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Fundamente der speziellen Relativitätstheorie

Kurzer historischer Überblick

Die spezielle Relativitätstheorie, deren Fundamente wir hier näher betrachten wollen, wurde 1905 von A. Einstein aufgestellt und hat unser modernes Verständnis von Raum und Zeit tief geprägt. So erfolgte durch die spezielle Relativitätstheorie nicht nur eine Revision der Begriffe der klassischen Kinematik (Raum, Zeit), sondern auch der klassischen Dynamik (Energie, Impuls).

Neben Einstein lieferten auch andere große Physiker und Mathematiker wie H. Poincaré, H. Minkowski und H. A. Lorentz bedeutende Beiträge zur speziellen Relativitätstheorie.

Unser Zugang im Kurs

Obwohl man in der Schulphysik nicht den gesamten mathematischen Apparat der speziellen Relativitätstheorie darstellen kann, so kann man dennoch bestimmte Grundlagen vermitteln und Formeln bis zu einer bestimmten Grenze entwickeln. Die allgemeine Relativitätstheorie (1915) Einsteins muss jedoch ausgeklammert werden, weil für ihr Verständnis Methoden benötigt, die deutlich über den Schulstoff und sogar die Pflichtkurse eines Physikstudiums hinausgehen.

Motivation: Existiert ein Äther?

Ende des 19. Jahrhunderts stellten sich den Physikern äußerst relevante Grundlagenprobleme. Eines dieser Probleme könnte man so formulieren: Existiert der sogenannte Äther, in dem sich die von Maxwell vorhergesagten elektromagnetischen Wellen und damit auch Licht (Licht ist ja bekanntlich eine elektromagnetische Welle) bewegen? Und wie könnte man den Äther nachweisen?

Man nahm in der klassischen Physik zunächst an, dass sich das Licht analog dem Schall in einem Medium, den man als Äther bezeichnete, ausbreiten würde.

Eine Konsequenz der Äthertheorie wäre dann die Möglichkeit alle Bewegungen im Bezugssystem des Äthers zu messen.

Insbesondere könnte man dann von der Annahme ausgehen, dass der Äther ein absolut ruhendes Inertialsystem darstellt. Wir wollen diese Behauptung in den nächsten Abschnitten genauer analysieren und die Äthertheorie auf den Prüfstand stellen.

Hier noch folgendes Video, das Dir als Einstieg und zur Motivation dienen soll:

Video: Fundamente der speziellen Relativitätstheorie

Eine auf der historischen Betrachtung basierende Einführung in das Thema der speziellen Relativitätstheorie. Aufgeworfen wird die Frage, ob es ein solches Medium wie den Äther überhaupt gibt, in dem sich elektromagnetische Wellen und damit Licht ausbreiten.
Lückentext
Versuche den folgenden Lückentext auszufüllen.
Licht ist nach der klassischen Optik eine Welle. Im Gegensatz zu den longitudinalen Schallwellen sind Lichtwellen ausgerichtet.

Falls ein Äther existiert, würde sich Licht innerhalb dieses ausbreiten. Man könnte dann die in unterschiedlichen Bezugssystemen vergleichen und überprüfen, ob sie sich tatsächlich ändert oder bleibt.
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Lösen

Hinweis:

Bitte füllen Sie alle Lücken im Text aus. Möglicherweise sind mehrere Lösungen für eine Lücke möglich. In diesem Fall tragen Sie bitte nur eine Lösung ein.

Erinnere dich dabei auch an die optischen Eigenschaften von Licht.

Vorstellung des Online-Kurses RelativitätstheorieRelativitätstheorie
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Relativitätstheorie

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Wiederholung: Grundlagen der klassischen Kinematik
    • Einleitung zu Wiederholung: Grundlagen der klassischen Kinematik
    • Geschwindigkeit und das klassische Additionstheorem
      • Einleitung zu Geschwindigkeit und das klassische Additionstheorem
      • Anwendung: Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen
    • Beschleunigung, Masse, Kraft
  • Fundamente der speziellen Relativitätstheorie
    • Einleitung zu Fundamente der speziellen Relativitätstheorie
    • Gedankenexperiment zur Äthertheorie
    • Michelson-Experiment im Detail
      • Einleitung zu Michelson-Experiment im Detail
      • Michelson-Interferometer
        • Einleitung zu Michelson-Interferometer
        • Mathematische Analyse der Gangunterschiede
      • Versuchsergebnis und Deutung
      • Folgerungen aus der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
  • Relativistische Kinematik
    • Einleitung zu Relativistische Kinematik
    • Lorentz-Transformationen
    • Relativistische Geschwindigkeitsaddition
  • Relativistische Dynamik
    • Einleitung zu Relativistische Dynamik
    • Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse
      • Einleitung zu Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse
      • Relativistische Massenformel
    • Relativistische Messgrößen
      • Einleitung zu Relativistische Messgrößen
      • Relativistischer Impuls
      • Relativistische Energie
        • Einleitung zu Relativistische Energie
        • Äquivalenz von Masse und Energie
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  • Miriam

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    "Vielen Dank:) Wäre schön wenn sich meine Lehrerin so viel Zeit für alles nehmen könnte."

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