Was ist die Relativitätstheorie?
Es gibt keine "Relativitätstheorie" - nur zwei Theorien, die beide gelegentlich unter denselben Bezeichner fallen - die Theorie der speziellen Relativitätstheorie und die Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie. Beide wurden von dem berühmten Physiker Albert Einstein zwischen 1905 und 1915 entwickelt. Beide Theorien haben Newtons klassische Mechanik auf den Kopf gestellt, die Jahrhunderte zuvor bestand.
Die spezielle Relativitätstheorie ist eine Theorie der Struktur der Raumzeit, die besagt, dass 1) die Gesetze der Physik für alle Beobachter in gleichmäßiger Bewegung relativ zueinander gleich sind und 2) die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum gleich ist alle Beobachter, unabhängig von ihrer Bewegung der Bewegung der Lichtquelle. Dies führt zu bizarren Folgen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie fahren in einem Zug mit einer Geschwindigkeit von 150 km / h neben einem anderen Zug, der sich mit einer Geschwindigkeit von 150 km / h in dieselbe Richtung bewegt. Aus Ihrer Sicht sieht der Zug neben Ihnen fast still aus. Aber stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Zug, der sich mit Lichtgeschwindigkeit neben einem Lichtstrahl bewegt. Anstatt dass der Lichtstrahl so aussieht, als ob er still steht, bewegt er sich mit Lichtgeschwindigkeit vor Ihnen. Licht ist so seltsam.
Einige der Konsequenzen, die sich aus der speziellen Relativitätstheorie ergeben, sind 1) Zeitdilatation (Uhren, die sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, arbeiten langsamer als stationäre Uhren), 2) Längenkontraktion (Objekte, die sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, scheinen zusammengezogen zu sein die Bewegungsrichtung), 3) die Relativität der Gleichzeitigkeit (Dinge, die gleichzeitig mit dem stationären Beobachter A geschehen, können zu unterschiedlichen Zeiten mit dem sich bewegenden Beobachter B geschehen), 4) die Masse-Energie-Äquivalenz (Masse und Energie sind im Wesentlichen dasselbe und ineinander umwandelbar).
Die allgemeine Relativitätstheorie, die einige Jahre nach der speziellen Relativitätstheorie entwickelt wurde, ist eine Theorie der Funktionsweise der Schwerkraft. Ursprünglich beruhte es auf dem Äquivalenzprinzip, dass Beschleunigung und Stillstand in einem Gravitationsfeld einer bestimmten Stärke physikalisch identisch sind. Da für die Erzeugung von Trägheitseffekten in einem beschleunigenden Objekt keine besondere Kraft erforderlich ist, schlug Einstein vor, die Gravitation auf die klassische Vorstellung der Gravitationskraft zu verzichten und stattdessen die Gravitation als Kurven in der Raumzeit zu verstehen. Dies erklärt Phänomene wie die Biegung des Lichts in Gegenwart eines Gravitationsfelds, obwohl ihm Masse fehlt.
Die allgemeine Relativitätstheorie liefert Erklärungen und macht Vorhersagen, die im Weltbild der klassischen Mechanik lächerlich erschienen wären. Abgesehen von einer leichten Biegung bei Vorhandensein eines Gravitationsfeldes wird vorausgesagt, dass die Zeit bei Vorhandensein eines Gravitationsfeldes langsamer vergeht, die Planetenbahnen aufgrund des Drehmoments, das durch das Gravitationsfeld der Sonne ausgeübt wird, langsamer umlaufen (Änderung), wodurch ein Frame-Draging auftritt rotierende Körper "ziehen" den Trägheitsrahmen der umgebenden Raumzeit mit sich herum, und dass sich das Universum ausdehnt, in einigen Fällen schneller als die Lichtgeschwindigkeit, weil sich der Raum selbst ausdehnt und keine Objekte darin.
Das Aufdecken der Implikationen dieser Theorien dauerte Jahrzehnte und dauert bis heute an. Einsteins Theorien waren so zukunftsweisend, dass es Jahrzehnte dauerte, sie mit großer Präzision zu testen und zu bestätigen. Im Nachhinein waren Einsteins Ideen fast vollständig bestätigt.