Relativitätstheorie - Physik.

« Michelson-Morley-VersuchDie von einer Lichtquelle ausgesandten Strahlen werden von einer halb durchlässigen Glasplatte in zwei Teilbündel aufgespalten unddurchlaufen danach die beiden gleich langen Arme des Interferometers, von denen einer parallel, der andere senkrecht zurBewegungsrichtung der Erde steht.

Nach den Vorstellungen der beiden amerikanischen Physiker Albert Michelson und Edward Morleysollten dabei unterschiedliche Laufzeiten der reflektierten Strahlenbündel auftreten, deren verschobene Interferenzmuster mit Hilfeeines Fernrohres gemessen werden könnten.

Das Versuchsergebnis war negativ, und damit wurde gezeigt, dass sich Licht auf derErde in allen Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet.

Zudem diente dieses Experiment als historische Grundlage derspeziellen Relativitätstheorie von Albert Einstein.© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten. Bei dem Experiment nutzte Michelson und Morley das Phänomen der Interferenz.

Ein Lichtstrahl wurde über eine halb verspiegelte Glasplatte in zwei Teilbündelaufgespalten.

Jedes Teilbündel durchläuft einen Strahlengang, wobei ein Strahlengang parallel und der andere senkrecht zur Bewegungsrichtung der Erde steht.

Am Endedes jeweiligen Strahlenganges werden die Teilbündel durch Spiegel reflektiert und gelangen über die halb verspiegelte Platte zur Überlagerung.

Das dabei entstehendeInterferenzmuster lässt sich beispielsweise über ein Fernrohr beobachten.

Dreht man nun die gesamte Anordnung um 90 Grad, so werden die beiden Strahlengängevertauscht.

Dadurch sollten sich die Interferenzstreifen verschieben ( siehe Interferometer; Lichtabweichung). Das Ergebnis des Versuchs war aber gänzlich unerwartet und unerklärlich: Die Geschwindigkeit, mit der die Erde offenbar durch diesen hypothetischen Äther läuft, war zuallen Jahreszeiten gleich Null.

Demzufolge ließ sich eine Bewegung durch den Äther nicht nachweisen.

Das Ergebnis ließ aber auch den Schluss zu, dass es einen ruhendenÄther, wie ihn die Hypothese von Newton forderte, überhaupt nicht gibt. Trotzdem hielt ein Großteil der damaligen Fachwelt an Newtons „absolutem Raum” und der Äthertheorie fest.

Man versuchte, plausible Erklärungen für die Ergebnisse desMichelson-Morley-Experiments zu finden.

In die Unterscheidung zwischen klassischer und relativistischer Beschreibung des Verhaltens eines bewegten Körpers fließt einFaktor ein, den der holländische Physiker Hendrik Antoon Lorentz und der irische Physiker George Francis Fitzgerald im späten 19.

Jahrhundert entdeckt haben.

DieserFaktor wird im Allgemeinen durch den griechischen Buchstaben β (Beta) dargestellt und hängt ab von der Geschwindigkeit des Körpers gemäß der Gleichung: wobei v die Geschwindigkeit des bewegten Körpers und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht ist. Gegen Ende des 19.

Jahrhunderts erweiterten Fitzgerald und Lorentz ihre Theorien um die Hypothese der Längenkontraktion.

Diese besagt, dass ein Körper, der sich durchden Raum bewegt, längs seiner Bewegungsrichtung um jenen Faktor Beta in seiner Länge gestaucht wird.

Diese Kontraktionshypothese wurde von anderen Wissenschaftlernallerdings als unbefriedigend abgelehnt, weil sie einerseits die Kenntnis der absoluten Bewegung voraussetzt, andererseits aber die Folgerung beinhaltet, dass keinederartige Bewegung messbar ist. 3 SPEZIELLE RELATIVITÄTSTHEORIE Überlegungen zum speziellen RelativitätsprinzipAlbert Einstein war einer der bedeutendsten Physiker des 20.

Jahrhunderts.

Das Foto zeigt eine Tafel mit eigenhändig von ihmgemachten Aufzeichnungen zur speziellen Relativitätstheorie.

Eine wichtige Schlussfolgerung der Theorie: Energie und Masse sindäquivalent.Archive Photos 1905 veröffentlichte Einstein die erste von zwei wichtigen Arbeiten über die Relativitätstheorie.

Er erkannte in dem Ergebnis des Michelson-Morley-Experiments eingrundlegendes Naturprinzip.

Licht breitet sich in jedem Inertialsystem in allen Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit aus.

Es gibt kein ausgezeichnetes Inertialsystem,vielmehr sind alle gleichwertig (Galilei’sches Relativitätsprinzip). Nach Einstein gibt es im gesamten Universum kein Objekt, das sich entlang einer absoluten Referenzskala bewegt, also auch keinen Körper, der sich in absoluter Ruhe befindet.

Die Bewegung eines Objekts lässt sich aber dadurch ausdrücken, dass man sie an einem geeignetenBezugsobjekt festmacht.

So ist es in diesem Sinn gleichwertig zu sagen, dass sich ein Zug vom Bahnhof wegbewegt oder dass sich der Bahnhof von dem Zug entfernt.Dieser Vergleich ist keineswegs unsinnig, da der Bahnhof zwar erdfest ist, sich aber mit der Erde und ihrer Geschwindigkeit durch den Raum bewegt. Keine von Einsteins grundsätzlichen Annahmen war für sich allein revolutionär.

Revolutionär war aber Einsteins Aussage, dass das relative Verhältnis der Bewegung undGeschwindigkeit zwischen einem beliebigen Beobachter und einem Lichtstrahl unter allen Umständen dasselbe ist.

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt näherungsweise300 000 Kilometer pro Sekunde, und zwei Beobachter, selbst wenn sie sich relativ zueinander mit 160 000 Kilometer pro Sekunde bewegen würden, würden stets dengleichen Betrag für die Lichtgeschwindigkeit messen (Konstanz der Lichtgeschwindigkeit).

Diese beiden Grundannahmen bargen jedoch Folgerungen in sich, die vielePhysiker veranlasste, die Theorie lange Zeit als spekulativ zu beurteilen.

Erst die Ergebnisse der vielen folgenden Experimente verhalfen der Theorie im Lauf der Zeit zur. »