2005 - Einsteinjahr
Verfasst: Sa 19. Feb 2005, 22:00
Hoi zämme
Einführung
Wie Ihr vielleicht wisst, ist 2005 das Einsteinjahr . Anlass dazu sind der 100. Geburtstag der Relativitätstheorie sowie der 50. Todestag von Albert Einstein. Einstein war vor allem auch für die Schweiz von Bedeutung: Er machte an der Kantonsschule Aarau seine Matura, studierte an der ETH Zürich und war Professor für theoretische Physik an der Universität Zürich. Eine Bemerkung: Theoretische Physiker sind sozusagen die Mathematiker unter den Physikern. Sie stellen die Theorien auf. Im Gegensatz dazu gibt es noch die Experimentalphysiker, welche die Theorien bestätigen oder widerlegen. Am CERN bespielsweise arbeiten Experimentalphysiker.
Einsteins Theorien
Einsteins Theorien begegnen uns tagtäglich! Beispielsweise der Magnetismus ("Magnetli" am Kühlschrank). Ein Physiker spricht beim Magnetfeld von einem lorentztransformierten E-Feld. Oder auch das Licht : Die Aussage "nichts ist schneller als Licht" ist so nicht ganz richtig. Präziser wäre die Formulierung: "Informationen werden maximal mit Lichtgeschwindigkeit übertragen". Wenn wir beispielsweise die Sonne anschauen (natürlich mit Schutzbrille), dann sehen wir rund 8 Minuten in die Vergangenheit. Erlischt die Sonne urplötzlich zum Zeitpunkt x, so merken wir das auf der Erde erst 8 Minuten später. Hier ist die "Information" die "Projektion" von der Sonne auf unser Auge.
Albert Einstein stellte die Relativitätstheorie auf (spezielle und allgemeine). In ihren Kernaussagen ist die Relativitätstheorie nicht mehr umstritten. Bis vor ein paar Jahren gehörten Schwarze Löcher in die Welt der Science Fiction, heute wird ihre Existenz nicht mehr angezweifelt.
Kernaussagen der speziellen Relativitätstheorie
1.Es gibt kein bevorzugtes Inertialsystem. (Erklärungen unten)
2.Die Lichtgeschwindigkeit ist "absolut".
Konsequenzen draus sind:
"Bewegte Stäbe sind kürzer", "Bewegte Uhren gehen langsamer", Gleichzeitigkeit ist relativ (Zeit allgemein), E=mc^2 (Energie ist der (Ruhe)masse äquivalent)
Hauptaussage der allgemeinen Relativitätstheorie
3.Äquivalenzprinzip: Ein homogenes Gravitationsfeld ist zu einem gleichmässig beschleunigtem Bezugssystem völlig äquivalent.
Erklärungen
Der Punkt 1 bedeutet soviel (sehr vereinfacht gesagt): Wenn ich im Zug sitze, der Zug fährt mit konstanter Geschwindigkeit, dann kann ich durch kein mechanisches Experiment feststellen, ob sich nun der Zug oder seine Umgebung bewegt (ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem - oder auch "Koordinatensystem - in dem das Trägheitsprinzip gilt).
Der Punkt 2 bedeutet: Wenn zwei Fahrzeuge mit je 30Km/h frontal miteinander kollidieren, dann addieren sich die jeweiligen Geschwindigkeiten. Kollidieren zwei Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit, dann addieren sich die Geschwindigkeiten nicht - sie prallen - eben - mit Lichtgeschwindigkeit zusammen.
Zur Aussage "bewegte Uhren gehen langsamer ". Dazu gibt es das bekannte Zwillingsparadoxon . Zwei eineiige Zwillinge auf der Erde. Der eine besteigt ein Raumschiff und fliegt mit annähernder Lichtgeschwindigkeit durchs Weltall. Nach ein paar (Erd)jahren treffen sie sich wieder - unterdessen ist der Bruder, der auf der Erde blieb wesentlich stärker gealtert als sein Bruder, der im Weltall umherdüste - eben: bewegte Uhren gehen langsamer. Dieser Effekt ist auch dann vorhanden, wenn man ganz normal läuft oder mit dem Auto fährt (dann ist dieser Effekt jedoch vernachlässigbar klein).
Noch ein Beispiel zu ""bewegte Stäbe sind kürzer" ": Obwohl Myonen (das sind Teilchen) in grosser Höhe oberhalb der Erdoberfläche erzeugt werden und ihre mittlere Eigenlebensdauer (die Lebensdauer im Bezugssystem des Myons, also im Ruhesystem) nur 2 Mikrosekunden beträgt, erreichen viele die Erdoberfläche. Im Ruhesystem der Erde hat ein typisches Myon mit v=0.998c (c = Lichtgeschwindigkeit) eine mittlere Lebensdauer von 30 Mikrosekunden und legt in dieser Zeit 9000m zurück. Im Ruhesystem des Myons beträgt die von der Erde in der Lebensdauer des Myons zurückgelgte Entfernung nur 600m.
Gleichzeitigkeit : In der Mitte eines sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegender Zugseinheit befindet sich ein Beobachter A. Am Anfang und am Ende der Zugseinheit befinden sich Lichtblitze. Die beiden Lichtblitze werden zur Zeit t=0 ausgelöst. Der Beobachter A in der Mitte der Zugseinheit sieht, dass beide Blitze gleichzeitig bei ihm ankommen (wir nehmen an, es wäre ein Superman - Beobachter mit wahnsinnigen Sinnen!!). Ein BEobachter ausserhalb des Zuges (nicht mitbewegend) kann jedoch sehen, dass der vordere Lichtblitz (in Fahrtrichtung) zuerst beim Beobachter A in der Mitte der Einheit ankommt (Grund: "Der Zug kommt dem vorderen Lichtblitz entgegen und entfernt sich vom hinteren Lichtblitz, die Strecke für den hinteren Lichtblitz wird somit länger").
Das Äquivalenzprinzip sagt aus: Wenn ich in einem Raumschiff "ohne Fenster" stehe, eine Kugel in der Hand halte und sie dann fallen lasse, kann ich nicht sagen, ob sie fällt aufgrund der Tatsache, dass das Raumschiff beschleunigt wird (mit der Beschleunigung a), oder ob die Kugel fällt, weil wir uns in einem (homogenen) Gravitationsfeld mit der Beschleunigung a befinden.
Bemerkung
Das waren nur einige wenige Aspekte der Relativitätstheorie. Das "Problem" an dieser Theorie ist, dass sie einen mathematisch schwerfälligen Apparat mit sich zieht (schwer verständlich). Es ist faszinierend, dass sich Einstein alles theoretisch überlegt hat, und immer wieder wird seine Theorie durch Experimente bestätigt.
Links
Wenn jemand wissen will, wie es aussieht, wenn man sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegt, dann kann er hier klicken:
http://pen.physik.uni-kl.de/information ... /ind1.html
Ein Skript zur Relativitätstheorie von der Universität Zürich gibt es hier:
http://www.physik.unizh.ch/people/strau ... -a/srt.pdf
Webpage zum Einsteinjahr:
http://www.einsteinjahr.ch
Albert Einstein: Leben und Werk:
http://www.tu-harburg.de/rzt/rzt/it/ein ... stein.html
Einstein im TV
"Zu Beginn des Einsteinjahres widmet 3sat dem Physiker Albert Einstein eine ganze Themenwoche. Am 20. Februar startet die Sendung "bookmark" mit einem Beitrag zu Werk und Person Albert Einstein und stellt die wichtigsten Buch-Neuerscheinungen vor."
Schlusswort
Hoffe, es war nicht zu trocken oder sogar langweilig. Einstein war eine bemerkenswerte Person, ich denke, es ist allemal einen Thread wert.
Grüsse
- Editiert von cyba am 19.02.2005, 22:12 -
Einführung
Wie Ihr vielleicht wisst, ist 2005 das Einsteinjahr . Anlass dazu sind der 100. Geburtstag der Relativitätstheorie sowie der 50. Todestag von Albert Einstein. Einstein war vor allem auch für die Schweiz von Bedeutung: Er machte an der Kantonsschule Aarau seine Matura, studierte an der ETH Zürich und war Professor für theoretische Physik an der Universität Zürich. Eine Bemerkung: Theoretische Physiker sind sozusagen die Mathematiker unter den Physikern. Sie stellen die Theorien auf. Im Gegensatz dazu gibt es noch die Experimentalphysiker, welche die Theorien bestätigen oder widerlegen. Am CERN bespielsweise arbeiten Experimentalphysiker.
Einsteins Theorien
Einsteins Theorien begegnen uns tagtäglich! Beispielsweise der Magnetismus ("Magnetli" am Kühlschrank). Ein Physiker spricht beim Magnetfeld von einem lorentztransformierten E-Feld. Oder auch das Licht : Die Aussage "nichts ist schneller als Licht" ist so nicht ganz richtig. Präziser wäre die Formulierung: "Informationen werden maximal mit Lichtgeschwindigkeit übertragen". Wenn wir beispielsweise die Sonne anschauen (natürlich mit Schutzbrille), dann sehen wir rund 8 Minuten in die Vergangenheit. Erlischt die Sonne urplötzlich zum Zeitpunkt x, so merken wir das auf der Erde erst 8 Minuten später. Hier ist die "Information" die "Projektion" von der Sonne auf unser Auge.
Albert Einstein stellte die Relativitätstheorie auf (spezielle und allgemeine). In ihren Kernaussagen ist die Relativitätstheorie nicht mehr umstritten. Bis vor ein paar Jahren gehörten Schwarze Löcher in die Welt der Science Fiction, heute wird ihre Existenz nicht mehr angezweifelt.
Kernaussagen der speziellen Relativitätstheorie
1.Es gibt kein bevorzugtes Inertialsystem. (Erklärungen unten)
2.Die Lichtgeschwindigkeit ist "absolut".
Konsequenzen draus sind:
"Bewegte Stäbe sind kürzer", "Bewegte Uhren gehen langsamer", Gleichzeitigkeit ist relativ (Zeit allgemein), E=mc^2 (Energie ist der (Ruhe)masse äquivalent)
Hauptaussage der allgemeinen Relativitätstheorie
3.Äquivalenzprinzip: Ein homogenes Gravitationsfeld ist zu einem gleichmässig beschleunigtem Bezugssystem völlig äquivalent.
Erklärungen
Der Punkt 1 bedeutet soviel (sehr vereinfacht gesagt): Wenn ich im Zug sitze, der Zug fährt mit konstanter Geschwindigkeit, dann kann ich durch kein mechanisches Experiment feststellen, ob sich nun der Zug oder seine Umgebung bewegt (ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem - oder auch "Koordinatensystem - in dem das Trägheitsprinzip gilt).
Der Punkt 2 bedeutet: Wenn zwei Fahrzeuge mit je 30Km/h frontal miteinander kollidieren, dann addieren sich die jeweiligen Geschwindigkeiten. Kollidieren zwei Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit, dann addieren sich die Geschwindigkeiten nicht - sie prallen - eben - mit Lichtgeschwindigkeit zusammen.
Zur Aussage "bewegte Uhren gehen langsamer ". Dazu gibt es das bekannte Zwillingsparadoxon . Zwei eineiige Zwillinge auf der Erde. Der eine besteigt ein Raumschiff und fliegt mit annähernder Lichtgeschwindigkeit durchs Weltall. Nach ein paar (Erd)jahren treffen sie sich wieder - unterdessen ist der Bruder, der auf der Erde blieb wesentlich stärker gealtert als sein Bruder, der im Weltall umherdüste - eben: bewegte Uhren gehen langsamer. Dieser Effekt ist auch dann vorhanden, wenn man ganz normal läuft oder mit dem Auto fährt (dann ist dieser Effekt jedoch vernachlässigbar klein).
Noch ein Beispiel zu ""bewegte Stäbe sind kürzer" ": Obwohl Myonen (das sind Teilchen) in grosser Höhe oberhalb der Erdoberfläche erzeugt werden und ihre mittlere Eigenlebensdauer (die Lebensdauer im Bezugssystem des Myons, also im Ruhesystem) nur 2 Mikrosekunden beträgt, erreichen viele die Erdoberfläche. Im Ruhesystem der Erde hat ein typisches Myon mit v=0.998c (c = Lichtgeschwindigkeit) eine mittlere Lebensdauer von 30 Mikrosekunden und legt in dieser Zeit 9000m zurück. Im Ruhesystem des Myons beträgt die von der Erde in der Lebensdauer des Myons zurückgelgte Entfernung nur 600m.
Gleichzeitigkeit : In der Mitte eines sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegender Zugseinheit befindet sich ein Beobachter A. Am Anfang und am Ende der Zugseinheit befinden sich Lichtblitze. Die beiden Lichtblitze werden zur Zeit t=0 ausgelöst. Der Beobachter A in der Mitte der Zugseinheit sieht, dass beide Blitze gleichzeitig bei ihm ankommen (wir nehmen an, es wäre ein Superman - Beobachter mit wahnsinnigen Sinnen!!). Ein BEobachter ausserhalb des Zuges (nicht mitbewegend) kann jedoch sehen, dass der vordere Lichtblitz (in Fahrtrichtung) zuerst beim Beobachter A in der Mitte der Einheit ankommt (Grund: "Der Zug kommt dem vorderen Lichtblitz entgegen und entfernt sich vom hinteren Lichtblitz, die Strecke für den hinteren Lichtblitz wird somit länger").
Das Äquivalenzprinzip sagt aus: Wenn ich in einem Raumschiff "ohne Fenster" stehe, eine Kugel in der Hand halte und sie dann fallen lasse, kann ich nicht sagen, ob sie fällt aufgrund der Tatsache, dass das Raumschiff beschleunigt wird (mit der Beschleunigung a), oder ob die Kugel fällt, weil wir uns in einem (homogenen) Gravitationsfeld mit der Beschleunigung a befinden.
Bemerkung
Das waren nur einige wenige Aspekte der Relativitätstheorie. Das "Problem" an dieser Theorie ist, dass sie einen mathematisch schwerfälligen Apparat mit sich zieht (schwer verständlich). Es ist faszinierend, dass sich Einstein alles theoretisch überlegt hat, und immer wieder wird seine Theorie durch Experimente bestätigt.
Links
Wenn jemand wissen will, wie es aussieht, wenn man sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegt, dann kann er hier klicken:
http://pen.physik.uni-kl.de/information ... /ind1.html
Ein Skript zur Relativitätstheorie von der Universität Zürich gibt es hier:
http://www.physik.unizh.ch/people/strau ... -a/srt.pdf
Webpage zum Einsteinjahr:
http://www.einsteinjahr.ch
Albert Einstein: Leben und Werk:
http://www.tu-harburg.de/rzt/rzt/it/ein ... stein.html
Einstein im TV
"Zu Beginn des Einsteinjahres widmet 3sat dem Physiker Albert Einstein eine ganze Themenwoche. Am 20. Februar startet die Sendung "bookmark" mit einem Beitrag zu Werk und Person Albert Einstein und stellt die wichtigsten Buch-Neuerscheinungen vor."
Schlusswort
Hoffe, es war nicht zu trocken oder sogar langweilig. Einstein war eine bemerkenswerte Person, ich denke, es ist allemal einen Thread wert.
Grüsse
- Editiert von cyba am 19.02.2005, 22:12 -
