. Kinematik und Relativität

2.2.1. Gleichzeitigkeit

In der Mechanik Newtons ging man von einer absoluten Zeit aus. Somit existierte auch eine absolute Gleichzeitigkeit. Nun ist zu betrachten wie sich das Phänomen der Gleichzeitigkeit in der Relativitätstheorie verhält. Dazu betrachten wir zwei Raketen, welche aneinander vorbeifliegen. Wenn beide Raketen in gleicher Höhe sind wird ein Lichtsignal in der Mitte der Raketen gestartet. Erreichen die Lichtsignale nun die Enden der Raketen, werden jeweilige Uhren an den Enden gestartet. Betrachtet man nun den Vorgang von dem Ruhesystem der ersten Rakete aus, so kann man erkennen, dass das Lichtsignal die Enden der ersten Rakete zur gleichen Zeit erreicht und somit die Uhren synchron laufen. Die andere Rakete fliegt mit einer Geschwindigkeit v vorbei. Dadurch erreicht das Lichtsignal die Enden der zweiten Rakete zu unterschiedlichen Zeiten. Somit laufen die Uhren nicht synchron. Betrachtet man nun den Vorgang von dem Ruhesystem der zweiten Rakete aus, so kann man erkennen, dass das Lichtsignal die Enden der zweiten Rakete zur gleichen Zeit erreicht und somit die Uhren synchron laufen. Des weiteren kann man erkennen, dass das Lichtsignal die Enden der ersten Rakete zu unterschiedlichen Zeiten erreicht und somit die Uhren nicht synchron laufen. Man kann also erkennen, dass es unmöglich ist Uhren von unterschiedlichen zueinander bewegten Inertialsystemen zu synchronisieren. Ein Ereignis, welches in einen Inertialsystem I als gleichzeitig erscheint, erscheint in einen anderen zum Inertialsystem I gleichförmig bewegten Inertialsystem I‘ als nicht gleichzeitig. Gleichzeitigkeit ist somit relativ. (siehe Abb.2.2.1.1)

2.2.2. Zeitdilatation

[....]