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Relativitatstheorie


Spezielle Relativitätstheorie



Grundlagen der SRT


Bezugssystem: System auf das wir uns beziehen (Boden, Klasse, Wand, .) Es gibt keinen Unterschied zwischen einem sich gleichförmig gerade bewegenden Raum und einem stehenden Bezugssystem.


In allen Bezugssysteme gelten die Naturgesetze?

Intertialsystem (IS): Systeme in denen der Trägheitssatz gilt.


Bsp.: Eigentlich ist für uns die Klasse das Inertialsystem, Erde bewegt sich jedoch elliptisch -> nur näherungsweise ein IS:


Spezielle Relativitätstheorie beschäftigt sich nur mit IS.




Allgemeine Relativitätstheorie umfasst alle Systeme



Angabe von Geschwindigkeit


In einem fahrenden Zug ist keine Möglichkeit zu sehen ob ein Zug sich bewegt oder nicht, außer man sieht nach draußen.

Bewegung kann nur in Bezug auf einen anderen Körper angegeben werden.


Absolutes Bezugssystem


Gibt es ein absolut ruhendes IS als Bezugssystem? Ather= Ausbreitungsmedium für EM-Wellen, gibt es nach der RT nicht. Es gibt kein absolutes Bezugssystem. Die Bewegung von Iss kann man nur in Relation zueinander angeben.


  1. Relativitätsprinzip

Alle IS sind gleichwertig, kein IS ist vor dem anderen ausgezeichnet (kein besonderes). In allen Iss nehmen die Naturgesetze (fallende Kugel) dieselbe Form an.


  1. Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

Gedankenexperiment:             Physiklehrer sitzt in einem v fahrenden Zug (IS) Sollte der Zug Lichtgeschwindigkeit erreich, dann müsste das Spiegelbild verschwinden. Der Lehrer wüsste, dass er mit Lichtgeschwindigkeit fährt, vorausgesetzt er denkt mit.


Folgerung:                               die Vakuum Lichtgeschwindigkeit ist eine absolute Konstante. Sie ist in allen IS gleich und unabhängig zur Ausbreitungsrichtung.


Folgerung:                               Addition mit c durch normale Mathematik nicht lösbar. Addition im Bereich großer Geschwindigkeiten funktioniert anders.


Newton'sche Mechanik nur ein Teilbereich der Mechanik, nur eine Näherungsweise Berechnung (bis ca. 10% der Lichtgeschwindigkeit)


Das Michelson - Morely - Experiment 1886


Problem Ather:           - Medium für EM Wellen

müsste überall wo EM-Wellen sich ausbreiten sein (Glas Luft Wasser All)

extrem dicht -> sonst c nicht erreichbar

keine Farbe, geruchlos, kein Gewicht

absolut ruhendes IS (da sonst Ather alles nicht ausfüllt)


Versuch findet vor der Aufstellung der RT statt. Vgl S.12 unten


Interferometer auf Marmorblock in Quecksilber schwimmend. Bewegung der Erde (v=30km/s) soll den Beweis für Ather erbringen.  (Rechnung siehe Heft). Man berechnet die Lichtstrahlen und will beweisen dass man, wenn man den Marmorblock richtig dreht, eine Auslöschung der Lichtstrahlen sieht (durch Addition der Erdgeschwindigkeit die Laufgeschwindigkeit des Lichtes erhöhen -> um Lamda verschoben)

Wenn man Marmorblock um 45° dreht dann ändern sich die Wellenmuster theoretisch -> konstruktive Interferenz, bei 90° genau umgekehrt -> destruktive Interferenz.


Ergebnis:         Kein Ergebnis, keine Anderung des Interferenzmusters.

oftmalige Wiederholung, trotzdem kein Ergebnis



Ausgang dass man zu c Geschwindigkeit addieren kann falsch, sondern c ist immer konstant, unabhängig von der Richtung

Es gibt keine absoluten ruhenden Bezugssysteme wie den Ather (keine Bewegung darin messbar)


Gleichzeitigkeit (Bu. S18/19)


Zwei Ereignisse an verschiedenen Orten in einem IS sind gleichzeitig wenn von ihnen ausgehende Lichtsignale einen in der Mitte befindlichen Betrachter gleichzeitig erreichen.

Zwei Ereignissen an verschiedenen Orten in einem IS sind gleichzeitig, wenn sie von einem Lichtsignal ausgelöst werden, das von einer Quelle gleichzeitig abgelöst wird (und in der Mitte steht).


Relativität und Gleichzeitigkeit


Es gibt keine absolute Gleichzeitigkeit zweier Ereignisse. Finden in einem IS zwei Ereignisse an verschiedenen Orten gleichzeitig statt, so finden diese Ereignisse in einem relativ dazu bewegten IS zu verschiedenen Zeiten statt (vgl. Raketen Bu S 20)


Die Relativität von Zeiten (Zeitdilatation [Zeitdehnung])


Versuch Feyman (siehe Heft)


t'=t*√(1-v²/c²)                        .relativistische Zeitdilatation


t. Zeit in ruhendem Bezugssystem I

t'.Zeit in bewegtem Bezugssystem I'


Die Zeit im bewegten Bezugssystem aber von I aus gemessen ->im bewegten System besteht normale Zeit (Eigenzeit = Zeit eines mitbewegten Beobachters) Bu.S22


T' immer kleiner als t, bewegte Uhren scheinen von außen langsamer


Beispiel: Physiklehrer bewegt sich mit 0,8c von t aus ist er 50 Jahre Richtung Pension unterwegs.


?t'


t'= 50*√1-(0,8c/c)²=50*0,6 = 30 Jahre


Zwillingsparadoxon (Uhrenparadoxon)


Erde: Zwillinge -> Einer fliegt weg, nach 25 kehrt er um und erreicht nach 50 Jahren nach einer schweren Geschlechtsoperation die Erde. Welcher der Zwillinge, der verreiste geschlechtsumgewandelte oder der auf der Erde konservativ gebliebene ist älter?

Der auf der Erde meint sich in Ruhe -> glaubt sich älter

Andere in Rakete meint sich in Ruhe -> glaubt sich älter

In dem Augenblick wo Rakete allerdings beschleunigt, und umdreht gilt das IS nicht mehr - daher beide gleich alt.


Zeitdilatation t'=t*√1-v²/c²


Nur Vertauschung der Standpunkte v<-> - v sonst gibt es keine Anderung:


T=t'*√1-v²/c² nicht algebrarisch umformen !!! relativistische Vertauschung


Nachweise der RT:     - Alltag nicht nachweisbar (außer Flugzeug ->Bu S23)

Effekt umso deutlicher je schneller die Geschwindigkeit (zB Lebensdauer von Myonen) normal 1,52müs Halbwertszeit, im Teilchenbeschleuniger 44,6müs











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