Basiswissen

Die spezielle (1905) und die allgemeine (1916) Relativitätstheorie gehen davon aus, dass sich Raum- und Zeitmessungen für Personen mit einer Relativgeschwindigkeit zueinander oder in unterschiedlich starken Gravitationsfeldern unterscheiden. Die Formeln erlauben eine Umrechnung zwischen den Systemen.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Formen verschwimmen, Zeiten laufen anders ab: hier eine künstlerische Darstellung solcher Effekte.☛

Voraussetzung

Die Relativitätstheorie liefert eine mathematische Lösung für das Problem der konstanten Lichtgeschwindigkeit unter der Annahme, dass sich das Licht in einem Medium, dem Äther ausbreitet. Bevor man die Lösung des Problems angehen will, sollte man das Problem selbst verstanden haben. Bereits Anfang des 19ten Jahrhunderts gab es überzeugende Versuchsergebnisse für den Wellencharakter von Licht. Mehr dazu unter Photonenwelle ↗

Lichtäther

Das Problem ist: egal wie schnell man sich auf eine Lichtquelle zu oder von ihr wegbewegt, relativ zum Beobachter hat das Licht immer die gleiche Geschwindigkeit. Das führt zu scheinbar absurden Konsequenzen. Mehr dazu unter Lichtäther ↗

Lösung

Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein seine bahnbrechende Lösung zu dem Problem: Als erster hinterfrug er mathematisch begründet das Wesen von Raum und Zeit. Indem er die Lichtgeschwindigkeit als fixe Größe annahmen, machte er Raum und Zeit selbst zu relativen Größen, die von Geschwindigkeiten zwischen Beobachter und Beobachtetem abhängen. Das auf diesem Gedanken gegründete Gedankengebäude nennt man die Relativitätstheorie.

Praxisbedeutung der Relativitätstheorie

Allgemein wird angenommen, dass die Relativitätstheorie erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder in Nähe extrem großer Massen wichtig wird. Das ist nicht korrekt. Bereits die Orbitalgeschwindigkeiten von GPS-Satelliten und das Schwerefeld der Erde genügen, für sehr praktische Folgen der Relativitätstheorie. Der Physiker Stephen Hawking schreibt über "Navigationssysteme", die von "Satelliten gesteuert" werden: "Blieben die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie unberücksichtigt, würden sich bei den Positionsberechnungen Fehler von mehreren Kilometern ergeben!^{[1, Seite 51]}." Für zukünfige Raumfahrten spielt die Theorie insofern eine Rolle, als sie die Flugzeiten von Astronauten bei hohen Geschwindigkeiten beeinflusst.

Grundgedanke der Relativitätstheorie

Bewegen sich zwei Personen zueinander oder ...

befinden sie sich in unterschiedlich starken Gravitationsfeldern, ...

werden sie ein und denselben Körper als unterschiedlich lang messen.

Auch werden sie Zeitdauern von Vorgängen unterschiedlich wahrnehmen.

Die Relativitätstheorie stellt ein Formelwerk zur Verfügung,

mit dem man aus einem System in ein anderes umrechnen kann.

Mehr dazu im Buch Über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie ↗

Fußnoten

[1] Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit. Die Suche nach der Urkraft des Universums. Englischer Originaltitel: A Brief History of Time. From the Big Bang to Black Holes. Deutsch im Rohwolt Taschenbuch Verlag. 1988. ISBN: 3-499-188-50-3.

[2] Das Prinzip der Relativität: "PRINCIPLE of RELATIVITY: A CONSTRUCTion that holds for two observers separately should hold for both and must be rejected otherwise. E.g., Earthlings and Venusians may be consistent in claiming to be the center of the universe, but their claims fall to pieces if they should ever get together. SOLIPSISM is Similarly not maintainable when an observer invents another autonomous (->AUTONOMY, ->AUTOPOIESIS) organism besides himself. The principle is neither logically necessary nor provable. In rejecting it, an observer is the center of the universe and COMMUNICATION is essentially monologue. In accepting it an observer becomes part of a larger SYSTEM constituted by his RELATIONs with others. The" In: Klaus Krippendorf: A Dictionary of Cybernetics. Annaberg School of Economics. University of Pennsylvania. 1986. Online: https://asc-cybernetics.org/publications/Krippendorff/A_Dictionary_of_Cybernetics.pdf