Relativitätstheorie 2 Die Verlangsamung der Zeit ist sehr einfach mit einer Lichtuhr zu zeigen: Ein Lichtsignal läuft in einem Gehäuse mit spiegelnder.

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1 Relativitätstheorie 2 Die Verlangsamung der Zeit ist sehr einfach mit einer Lichtuhr zu zeigen: Ein Lichtsignal läuft in einem Gehäuse mit spiegelnder Oberfläche in der Lichtuhr auf und nieder. Wenn die Uhr ohne Bewegung ist, soll das Lichtsignal 1 s für 1 mal auf und nieder benötigen. Wird die Uhr aber mit hoher Geschwindigkeit an uns vorbei bewegt, so muss vom Lichtstrahl mehr Weg vom Beobachter aus zurückgelegt werden.(In der Uhr selber bleibt der Weg gleich) Da die Geschwindigkeit des Lichtstrahles immer gleich ist, so muss die Zeit in der bewegten Uhr langsamer gehen als beim Beobachter.

2 Relativitätstheorie 2 Es geht die Uhr im bewegten Objekt langsamer .

3 Relativitätstheorie 2 Wie viel Zeit vergeht von P nach C ?
Keine, da der Blitz noch nie vom Boden hochgekommen ist. Wenn ich mich mit Lichtgeschwindigkeit bewege, vergeht die Zeit nicht. Von A nach P ist die Zeit. Da C und A auf einem Kreisbogen liegen stellt sich die Frage: Ist die Licht= geschwindigkeit die Zeit (wenn keine Bewegung) ? Lichtuhr, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt.

4 Relativitätstheorie 2 Warum Sie sich nicht schneller als das Licht fortbewegen können liegt daran, dass Sie sich auch nicht langsamer als das Licht fortbewegen können. Es gibt nur eine Geschwindigkeit, das ist die Lichtgeschwindigkeit. Alles, wir mit eingeschlossen, bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit.

5 Relativitätstheorie 2 Darstellung eines Objektes, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Darstellung eines Objektes, das sich nicht bewegt.

6 Relativitätstheorie 2 2 Objekt sind nur zeitlich aber nicht räumlich getrennt. 2 Objekte sind nur räumlich aber nicht zeitlich getrennt. 2 Objekte sind zeitlich und räumlich getrennt.

7 Relativitätstheorie 2 Mythos - Der Mensch braucht Bilder
Mit Gleichungen und statistischem Zahlenmaterial gibt sich der Mensch nicht zufrieden. Er versucht die Erkenntnisse in Bilder zu kleiden und in seine Weltvorstellung einzubauen. Wie ist ein Mythos der Relativitätstheorie zu sehen ? Am Anfang schuf Gott 4 Dimensionen. Sie waren alle gleich und voneinander nicht zu unterscheiden. Dann füllte Gott sie mit Energieteilchen. Dank ihrer Energie bewegten sich diese mit Lichtgeschwindigkeit (der einzigen Geschwindigkeit der Raumzeit). Der Raum schrumpfte für alle Partikel in der Richtung, in der sie sich fortbewegten. Da blieben nur mehr 3 räumliche Dimensionen übrig, die allesamt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Teilchen standen, sowie der Geist der 4. Dimension, die sich als Strom der Zeit bemerkbar macht. Durch die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen nehmen nicht alle am selben Strom der Zeit teil. Jeder sieht nur seine Eigenzeit als tatsächliches Zeitmaß. Wir können nur die Projektion der realen 4-d Welt messen und erkennen.

8 Relativitätstheorie 2 Wenn wir den Schatten kennen, wie sieht das Objekt dann aus ? USA von einem stationären Raumschiff aus gesehen

9 Relativitätstheorie 2 Als Beobachter messen wir lediglich den Schatten der Eigenzeit-Geschwindigkeit und der „eigenen“ räumlichen Dimensionen als Projektionen auf unsere Raum- und Zeitdimensionen. USA von einem Raumschiff mit ca. 75% der Lichtgeschwindigkeit aus gesehen.

10 Relativitätstheorie 2 Was bewirkt die Schrumpfung ?
Es ist das Kippen der räumlichen Dimensionen, so dass diese senkrecht zur Bewegungsrichtung in der Raumzeit stehen. Man sieht die Verkürzung des Raumes(waagrecht) und auch die Desynchronisierung der Zeit(senkrecht) zwischen Ost und Westküste.

11 Relativitätstheorie 2 Auch eine Rückwärtsbewegung in der Zeit wäre möglich. Die Projektion, die wir sehen, wäre spiegelbildlich zur Vorwärtsbewegung.

12 Relativitätstheorie 3 Raum - Zeit - Masse
Es ist bekannt, dass alle physikalischen Größen sich mit Hilfe von lediglich 3 physikalischen Maßen ausdrücken lassen. Raum - Zeit - Masse

13 Relativitätstheorie 3 Impuls = Masse x Geschwindigkeit
Wenn ich mich als Beobachter mit hoher Geschwindigkeit vorbei bewege, während das Auto in die Mauer fährt, so sehe ich wegen des Relativitätseffektes das Auto in Zeitlupe. (Zeit vergeht langsamer) Dann dürfte ich aber die Mauersteine nicht fliegen sehen, denn durch die geringe Geschwindigkeit muss der Impuls viel geringer sein. Denkste! Die Wirkung bleibt gleich, sonst würde ich ein anderes Ereignis sehen. Das heißt: Die Masse wird größer !!!

14 Relativitätstheorie 3 Kraft = Masse x Beschleunigung
Eigentlich ist zu beachten: Impuls = Masse x Geschwindigkeits(zuwachs) (-verringerung) Geschwindigkeitszuwachs nennt man Beschleunigung. Geschwindigkeitsverringerung nennt man Abbremsung Geschwindigkeit = Beschleunigung (Abbremsung) x Zeit Beschleunigung =Geschwindigkeit /Zeit Impuls wird in der Physik als Kraft bezeichnet: Kraft = Masse x Beschleunigung = Masse x Geschwindigkeit/Zeit

15 E = m . c² Relativitätstheorie 3 Energie = Kraft x Weg
Energie=MassexGeschwindigkeit/Zeit x GeschwindigkeitxZeit Energie=Masse x Geschwindigkeit x Geschwindigkeit Wenn ich die größtmögliche Geschwindigkeit nehme, nämlich die Lichtgeschwindigkeit, hängt die Energie unmittelbar mit der Masse zusammen. Diese Beziehung ergibt die berühmte Formel: E = m . c²

16 1 000 000 000 000 Meterkilopond entspricht ca 0,1 Gramm Masse.
Relativitätstheorie 3 Um eine reale Vorstellung für diese Beziehung zu bekommen, eine Rechnung: Meterkilopond entspricht ca 0,1 Gramm Masse. (1 mkp = Energie um 1 kg 1 Meter hochzuheben)

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18 Allgemeine Relativitätstheorie
Nachdem Einstein das Problem bei konstanten Geschwindigkeit gelöst hatte, beschäftigte er sich mit der beschleunigten Bewegung. Er ging wieder von seinen 2 Postulaten aus: 1) Alle Bewegung zueinander ist relativ. 2) Die Lichtgeschwindigkeit (egal welche Eigengeschwindigkeit bzw. -änderung) ist immer konstant km/s.

19 Allgemeine Relativitätstheorie
Was ist Beschleunigung? Wenn wir im Auto oder im Flugzeug beim Anfahren in den Sitz gepresst werden, sehen wir das als Beschleunigung. Das ist dann der Fall, wenn wir die Geschwindigkeit ändern. Aber auch beim Ringelspielfahren wirkt eine Beschleunigung, obwohl wir mit einer konstanten Geschwindigkeit im Kreis fahren. Wenn wir bei einer Bewegung eine Kraft verspüren, so ist dies, dass wir einer Beschleunigung ausgesetzt sind.

20 Allgemeine Relativitätstheorie
Von was ist Beschleunigung abhängig ? Bereits Galilei erkannte: Der Stein, der mir vom Kirchturm auf den Kopf fällt, tut viel mehr weh als der Stein, der 2 cm über dem Kopf losgelassen wird. So glaubte Galilei die Beschleunigung ist abhängig vom zurückgelegten Weg. Doch er überlegt: Am Anfang ist der Weg=0, das heißt der Stein könnte sich gar nicht in Bewegung setzten. So folgerte er(Da dieser Weg in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird):Die Beschleunigung ist nur von der Zeit abhängig.

21 Allgemeine Relativitätstheorie
Mit dieser Überlegung machte Einstein dann ein Gedankenexperiment: Dieser Mann, der von „Geisterhand“ in einem „Galileikasten“ beschleunigt wird, weiß nicht, ob seine Füsse durch die Beschleunigung auf den Boden gepresst werden und , oder ob er auf der Erde steht und durch die Erdanziehung diese Kraft verspürt.

22 Allgemeine Relativitätstheorie
Der Mann in seinem Kasten kann nicht feststellen, ob er sich bewegt oder stillsteht. Sobald er die Kugel auslässt, unterliegt diese dem Gesetz der Trägheit. Entweder wird der Boden die Kugel berühren, oder die Kugel wird auf den Boden fallen, je nachdem, ob der Kasten sich bewegt oder stillsteht. Hier schloss Einstein: Die Wirkung von Trägheit und Schwerkraft sind identisch. Das heißt: Schwerkraft muss etwas anderes sein, als Newton es gesehen und postuliert hat.

23 Allgemeine Relativitätstheorie
Verursacht durch die: Ablenkung des Lichtes durch die Schwerkraft.

24 Allgemeine Relativitätstheorie
Auch Einstein konnte diese Tatsache nicht übergehen : Wenn Trägheit und Gravitation dasselbe sind, dann müsste ein Foton durch die Gravitation abgelenkt werden.

25 Allgemeine Relativitätstheorie
Er überlegte: Die Wellenfront, die in AC Ihren Ausgang genommen hat, gelangt schließlich in Position BD. Das bedeutet, dass das Licht genau soviel Zeit benötigt hat, um von A nach B, wie von C nach D zu gelangen, obwohl der Weg von A nach B länger ist. Das heißt: Die Lichtgeschwindigkeit müsste in einem Gravitationsfeld abnehmen, was gegen Postulat 2 verstoßen würde. Das war nicht nur ein persönlich harter Schlag für Einstein, der dieses Denkbeispiel selber kreiert hatte, sondern jetzt triumphierten auch seine Gegner.

26 Allgemeine Relativitätstheorie
Nach einiger Nachdenkpause trat er mit folgendem Satz an die Öffentlichkeit: Nicht die Geschwindigkeit des Lichtes ändert sich, sondern die Zeit selbst verlangsamt sich während eines Durchgangs des Lichtes durch das Gravitationsfeld.

27 Allgemeine Relativitätstheorie
Relativ gesehen ist es unmöglich in diesem Universum eine gerade Linie (als Geodäte)zu ziehen. Zum Beispiel sieht ein Beobachter auf der Erde eine Kugel vom Hochhaus auf einer Geraden ruterfallen, während ein Beobachter auf der Sonne die Kugel auf einer Kurvenbahn runterfallen sieht.

28 Allgemeine Relativitätstheorie
Wenn es im 3-Dimensionalen schon schwer ist eine Geodäte absolut zu beschreiben wie sieht sie in der 4 dimensionalen Raumzeit aus ? Was können wir eigentlich vom 4 dimensionalen Raum sehen ? Wenn wir die Sterne am Himmel betrachten, scheinen sie im 3 dimensionalen Raum verteilt zu sein. Was wir nicht bewusst sehen ist, dass wir sie nicht nur an unterschiedlichen Punkten, sondern auch zu verschiedenen Zeiten sehen. Von einigen Sternen ist das Licht tausende Jahre unterwegs, von anderen nur Jahrzehnte. Obwohl wir in der 4 dimensionalen Raumzeit leben, können wir nur in den 3 Dimensionen etwas sehen. Wir sehen also nur die Schatten der 4 dimensionalen Raumzeit.

29 Allgemeine Relativitätstheorie
Wir können aber die Bahnen von den Kometen, Planeten, Meteore, Sterne und andere Himmelskörpern, die sich auf 4 dimensionale Geodäten bewegen, aufzeichnen und berechnen. Einstein fand, dass die Bahnen der Himmelskörper eine Geodäte in der Zeit beschreiben. Das heißt: Sie bewegen sich mit der langsamsten möglichen Relativgeschwindigkeit. Da sie sich so langsam wie möglich zueinander bewegen, werden sich die Zeiger einer Uhr auf ihrer Oberfläche so schnell wie möglich bewegen und somit das Vergehen der größtmöglichen Zeitspanne anzeigen.

30 Allgemeine Relativitätstheorie
Ein Planet bewegt sich um die Sonne so, dass seine Eigenzeit möglichst schnell vergeht(von jedem anderem Objekt aus gesehen) Die relativen Bewegungen zueinander sind minimalisiert. Man spricht auch von der Trägheit des Kosmos.