Spezielle Relativitätstheorie

Im 19. Jahrhundert war eine heftige Diskussion über den Äther im Gange. Der Äther war gedacht als jenes nötige Medium, das Licht und auch Radiowellen brauchen, um sich auszubreiten. Das in Analogie der Luft, ohne die es keine Schallausbreitung gäbe.

Viele Theorien wetteiferten miteinander. Letztlich ersannen 1881 die Herren Michelson und Morley ein Experiment um den Äther nachzuweisen. Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-Experiment

Erstaunlicherweise war kein Äther nachzuweisen. Herr Lorentz kam der Lösung recht nahe. Erst Albert Einstein veröffntlichte 1905, vor 107 Jahren seine Theorie. Wichtig ist auch die Annahme, aus dem Experiment s.o., dass die Lichtgeschwindigkeit „c“ die höchstmögliche Geschwindigkeit sei. Es gibt keine höhere!
Sir Karl Popper würde sofort ergänzen mit:“nach dem derzeitigen Stand des Wissens“.
Gleich einschränkend möchte ich betonen, dass diese Theorie nur für Körper in antriebslosem Zustand gilt.
Zum Beispiel ein Asteroid oder ein Meteor, die Erde um die Sonne, fast auch eine Eisenbahn, wenn man die Reibung vergessen könnte. Ein Eisenbahnwaggon rollt ja besonders reibunsarm und also lang dahin, bis er stehen bleibt. Die Theorie ist also auf bestimmte Fälle eingeschränkt. Erst die Allgemeine Relativitätstheorie hat dies Beschränkung nicht. Aber dazu viel später.

Das Problem die Spezielle Relativitäts Theorie in weiterer Folge SRT genannt, verständlich zu machen ist begründet sich in der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit so groß ist, dass sie kaum im täglichen Leben zur Auswirkung kommt. Einzig bei Telefongesprächen über Satellit von einem zum anderen Kontinent sind die Verzögerungen störend bemerkbar, was ich wiederholt erlebt habe und viele andere auch. Ein Lichstrahl zum Mond und zurück braucht ja fast 2 1/2 Sekunden. Die Entfernung zum Mond wird ja täglich mit Hilfe des Spiegels, den die Astronauten am Mond zurückgelassen haben, gemessen und es stellt sich heraus, dass der Mond sich jährlich um fast 4 cm von der Erde entfernt. In ferner Zukunft wird es nur noch ringförmige Sonnenfinsternisse geben, so nebenbei gesagt.

So, nun folgt ein kleines Gedankenexperiment, das scheinbar nichts mit der SRT zu tun hat.
Die Entfernung von London nach Antalya sind etwa 3000 km. Ein Flugzeug 1000 km/h schnell, braucht also bei Windstille 3 Stunden dazu. Weht ein Gegenwind von 500 km/h so braucht das Flugzeug für den Hinflug 6 Stunden und für den Rückflug, jetzt ja mit Rückenwind nur 2 Stunden. Im Durchschnitt also 4 Stunden, gegenüber 3 Stunden bei Windstille. Das kann jeder selbst einfach nachvollziehen. Die Windgeschwindigkeit wird zur Flugzeuggeschwindigkeit addiert, bzw. subtrahiert, je nach Richtung. Dies gilt auch für Schall.

Aber nicht für das Licht wie der Michelson-Morley Versuch zeigt.

Jedes System von zweien, die sich antriebslos und unabhängig voneinander bewegen, sind gleichberechtigt und das Michelson-Morley Experiment liefert in beiden Systemen die gleichen Resultate.

Jetzt haben wir aber ein recht großes Dilemma, wie folgendes Bild illustrieren soll. Wenn nämlich die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, so kommt ein von System 2 ausgesandter Lichtstrahl in System 1 immer mit Lichtgeschwindigkeit an, egal ob sich System 2 auf System 1 zubewegt oder sich entfernt.
Dies widerspricht dem Hausverstand, der aber nichts anderes ist, als das was man so an Erfahrung gesammelt hat. Mit Licht ist es eben nicht so, wie mit den Flugzeugen oder auch Schall.

Bild1

Wir haben System 1 und 2. In beiden werden Lichtstrahlen in alle Richtungen ausgesandt. In alle Richtungen gleich schnell, so dass ich einen Kreis um die Spitzen der Lichtstrahlen gezeichnet habe.

Eigentlich erwartet man dass ein Lichtstrahl von System 2 mit c – v im System 1 ankommt. Das Michelson-Morley Experiment zeigt aber, dass das Licht kein Medium zur Fortpflanzung braucht. Man hatte damals erwartet, dass das Experiment einen Äther anzeigen sollte, weil ja die Erde doch mit 30 km/sec um die Sonne kreist. Das sollte deutliche sichtbare Veränderungen im Interferenzmuster zeigen (siehe den Link am Anfang), da ja das Interferometer einmal z.b. in die Richtung der Ätherbewegung zeigen kann und der andere Zweig im rechten Winkel dazu. Es sah so aus als ob der Äther ruht. Warum sollte er gerade dort ruhen, wo man das Gerät aufstellt? Also letzten Endes nochmals: Licht braucht keinen Äther. Darum ist jedes System gleichberechtigt. Das ist ganz wichtig, das einmal zu verinnerlichen!
Noch Bild 2 und Bild 3 zur Verdeutlichung.

Die Antwort war die SRT.

Wenn also die Lichtgeschwindigkeit in beiden Systemen mit 300000km/s gleich ist, wenn sich die Systeme 1 und 2 zueinander bewegen muss sich etwas anderes ändern, damit diese Bedingung, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Systemen konstant ist, erfüllt wird! Sonst ist das Dilemma von vorher nicht auflösbar.

Im jeweils anderen, beobachteten System, muss also die Zeit und die Länge der Messstrecke mit dem Faktor x multipliziert werden. Die Zeit ist also veränderlich. Das erstaunt am meisten.

Es ist die Geschwindigkeit ja bekanntlich c = v = Weg/Zeit und ident mit Weg*x/(Zeit*x) im anderen System.
Das x kürzt sich weg und alles ist in Ordnung. Man kann nun einfach die Formel für x ableiten aus den geometrischen Zsammenhängen in Bild 2.
Dieser Faktor heisst gamma = 1/Wurzel( 1- v²/c²)
Die Ableitung finden sie auf der Seite „Lichtuhr“, ist aber auch sehr oft im Internet zu finden.
Neben der Zeitdilatation und der Längenänderung kann man auch finden, dass die Masse eines Körpers mit demselben Gamma verknüpft ist und unendlich groß wird, wenn sie auf c gebracht werden könnte.

Jetzt ist die Zeit gekommen, wo man das Alles mit Muße auf sich einwirken lassen muss. Aber im Grunde ist es jetzt, 107 Jahre nach der Entdeckung durch Einstein, einfach nachzuvollziehen.

Jahrzehntelang war diese Theorie umstritten. Aber die Beweise sind zahlreich. Letzen Endes würde ihr Navi nicht gut funktionieren, wenn man den teilweisen Einfluss der SRT nicht einbeziehen würde.

Viele Paradoxa wurden erfunden um die Theorie zu widerlegen. Mir gefällt am besten das hier:
Ein Auto bewegt sich relativ zu mir mit Lichtgeschwindigkeit. Dann schaltet der Fahrer die Scheinwerfer ein.
Was passiert, bleibt das Licht im Scheinwerfer stecken? Nein natürlich nicht. Das Auto ist natürlich ein gleichberechtigtes System, wie mein System2, Das Licht des Scheinwerfers wird für das Auto ganz normal nach vorne leuchten wie gewohnt. Für mich, der das Auto beobachtet hat es ja seine Länge auf null reduziert und das damit auch austretende Licht scheint in die Länge null hinein, natürlich nur für mich = System 1.

Die SRT kürzer zu erklären habe ich leider nicht geschafft. Aber soll es ein Anderer versuchen.
Es hat übrigens IMHO to date noch niemand erklären können warum sich Licht so verhält.
Aber ich habe so eine Idee, die auf beobachtbaren Tatsachen beruht, wie dem Doppelspaltexperiment und dem Einstein Spuk für verschränkte Photonen. Doch dazu später und getrennt von der SRT.
Wenn es Gott war, na dann o.k., aber wie konnte die Natur ohne Grund das so machen, fragen sich die Atheisten? Lesen sie meine anderen Artikel!

P.S.: Einstein lehnt übrigens den Äther nicht ab. Die Eigenschaften des Äthers sind jedoch so, dass er für die SRT nicht in Erscheinung tritt. Siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%84ther_%28Physik%29
Für mich selbst ist das Vakuum der Weltalls nicht leer, da es Eigenschaften hat.
Der Wellenwiderstand des Vakuums ist 377 Ohm. Für Quantenphysiker ist das Vakuum voll von Ereignissen.
Hier der Originalartikel von 1905:
http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=einstein%20elektrodynamik%20bewegter%20filetype%20pdf&source=web&cd=2&ved=0CFYQFjAB&url=http%3A%2F%2Fusers.physik.fu-berlin.de%2F~kleinert%2Ffiles%2F1905_17_891-921.pdf&ei=OnERUO2iMYjIsgayroDoCQ&usg=AFQjCNGMgJK19unzaMOZ5HBT1gFw5bOJCA&cad=rja
Ein guter, aber sehr kontroverser Link:
http://www.mahag.com/srt/srtall.php
Sehr schön als Film:
http://module.zdf.de/portal/einsteinrela/relativitaet.html