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Einsteins Relativitätstheorie

Einsteins spezielle Relativitätstheorie

Einsteins dritter bedeutender Artikel von 1905, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, enthielt das, was man später als spezielle Relativitätstheorie bezeichnete.

Gemäß dieser Theorie wird das Verhältnis von Masse und Energie durch die Gleichung E=mc² ausgedrückt. Diese Beziehung sagt aus, dass eine gegebene Masse (m) mit einer Energiemenge (E) im Zusammenhang steht, die gleich dieser Masse multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (c) ist. Eine sehr kleine Stoffmenge entspricht einer riesigen Energiemenge. So würde z.B. ein Kilogramm Material, das vollständig in Energie umgewandelt wird, der Energie entsprechen, die bei der Explosion von 22 Megatonnen TNT freigesetzt wird.

Die Entwicklung der Physik im 19. Jahrhundert war von einer mechanistischen Auffassung geprägt. Optische und elektromagnetische Phänomene wurden in Analogie zur Elektrizitätslehre gedeutet, wobei ein absolut ruhender "Äther" das Medium darstellte. Die Vorstellung widersprach der seit Galileo Galilei bekannten Tatsache, dass zwischen gleichförmig bewegten Körpern nur Relativgeschwindigkeiten beobachtbar sind. Die Gleichungen der Elektrodynamik genügen aber nicht den Transformationen, welche die Umrechnung von einem gleichförmig bewegten Bezugssystem (Inertialsystem) in ein anderes ermöglichen, zumindest nicht innerhalb der Grenzen der Mechanik Isaac Newtons. Nach Einsteins Theorie hat die Äquivalenz (Gleichwertigkeit) aller gleichförmig bewegten Bezugssysteme universelle Gültigkeit. Als zweites Prinzip postulierte er die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen gleichförmig zueinander bewegten Bezugssystemen. Er war dadurch in der Lage, eine widerspruchsfreie und korrekte Beschreibung physikalischer Ereignisse in verschiedenen Inertialsystemen zu liefern, ohne spezielle Annahmen über das Wesen von Materie oder Strahlung zu treffen oder darüber, wie sie miteinander in Wechselwirkung stehen.

 Erste Reaktionen

Die Schwierigkeit, die die Zeitgenossen mit Einsteins Arbeit hatten, rührte nicht daher, dass sie mathematisch komplex oder technisch undurchsichtig war. Das Problem resultierte vielmehr aus Einsteins Überzeugungen hinsichtlich dessen, was eine geeignete Theorie auszumachen habe sowie hinsichtlich der Beziehung zwischen Experiment und Theorie. Zwar sah Einstein Erfahrung als einzige Quelle des Wissens an. Doch hielt er wissenschaftliche Theorien für freie Schöpfungen der Intuition. Und Prämissen, auf denen Theorien basierten, konnten aus seiner Sicht nicht logisch mit Experimenten in Verbindung gebracht werden. Eine gute physikalische Theorie zeichne sich dadurch aus, dass sie hinsichtlich der Beweisführung mit einer geringen Zahl von Postulaten auskomme. Diese Reduktion an Postulaten, die kennzeichnend für das gesamte Werk Einsteins ist, war es, die seine Arbeit auch in Fachkreisen so schwer verständlich machte und ihm lange Zeit keine Unterstützung zukommen ließ. Einstein fand jedoch auch Befürworter. Sein wichtigster früher Förderer war der deutsche Physiker Max Planck. Einstein blieb, nachdem er in der Wissenschaft an Ansehen gewonnen hatte, noch vier Jahre am Patentamt. Danach folgte ein schneller Aufstieg in der deutschsprachigen akademischen Welt. Seine erste akademische Berufung erhielt er 1909 an die Universität Zürich. 1911 ging er an die deutschsprachige Universität Prag, und 1912 kehrte er wieder an die Eidgenössische Polytechnische Hochschule in Zürich zurück. 1913 wurde er schließlich zum Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Physik in Berlin berufen.

 Die allgemeine Relativitätstheorie

Noch bevor Einstein 1907 seine Tätigkeit am Patentamt aufgab, begann er, an der Erweiterung und Verallgemeinerung der Relativitätstheorie auf alle Koordinatensysteme zu arbeiten. Er formulierte anfangs das Äquivalenzprinzip – ein Postulat, dass Gravitationsfelder den Beschleunigungen des Bezugssystems äquivalent sind. Beispielsweise können Menschen, die sich in einem fahrenden Aufzug befinden, prinzipiell nicht unterscheiden, ob die auf sie wirkende Kraft durch die Schwerkraft oder durch eine konstante Beschleunigung des Aufzugs verursacht wird. Die vollständige allgemeine Relativitätstheorie wurde erst 1916 veröffentlicht. In dieser Theorie werden die Wechselwirkungen zwischen Körpern, die vordem den Gravitationskräften zugeschrieben worden waren, als Einwirkung der Körper auf die Geometrie der Raum-Zeit erklärt; dies ist eine vierdimensionale Struktur, eine mathematische Abstraktion mit den drei Dimensionen des euklidischen Raumes und der Zeit als vierter Dimension. Auf der Basis der allgemeinen Relativitätstheorie erklärte Einstein die bis dahin unerklärbaren Schwankungen in der Bahnbewegung von Planeten und sagte die Beugung des Sternenlichtes in der Nachbarschaft großer und schwerer Körper, beispielsweise der Sonne, voraus. Die Bestätigung des letztgenannten Phänomens während einer Sonnenfinsternis 1919 wurde ein Ereignis; Einsteins Ruhm verbreitete sich in der ganzen Welt. In späteren Lebensjahren verbrachte Einstein viel Zeit mit der weiteren Verallgemeinerung seiner Theorie. Seine letzte Leistung – eine einheitliche Feldtheorie, die ihm nur unvollständig gelang – war ein Versuch, alle physikalischen Wechselwirkungen (einschließlich der elektromagnetischen sowie der Kernwechselwirkungen) im Sinn einer Modifikation der Raum-Zeit zwischen Elementen zu verstehen, die miteinander in Wechselwirkung stehen. Die meisten von Einsteins Kollegen hielten diese Theorie für irreführend. Zwischen 1915 und 1930 gelang es, in der Physik eine neuartige Konzeption des grundlegenden Charakters der Materie zu entwickeln, die so genannte Quantentheorie. Diese Theorie erfuhr in der Kopenhagener Deutung von Bohr und Heisenberg eine Interpretation, die Einstein nicht teilte.

Einsteins Biografie



oben Autoren: Klasse 11-1 und Alfred Blohm, Web: Kai Lahmann Datum: Mai 98 Letzte Änderung am 05. April 2000
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