Keine Angst, so komplex die Relativitätstheorie zu sein scheint; sie ist überraschend einfach. In diesem kurzen Artikel werden wir versuchen zu erklären, was Einstein vorschlägt, um Ihnen einen Einblick zu geben. Also, ohne weitere Umschweife, hier istunsere vereinfachte Erklärung der Relativitätstheorie.
technisch gesehen
Wenn wir uns auf die "Relativitätstheorie" beziehen, meinen wir eigentlich die Allgemeine Relativitätstheorie. Die Spezielle Relativitätstheorie ist ein "Sonderfall" der Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Kombination dieser beiden Prinzipien hilft, viele Themen zu erklären, die sich von der Bewegung der Planeten unterscheiden,die Wirkung der Schwerkraft auf das Licht auf die Existenz von Schwarzen Löchern.
Besondere Relativitätstheorie besagt, dass die Gesetze der Physik, und damit ist das Universum für alle gleich "schnellen" Beobachter gleich. Im Vakuum des Weltraums ist die Lichtgeschwindigkeit eine von jedem Beobachter unabhängige Konstante.
Aber was ist mit Beschleunigung und Gravitation? Einstein verbrachte ein Jahrzehnt damit, darüber nachzudenken. 1915 veröffentlichte er triumphierend seine Allgemeine Relativitätstheorie. Er stellte fest, dass massive Objekte im Weltraum eine Verzerrung oder Verzerrung der Raumzeit verursachen, die wir alle "fühlen""als Schwerkraft.
Über den Tellerrand hinausdenken
Einstein ging mit seiner ungewöhnlichen Denkweise davon aus, dass experimentelle Beobachtungen richtig waren. Dies war das komplette Gegenteil der Gedanken seiner Zeitgenossen. Ende des 19. Jahrhunderts suchten alle Physiker nach etwas, das man "Äther" nannte. Äther glaubte mandas Medium zu sein, durch das das Licht reiste. Es war im Wesentlichen zur Suche nach dem Heiligen Gral geworden. Einstein erkannte, dass die Besessenheit seiner Kollegen von der Aufgabe den Fortschritt behinderte. Seine Lösung bestand darin, ihn einfach aus der Welt zu entfernenGleichung. Er ging davon aus, dass die Gesetze der Physik unabhängig von der Bewegung der Dinge funktionieren würden. Eine Strategie, die nicht im Widerspruch zu den experimentellen und mathematischen Daten stand.
1905 entwickelte Albert Einstein seine Spezielle Relativitätstheorie. Seine bahnbrechenden Arbeiten machten Jahrhunderte des anerkannten wissenschaftlichen Denkens ungültig und veränderten auch, wie wir die Welt um uns herum wahrnehmen.
Wie der Name schon sagt, ist diese Theorie nur für Spezialfälle anwendbar, dh wenn sich beide Objekte mit konstanter oder gleichförmiger Geschwindigkeit bewegen.
Einstein erklärte, dass die Relative Bewegung zweier Objekte sollte eher der Bezugsrahmen sein als ein externes, esoterisches "ätherisches" Bezugssystem. Angenommen, Sie waren ein Astronaut in einem Raumschiff und haben ein anderes Raumschiff aus der Ferne beobachtet. Das einzige, was zählt, ist, wie schnell Sie sindund Ihr beobachtetes Ziel bewegen sich relativ zueinander. Ein Haken, die spezielle Relativitätstheorie gilt jedoch nur, wenn Sie geradeaus fahren und nicht beschleunigen. Wenn eine Beschleunigung stattfindet, muss die Allgemeine Relativitätstheorie angewendet werden.
Die Theorie basiert auf zwei Grundprinzipien:
Relativität - Die Gesetze der Physik ändern sich nicht. Selbst für Objekte, die sich in Trägheitsbezugssystemen mit konstanter Geschwindigkeit bewegen.
Die Lichtgeschwindigkeit - Es ist für alle Beobachter gleich, unabhängig von ihrer relativen Bewegung zur Lichtquelle.
Einsteins Arbeit stellt eine grundlegende Verbindung zwischen Zeit und Raum her. Wir stellen uns das Universum intuitiv als dreidimensional vor oben und unten, links und rechts, vorwärts und rückwärts, aber auch mit einer Zeitkomponente oder Dimension4-D-Umgebung, die wir erleben.
Wenn Sie sich schnell genug durch den Raum bewegen würden, würden sich alle Beobachtungen, die Sie über Raum und Zeit machen, von denen anderer unterscheiden, die sich mit einer anderen Geschwindigkeit bewegen als Sie. Mit zunehmendem Geschwindigkeitsunterschied würden auch die beobachteten Unterschiede zunehmen.
Es ist alles relativ
Stellen Sie sich nun vor, Sie befinden sich in einem Raumschiff mit einem Laser in der Hand. Der Laserstrahl schießt direkt zur Decke, trifft auf einen Spiegel und wird in einen Detektor zurück auf den Boden reflektiert. Denken Sie daran, dass das Schiff jetzt in Bewegung ist,sagen wir bei etwa der Hälfte Lichtgeschwindigkeit. Die Relativitätstheorie besagt, dass diese Bewegung für Sie keinen Unterschied macht, Sie können sie nicht "fühlen" genau wie auf der Erde, da sie sich um ihre Achse dreht und durch den Weltraum um die Sonne rast.
Aber hier kommt die Wendung:
Ein externer Beobachter würde jedoch etwas ganz anderes erleben. Könnte er in Ihr Schiff "sehen", würde er bemerken, dass der Laserstrahl schräg "nach oben" wandert, auf den Spiegel trifft und dann in einem anderen Winkel wieder nach unten wandertden Detektor zu treffen. Der Beobachter würde bemerken, dass der Lichtweg länger und in einem ausgeprägteren Winkel ist, als Sie in Ihrem Schiff beobachten würden. Noch wichtiger ist, dass die Zeit, die der Laser benötigt, um den Detektor zu erreichen, unterschiedlich sein würdeLichtgeschwindigkeit konstant ist, wie können Sie beide zu der gleichen Schlussfolgerung gelangen, die diese Theorie beweist? Der Zeitverlauf muss für Sie und den externen Beobachter eindeutig unterschiedlich sein.
Was zum Teufel? Dieses Phänomen ist als Zeitdilatation bekannt. Im obigen Beispiel muss sich die Zeit für Sie schneller "bewegen" als die des langsameren Beobachters. Dieses einfache Beispiel ermöglicht es uns, Einsteins Relativitätstheorie zu visualisieren, wobei Raumund Zeit sind eng miteinander verbunden.
Wie Sie sich vorstellen können, würde eine so extreme Varianz im Zeitverlauf nur bei sehr großen Geschwindigkeiten, insbesondere nahe der Lichtgeschwindigkeit, merklich wahrgenommen werden. Experimente seit Einsteins Enthüllungen haben seine Theorie bestätigt. Zeit und Raum werden unterschiedlich wahrgenommenfür Objekte, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Masse, Energie und Lichtgeschwindigkeit
Einstein hat sich sicherlich nicht auf seinen Lorbeeren ausgeruht. Auch 1905 bewarb er sich Prinzipien der Relativitätstheorie um die berühmte Gleichung e=mc2 zu erzeugen. Diese harmlos einfache Gleichung drückt die fundamentale Beziehung zwischen Masse m und Energie e aus. Ziemlich ordentlich.
Diese kleine Gleichung ergab, dass, wenn wir uns der Lichtgeschwindigkeit c nähern, die Masse der Objekte balloniert. Sie können also sehr schnell reisen, aber Ihre Masse nimmt im Verhältnis zu Ihrer Geschwindigkeit zu. Schade. Im Extremfall, wenn Sie mitdie Lichtgeschwindigkeit, sowohl Ihre Energie als auch Ihre Masse, wären unendlich. Wie Sie bereits wissen, ist es umso schwieriger, je schwerer das Objekt ist. Daher wird mehr Energie benötigt, um es zu beschleunigen. Daher ist es unmöglich, die Geschwindigkeit von . zu überschreitenLicht.
Einsteins Vermächtnis
Bis Einstein wurden Masse und Energie als völlig getrennte Dinge angesehen. Seine Arbeit bewies, dass die Prinzipien der Erhaltung von Masse und Energie sind Teil einer größeren, einheitlicheren Erhaltung von Masse-Energie. Materie kann daher aufgrund der fundamentalen Verbindung zwischen ihnen in Energie umgewandelt werden und umgekehrt. Das ist, ehrlich gesagt, erstaunlich.
Um es zusammenzufassen, erstens gibt es keinen "absoluten" Bezugsrahmen, daher die Verwendung des Begriffs "Relativität". Zweitens ist die Lichtgeschwindigkeit konstant für jeden, der sie misst, egal ob in Bewegung oder nicht - ich weiß verrückt richtig? Schließlich kann die Lichtgeschwindigkeit nicht überschritten werden, es ist die universelle "Geschwindigkeitsbegrenzung".
Verstanden? Großartig. Nein? Machen Sie sich keine Sorgen, wenn Sie es nicht getan haben, es ist von Natur aus kontraintuitiv. Die größten Entdeckungen in der Wissenschaft finden sich oft in den Bereichen außerhalb unseres "gesunden Menschenverstands".
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