Spezielle Relativitätstheorie (SRT) bzw private Theorie Relativitätstheorie ist die Theorie von Albert Einstein, veröffentlicht 1905 in der Arbeit "Über die Elektrodynamik bewegter Körper" (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921. Juni 1905).

Es erklärte die Bewegung zwischen verschiedenen Trägheitsbezugssystemen oder die Bewegung von Körpern, die sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen. Dabei sollte keines der Objekte als Bezugsrahmen genommen, sondern relativ zueinander betrachtet werden. SRT liefert nur 1 Fall, wenn 2 Körper die Bewegungsrichtung nicht ändern und sich gleichförmig bewegen.

Die Gesetze der speziellen Relativitätstheorie hören auf zu wirken, wenn einer der Körper die Bewegungsbahn ändert oder die Geschwindigkeit erhöht. Hier findet die allgemeine Relativitätstheorie (GR) statt allgemeine Deutung Bewegung von Objekten.

Die beiden Postulate, auf denen die Relativitätstheorie basiert, sind:

1. Das Prinzip der Relativität- Ihm zufolge insgesamt bestehende Systeme Bezüge, die sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen und die Richtung nicht ändern, gelten die gleichen Gesetze.
2. Das Prinzip der Lichtgeschwindigkeit- Die Lichtgeschwindigkeit ist für alle Beobachter gleich und hängt nicht von ihrer Bewegungsgeschwindigkeit ab. Dies ist die höchste Geschwindigkeit, und nichts in der Natur hat eine höhere Geschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 3*10^8 m/s.

Albert Einstein legte eher experimentelle als theoretische Daten zugrunde. Dies war eine der Komponenten seines Erfolgs. Neue experimentelle Daten dienten als Grundlage für die Erstellung neue Theorie.

Physiker mit Mitte des neunzehnten Jahrhunderte haben nach einem neuen mysteriösen Medium namens Äther gesucht. Es wurde angenommen, dass der Äther alle Objekte durchdringen kann, aber nicht an ihrer Bewegung teilnimmt. Gemäß den Überzeugungen über den Äther ändert sich durch die Änderung der Geschwindigkeit des Betrachters in Bezug auf den Äther auch die Lichtgeschwindigkeit.

Einstein, der auf Experimente vertraute, lehnte die Vorstellung ab neue UmgebungÄther und nahm an, dass die Lichtgeschwindigkeit immer konstant ist und nicht von irgendwelchen Umständen, wie der Geschwindigkeit des Menschen selbst, abhängt.

Zeitspannen, Entfernungen und ihre Einheitlichkeit

Die spezielle Relativitätstheorie verbindet Zeit und Raum. Im materiellen Universum sind 3 im Raum bekannt: rechts und links, vorwärts und rückwärts, oben und unten. Wenn wir ihnen eine weitere Dimension hinzufügen, die Zeit genannt wird, dann bildet diese die Grundlage des Raum-Zeit-Kontinuums.

Wenn Sie sich langsam bewegen, werden Ihre Beobachtungen nicht mit Personen übereinstimmen, die sich schneller bewegen.

Später bestätigten Experimente, dass Raum nicht wie Zeit auf die gleiche Weise wahrgenommen werden kann: Unsere Wahrnehmung hängt von der Geschwindigkeit der Bewegung von Objekten ab.

Die Verbindung von Energie mit Masse

Einstein entwickelte eine Formel, die Energie mit Masse kombinierte. Diese Formel hat sich in der Physik durchgesetzt und ist jedem Schüler geläufig: E=m*s², wobei E-Energie; m- Körpermasse, c-Geschwindigkeit Verbreitung von Licht.

Die Masse eines Körpers nimmt proportional zur Zunahme der Lichtgeschwindigkeit zu. Wird die Lichtgeschwindigkeit erreicht, werden Masse und Energie des Körpers dimensionslos.

Durch die Erhöhung der Masse eines Objekts wird es schwieriger, eine Erhöhung seiner Geschwindigkeit zu erreichen, d.h. für einen Körper mit unendlich großer materieller Masse wird unendlich viel Energie benötigt. Aber in Wirklichkeit ist dies unmöglich zu erreichen.

Einsteins Theorie verband zwei getrennte Positionen: die Position der Masse und die Position der Energie zu einem allgemeinen Gesetz. Dadurch war es möglich, Energie in materielle Masse umzuwandeln und umgekehrt.

Auch in spätes XIX Jahrhunderts neigten die meisten Wissenschaftler zu der Ansicht, dass das physikalische Bild der Welt im Grunde gebaut sei und auch in Zukunft unerschütterlich bleiben werde – nur die Details müssten geklärt werden. Aber in den ersten Jahrzehnten des zwanzigsten Jahrhunderts änderten sich die physikalischen Ansichten radikal. Es war eine Folge der "Kaskade" wissenschaftliche Entdeckungen innerhalb kürzester Zeit hergestellt historische Periode Abdeckung letzten Jahren XIX Jahrhundert und die ersten Jahrzehnte des XX, von denen viele nicht in die Idee des Gewöhnlichen passten menschliche Erfahrung. Ein Paradebeispiel kann als die von Albert Einstein (1879-1955) geschaffene Relativitätstheorie dienen.

Relativitätstheorie- die physikalische Theorie der Raumzeit, d. h. die Theorie, die universelle Raumzeiteigenschaften beschreibt physikalische Prozesse. Der Begriff wurde 1906 von Max Planck eingeführt, um die Rolle des Relativitätsprinzips hervorzuheben.
in der speziellen Relativitätstheorie (und später der allgemeinen Relativitätstheorie).

BEIM engeren Sinne Die Relativitätstheorie umfasst die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. Spezielle Relativitätstheorie(im Folgenden als SRT bezeichnet) bezieht sich auf Prozesse, bei deren Untersuchung Gravitationsfelder vernachlässigt werden können; Allgemeine Relativitätstheorie(im Folgenden als GR bezeichnet) ist eine Gravitationstheorie, die die von Newton verallgemeinert.

Speziell, oder Private Relativitätstheorie ist eine Theorie der Struktur der Raumzeit. Sie wurde erstmals 1905 von Albert Einstein in seinem Werk „Über die Elektrodynamik bewegter Körper“ eingeführt. Die Theorie beschreibt Bewegung, die Gesetze der Mechanik sowie die sie bestimmenden Raum-Zeit-Beziehungen bei jeder Bewegungsgeschwindigkeit,
einschließlich solcher nahe der Lichtgeschwindigkeit. Klassische Newtonsche Mechanik
innerhalb von SRT ist eine Annäherung für niedrige Geschwindigkeiten.

Einer der Gründe für Albert Einsteins Erfolg ist, dass er experimentelle Daten über theoretische Daten stellte. Als eine Reihe von Experimenten Ergebnisse zeigten, die der allgemein akzeptierten Theorie widersprachen, entschieden viele Physiker, dass diese Experimente falsch waren.

Albert Einstein war einer der ersten, der sich entschied, eine neue Theorie auf der Grundlage neuer experimenteller Daten aufzubauen.

Ende des 19. Jahrhunderts waren Physiker auf der Suche nach einem mysteriösen Äther - einem Medium, in dem nach allgemein anerkannten Annahmen Lichtwellen, wie akustisch, für dessen Ausbreitung Luft benötigt wird, oder ein anderes Medium - fest, flüssig oder gasförmig. Der Glaube an die Existenz des Äthers führte zu der Annahme, dass sich die Lichtgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit des Beobachters in Bezug auf den Äther ändern muss. Albert Einstein gab das Konzept des Äthers auf und schlug alles vor physikalische Gesetze, einschließlich der Lichtgeschwindigkeit, unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters unverändert - wie Experimente gezeigt haben.

SRT erklärte, wie man Bewegungen zwischen verschiedenen Trägheitsbezugsrahmen interpretiert – einfach gesagt, Objekte, die sich mitbewegen konstante Geschwindigkeit im Verhältnis zueinander. Einstein erklärte, dass man, wenn sich zwei Objekte mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, ihre Bewegung relativ zueinander betrachten sollte, anstatt eines von ihnen als absoluten Bezugsrahmen zu nehmen. Wenn also zwei Astronauten auf zwei Raumschiffen fliegen und ihre Beobachtungen vergleichen wollen, müssen sie nur ihre relative Geschwindigkeit kennen.

Die spezielle Relativitätstheorie betrachtet nur einen Sonderfall (daher der Name), wenn die Bewegung gerade und gleichförmig ist.

Basierend auf der Unmöglichkeit, absolute Bewegung zu erkennen, folgerte Albert Einstein, dass alle Trägheitssysteme Hinweis. Er formulierte zwei wichtige Postulate, die die Grundlage einer neuen Theorie von Raum und Zeit bildeten, die als Spezielle Relativitätstheorie (SRT) bezeichnet wird:

1. Einsteins Relativitätsprinzip - dieses Prinzip war eine Verallgemeinerung von Galileis Relativitätsprinzip (sagt dasselbe, aber nicht für alle Naturgesetze, sondern nur für Gesetze klassische Mechanik, Verlassen offene Frageüber die Anwendbarkeit des Relativitätsprinzips auf Optik und Elektrodynamik) auf beliebige physikalische. Es sagt: alle physikalischen Prozesse unter gleichen Bedingungen in inertialen Bezugssystemen (ISF) laufen auf die gleiche Weise ab. Dies bedeutet, dass nein Physikalische Experimente in eine geschlossene ISO gezogen, ist es unmöglich festzustellen, ob sie ruht oder sich gleichmäßig und geradlinig bewegt. Somit sind alle ISOs völlig gleich und physikalische Gesetze sind in Bezug auf die Wahl der ISOs unveränderlich (d.h. die Gleichungen, die diese Gesetze ausdrücken, haben die gleiche Form in allen Inertialbezugssystemen).

2. Das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit- Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant und hängt nicht von der Bewegung der Lichtquelle und des Empfängers ab. Sie ist in allen Richtungen und in allen Trägheitsbezugssystemen gleich. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum - die Grenzgeschwindigkeit in der Natur - dies ist eine der wichtigsten physikalischen Konstanten, die sogenannten Weltkonstanten.

Die wichtigste Folge von SRT war die berühmte Einsteins Formel über den Zusammenhang zwischen Masse und Energie E \u003d MC 2 (wobei C die Lichtgeschwindigkeit ist), die die Einheit von Raum und Zeit zeigte, ausgedrückt in einer gemeinsamen Änderung ihrer Eigenschaften in Abhängigkeit von der Konzentration von Massen und ihrer Bewegung und durch Daten bestätigt moderne Physik. Zeit und Raum wurden nicht mehr unabhängig voneinander betrachtet und es entstand die Idee eines vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums.

Wenn die Geschwindigkeit eines materiellen Körpers zunimmt und sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, nimmt nach der Theorie des großen Physikers auch seine Masse zu. Jene. Je schneller sich ein Objekt bewegt, desto schwerer wird es. Beim Erreichen der Lichtgeschwindigkeit werden sowohl die Masse des Körpers als auch seine Energie unendlich. Je schwerer der Körper, desto schwieriger ist es, seine Geschwindigkeit zu erhöhen; Um einen Körper mit unendlicher Masse zu beschleunigen, ist unendlich viel Energie erforderlich, daher ist es für materielle Objekte unmöglich, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

In der Relativitätstheorie „haben zwei Gesetze – der Massenerhaltungssatz und der Energieerhaltungssatz – ihre Gültigkeit verloren unabhängiger Freund Gerechtigkeit voneinander und erwiesen sich als zu einem einzigen Gesetz vereint, das als Energie- oder Massenerhaltungssatz bezeichnet werden kann. Dank an grundlegende Verbindung Zwischen diesen beiden Konzepten kann Materie in Energie umgewandelt werden und umgekehrt - Energie in Materie.

Allgemeine Theorie Relativität- Die von Einstein 1916 veröffentlichte Gravitationstheorie, an der er 10 Jahre arbeitete. Ist ein weitere Entwicklung Spezielle Relativitätstheorie. Wenn der materielle Körper beschleunigt oder sich zur Seite dreht, gelten die SRT-Gesetze nicht mehr. Dann tritt GR in Kraft, was die Bewegungen materieller Körper im allgemeinen Fall erklärt.

Das postuliert die Allgemeine Relativitätstheorie Gravitationseffekte werden nicht durch die Kraftwechselwirkung von Körpern und Feldern verursacht, sondern durch die Verformung der Raumzeit selbst, in der sie sich befinden. Diese Verformung ist insbesondere mit dem Vorhandensein von Masse-Energie verbunden.

Die Allgemeine Relativitätstheorie ist derzeit die erfolgreichste Gravitationstheorie, gut gestützt durch Beobachtungen. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat die SRT auf beschleunigte verallgemeinert, d.h. Nicht-Trägheitssysteme. Die Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie lauten wie folgt:

- Beschränkung der Anwendbarkeit des Grundsatzes der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit auf Bereiche, in denen Gravitationskräfte kann vernachlässigt werden(wo die Schwerkraft stark ist, verlangsamt sich die Lichtgeschwindigkeit);

- Erweiterung des Relativitätsprinzips auf alle bewegten Systeme(und nicht nur Trägheit).

Auch in der Allgemeinen Relativitätstheorie oder der Gravitationstheorie geht er von der experimentellen Tatsache der Äquivalenz von Trägheits- und Gravitationsmasse bzw. der Äquivalenz von Trägheits- und Gravitationsfeld aus.

Das Äquivalenzprinzip spielt wichtige Rolle in der Wissenschaft. Wir können die Wirkung der Trägheitskräfte auf jedes physikalische System immer direkt berechnen, und dies gibt uns die Möglichkeit, die Wirkung des Gravitationsfeldes zu kennen, wobei wir von seiner oft sehr unbedeutenden Inhomogenität abstrahieren.

Von GR wurde eine Reihe erhalten wichtige Erkenntnisse:

1. Die Eigenschaften der Raumzeit hängen von der bewegten Materie ab.

2. Ein Lichtstrahl, der eine träge und damit schwere Masse hat, muss im Gravitationsfeld abgelenkt werden.

3. Die Frequenz des Lichts unter dem Einfluss des Gravitationsfeldes sollte sich zu niedrigeren Werten verschieben.

Lange Zeit Experimentelle Beweise OT war nicht genug. Die Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment ist ziemlich gut, aber die Reinheit der Experimente wird durch verschiedene komplexe Nebenwirkungen verletzt. Der Effekt der Raum-Zeit-Krümmung lässt sich jedoch auch in moderaten Gravitationsfeldern nachweisen. Sehr empfindliche Uhren können zum Beispiel die Zeitdilatation auf der Erdoberfläche erkennen. Um die experimentelle Basis der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erweitern, wurden in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts neue Experimente durchgeführt: Die Äquivalenz der Trägheits- und Gravitationsmassen wurde getestet (ua durch Laser-Ranging des Mondes);
mit Hilfe von Radar wurde die Bewegung des Merkurperihels aufgeklärt; gemessen Gravitationsablenkung Radiowellen von der Sonne, Planetenradar durchgeführt Sonnensystem; der Einfluss des Gravitationsfeldes der Sonne auf die Funkkommunikation mit Raumfahrzeugen, die zu den fernen Planeten des Sonnensystems geschickt wurden, wurde bewertet usw. Alle bestätigten auf die eine oder andere Weise die Vorhersagen, die auf der Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie erhalten wurden.

So, spezielle Theorie Die Relativitätstheorie basiert auf den Postulaten der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und der Gleichheit der Naturgesetze in allen physikalische Systeme, und die wichtigsten Ergebnisse, zu denen es kommt, sind wie folgt: die Relativität der Eigenschaften der Raumzeit; Relativität von Masse und Energie; Äquivalenz von schweren und trägen Massen.

Das aus philosophischer Sicht bedeutendste Ergebnis der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Feststellung der Abhängigkeit der Raum-Zeit-Eigenschaften der umgebenden Welt vom Ort und der Bewegung gravitativer Massen. Es ist auf den Einfluss von Körpern zurückzuführen
mit in großen Zahlen Lichtwege werden geknickt. Folglich bestimmt das von solchen Körpern erzeugte Gravitationsfeld letztendlich die Raum-Zeit-Eigenschaften der Welt.

Die spezielle Relativitätstheorie abstrahiert von der Wirkung von Gravitationsfeldern und daher sind ihre Schlussfolgerungen nur für kleine Bereiche der Raumzeit anwendbar. Der kardinale Unterschied zwischen der allgemeinen Relativitätstheorie und den ihr vorangehenden fundamentalen Physikalische Theorien in der Ablehnung einiger alter Konzepte und der Formulierung neuer. Es ist erwähnenswert, dass die allgemeine Relativitätstheorie eine echte Revolution in der Kosmologie gemacht hat. Basierend darauf, dort verschiedene Modelle Universum.

Über die Lehre von Albert Einstein, die von der Relativität alles dessen zeugt, was darin geschieht sterbliche Welt Sie weiß es nicht, es sei denn, die faulen. Seit fast hundert Jahren gibt es Streitigkeiten nicht nur in der Welt der Wissenschaft, sondern auch in der Welt der praktizierenden Physiker. Einsteins Relativitätstheorie, beschrieben in einfachen Worten ziemlich zugänglich und ist für Uneingeweihte kein Geheimnis.

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Ein paar allgemeine Fragen

Unter Berücksichtigung der Besonderheiten der theoretischen Lehren des großen Albert können seine Postulate von einer Vielzahl von Strömungen theoretischer Physiker ziemlich hoch zweideutig angesehen werden wissenschaftliche Schulen, sowie Anhänger der irrationalen Strömung der physikalischen und mathematischen Schule.

Zurück zu Beginn des letzten Jahrhunderts, als es einen Aufschwung des wissenschaftlichen Denkens gab und vor dem Hintergrund der sozialer Wandel bestimmte wissenschaftliche Trends begannen sich abzuzeichnen, die Relativitätstheorie von allem, in dem ein Mensch lebt, erschien. Egal, wie unsere Zeitgenossen bewerten diese Situation, alles drin echte Welt wirklich nicht statisch Einsteins spezielle Relativitätstheorie:

• Die Zeiten ändern sich, die Ansichten und Meinungen der Gesellschaft zu bestimmten Problemen des Sozialplans ändern sich;
• Gesellschaftliche Grundlagen und Weltanschauung zur Wahrscheinlichkeitslehre in diversen Regierungssysteme und bei spezielle Bedingungen Die Entwicklung der Gesellschaft veränderte sich im Laufe der Zeit und unter dem Einfluss anderer objektiver Mechanismen.
• Wie hat sich die gesellschaftliche Problemsicht entwickelt? gesellschaftliche Entwicklung, das gleiche war die Haltung und Meinungen über Einsteins Theorien über die Zeit.

Wichtig! Einsteins Gravitationstheorie war sowohl zu Beginn seiner Entwicklung als auch während seiner Fertigstellung die Grundlage für systemische Auseinandersetzungen unter den angesehensten Wissenschaftlern. Sie sprachen über sie, es gab zahlreiche Streitigkeiten, sie wurde zum Gesprächsthema in den hochrangigsten Salons verschiedener Länder.

Wissenschaftler diskutierten darüber, es war Gesprächsthema. Es gab sogar eine solche Hypothese, dass die Lehre nur drei Personen aus der wissenschaftlichen Welt zum Verständnis zugänglich ist. Als es an der Zeit war, die Postulate zu erklären, begannen die Priester der geheimnisvollsten aller Wissenschaften, der euklidischen Mathematik. Dann wurde versucht, sein digitales Modell aufzubauen und die gleichen mathematisch verifizierten Konsequenzen seines Handelns auf Weltraum, der Autor der Hypothese gab zu, dass es sehr schwierig wurde, selbst das zu verstehen, was er geschaffen hatte. Also was ist Allgemeine Relativitätstheorie, was erforscht und was angewandte Anwendung fand sie in der modernen Welt?

Geschichte und Wurzeln der Theorie

Heute werden die Errungenschaften des großen Einstein in den allermeisten Fällen kurz als die völlige Verleugnung dessen bezeichnet, was ursprünglich eine unerschütterliche Konstante war. Es war diese Entdeckung, die es ermöglichte, das zu widerlegen, was allen Schulkindern als physikalisches Binomial bekannt ist.

Der größte Teil der Weltbevölkerung hat auf die eine oder andere Weise aufmerksam und nachdenklich oder oberflächlich einmal die Seiten des großen Buches – der Bibel – aufgeschlagen.

Darin können Sie lesen, was zu einer wahren Bestätigung geworden ist Wesen der Lehre- woran ein junger amerikanischer Wissenschaftler zu Beginn des letzten Jahrhunderts gearbeitet hat. Die Tatsachen der Levitation und andere ziemlich gewöhnliche Dinge in der Geschichte des Alten Testaments wurden einst zu Wundern in der Neuzeit. Äther ist ein Raum, in dem eine Person ein völlig anderes Leben geführt hat. Die Merkmale des Lebens in der Luft wurden von vielen Weltstars auf diesem Gebiet untersucht Naturwissenschaften. Und Einsteins Gravitationstheorie bestätigt, dass die altes Buch- es stimmt.

Die Arbeiten von Hendrik Lorentz und Henri Poincaré ermöglichten es, bestimmte Eigenschaften des Äthers experimentell zu entdecken. Zunächst einmal ist es die Erstellung von Mathematische Modelle Frieden. Grundlage war eine praktische Bestätigung, dass sich materielle Teilchen, wenn sie sich im ätherischen Raum bewegen, relativ zur Bewegungsrichtung zusammenziehen.

Die Arbeiten dieser großen Wissenschaftler ermöglichten es, die Grundlage für die Hauptpostulate der Lehre zu schaffen. Genau gegebene Tatsache gibt dauerhaftes Material zu behaupten, dass die Werke des Nobelpreisträgers und Alberts relativistische Theorie waren und sind Plagiate. Viele Wissenschaftler argumentieren heute, dass viele Postulate viel früher akzeptiert wurden, zum Beispiel:

• Das Konzept der bedingten Gleichzeitigkeit von Ereignissen;
• Prinzipien der konstanten Binomialhypothese und Kriterien für die Lichtgeschwindigkeit.

Was tun Relativitätstheorie verstehen? Der Punkt liegt in der Vergangenheit. In den Werken von Poincaré wurde die Hypothese aufgestellt hohe Geschwindigkeiten in den Gesetzmäßigkeiten der Mechanik müssen neu gedacht werden. Dank der Aussagen Französische Physik Akademie Ich lernte, wie relativ die Bewegung in der Projektion zur Theorie des ätherischen Raums ist.

In der statischen Wissenschaft wurde eine große Menge physikalischer Prozesse für verschiedene materielle Objekte betrachtet, die sich mit bewegen. Die Postulate des allgemeinen Konzepts beschreiben die Prozesse, die bei beschleunigten Objekten ablaufen, erklären die Existenz von Gravitonteilchen und der eigentlichen Schwerkraft. Das Wesen der Relativitätstheorie bei der Erklärung jener Tatsachen, die zuvor für Wissenschaftler Unsinn waren. Wenn es notwendig ist, die Merkmale der Bewegung und die Gesetze der Mechanik, die Beziehung von Raum und Zeitkontinuum unter Bedingungen der Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit zu beschreiben, sollten ausschließlich die Postulate der Relativitätstheorie verwendet werden.

Zur Theorie kurz und übersichtlich

Wie unterscheidet sich die Lehre des großen Albert so sehr von dem, was Physiker vor ihm taten? Zuvor war die Physik eine eher statische Wissenschaft, die die Entwicklungsprinzipien aller Prozesse in der Natur im Bereich des „Hier, Heute und Jetzt“-Systems betrachtete. Einstein machte es möglich, alles zu sehen, was um sie herum passiert, nicht nur in dreidimensionaler Raum, sondern auch relativ zu verschiedenen Objekten und Zeitpunkten.

Beachtung! 1905, als Einstein seine Relativitätstheorie veröffentlichte, ließ sie erklären und rein erschwingliche Möglichkeit Bewegungen zwischen verschiedenen Trägheitsbezugssystemen interpretieren.

Seine Hauptbestimmungen sind das Verhältnis konstanter Geschwindigkeiten zweier Objekte, die sich relativ zueinander bewegen, anstatt eines der Objekte zu nehmen, das als einer der absoluten Referenzfaktoren genommen werden kann.

Merkmal der Lehre liegt darin, dass es in Relation zu einem betrachtet werden kann Ausnahmefall. Hauptfaktoren:

1. Geradlinigkeit der Bewegungsrichtung;
2. Gleichmäßigkeit der Bewegung eines materiellen Körpers.

Bei Richtungsänderungen oder anderen einfachen Parametern, wenn ein materieller Körper beschleunigen oder sich seitwärts drehen kann, gelten die Gesetze der statischen Relativitätstheorie nicht. In diesem Fall das Inkrafttreten allgemeine Gesetze Relativitätstheorie, die die Bewegung materieller Körper erklären kann allgemeine Situation. Damit fand Einstein eine Erklärung für alle Wechselwirkungsprinzipien physische Körper einander im Raum.

Prinzipien der Relativitätstheorie

Grundsätze der Lehre

Die Aussage über die Relativität ist seit hundert Jahren Gegenstand der lebhaftesten Diskussionen. Die meisten Wissenschaftler überlegen Verschiedene Optionen Anwendung von Postulaten als Anwendung zweier Prinzipien der Physik. Und dieser Weg ist der beliebteste im Bereich der angewandten Physik. Grundlegende Postulate Relativitätstheorie, interessante Fakten , die heute eine unwiderlegbare Bestätigung fand:

• Das Prinzip der Relativität. Erhaltung des Verhältnisses der Körper nach allen Gesetzen der Physik. Sie als inertiale Bezugssysteme zu akzeptieren, die sich relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit bewegen.
• Postulieren Sie über die Lichtgeschwindigkeit. Es bleibt in allen Situationen eine unveränderliche Konstante, unabhängig von der Geschwindigkeit und dem Verhältnis zu Lichtquellen.

Trotz der Widersprüche zwischen der neuen Lehre und den Grundpostulaten einer der größten exakte Wissenschaften Basierend auf konstanten statischen Indikatoren zog die neue Hypothese an frische Augen auf der die Umwelt. Der Erfolg des Wissenschaftlers war gesichert, was durch die Auszeichnung bestätigt wurde Nobelpreis im Bereich der exakten Wissenschaften.

Was verursachte eine so überwältigende Popularität und Wie entdeckte Einstein seine Relativitätstheorie?? Taktik eines jungen Wissenschaftlers.

1. Bisher haben weltberühmte Wissenschaftler eine These aufgestellt und erst dann eine Reihe von durchgeführt praktische Forschung. Wenn an bestimmten Augenblick empfangene Daten, die nicht passen allgemeines Konzept, wurden sie mit der Zusammenfassung der Gründe als fehlerhaft erkannt.
2. Das junge Genie wandte eine radikal andere Taktik an, stellte fest praktische Erfahrungen, sie waren seriell. Die erhaltenen Ergebnisse, obwohl sie irgendwie nicht in die konzeptionelle Reihe passen konnten, reihen sich in eine kohärente Theorie ein. Und keine "Fehler" und "Irrtümer", alle Momente Relativitätshypothesen, Beispiele und die Ergebnisse der Beobachtungen passen eindeutig in die revolutionäre theoretische Doktrin.
3. Zukunft Nobelpreisträger widerlegte die Notwendigkeit, den mysteriösen Äther zu studieren, wo sich Lichtwellen ausbreiten. Der Glaube, dass der Äther existiert, hat zu einer Reihe erheblicher Missverständnisse geführt. Das Hauptpostulat ist die Änderung der Geschwindigkeiten des Lichtstrahls relativ zu derjenigen, die den Prozess im ätherischen Medium beobachtet.

Relativität für Dummies

Die Relativitätstheorie ist die einfachste Erklärung

Fazit

Die Hauptleistung des Wissenschaftlers ist der Beweis der Harmonie und Einheit solcher Größen wie Raum und Zeit. Die grundlegende Natur der Verbindung dieser beiden Kontinuen als Teil von drei Dimensionen, kombiniert mit der Zeitdimension, ermöglichte es, viele Geheimnisse der Natur zu erfahren. materielle Welt. Dank an Einsteins Gravitationstheorie verfügbar wurde das Studium der Tiefen und andere Errungenschaften moderne Wissenschaft, schließlich wurden die vollen Möglichkeiten der Lehre bisher nicht genutzt.

Vor hundert Jahren, im Jahr 1915, hatte ein junger Schweizer Wissenschaftler das damals schon gemacht revolutionäre Entdeckungen in der Physik, schlugen ein grundlegend neues Verständnis der Gravitation vor.

1915 veröffentlichte Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie, die die Schwerkraft als grundlegende Eigenschaft der Raumzeit charakterisiert. Er stellte eine Reihe von Gleichungen vor, die die Wirkung der Krümmung der Raumzeit auf die Energie und Bewegung der darin vorhandenen Materie und Strahlung beschreiben.

Hundert Jahre später wurde die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) zur Grundlage für den Aufbau der modernen Wissenschaft, sie hat allen Tests standgehalten, mit denen Wissenschaftler sie angegriffen haben.

Aber bis vor kurzem war es nicht möglich, Experimente durchzuführen extreme Bedingungen um die Stabilität der Theorie zu testen.

Es ist erstaunlich, wie stark sich die Relativitätstheorie in über 100 Jahren erwiesen hat. Wir verwenden immer noch, was Einstein geschrieben hat!

Clifford Will, theoretischer Physiker, University of Florida

Wissenschaftler haben jetzt die Technologie, um nach Physik jenseits der allgemeinen Relativitätstheorie zu suchen.

Ein neuer Blick auf die Schwerkraft

Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft nicht als Kraft (wie sie in der Newtonschen Physik erscheint), sondern als eine Krümmung der Raumzeit aufgrund der Masse von Objekten. Die Erde dreht sich um die Sonne, nicht weil der Stern sie anzieht, sondern weil die Sonne die Raumzeit deformiert. Wenn eine schwere Bowlingkugel auf eine gespannte Decke gelegt wird, verändert die Decke ihre Form - die Schwerkraft wirkt sich auf die gleiche Weise auf den Raum aus.

Einsteins Theorie sagte einige verrückte Entdeckungen voraus. Zum Beispiel die Möglichkeit der Existenz von Schwarzen Löchern, die die Raumzeit so stark krümmen, dass nichts aus ihrem Inneren entweichen kann, nicht einmal Licht. Basierend auf der Theorie wurden Beweise für die heute allgemein akzeptierte Meinung gefunden, dass sich das Universum ausdehnt und beschleunigt.

Die allgemeine Relativitätstheorie wurde durch zahlreiche Beobachtungen bestätigt. Einstein selbst benutzte die allgemeine Relativitätstheorie, um die Umlaufbahn des Merkur zu berechnen, dessen Bewegung nicht durch die Newtonschen Gesetze beschrieben werden kann. Einstein sagte die Existenz von Objekten voraus, die so massiv sind, dass sie Licht brechen. Dies ist ein Gravitationslinsenphänomen, dem Astronomen oft begegnen. Beispielsweise basiert die Suche nach Exoplaneten auf der Wirkung feiner Änderungen in der Strahlung, die durch das Gravitationsfeld des Sterns gekrümmt wird, um den sich der Planet dreht.

Prüfung von Einsteins Theorie

Die Allgemeine Relativitätstheorie funktioniert gut für die gewöhnliche Schwerkraft, wie Experimente auf der Erde und Beobachtungen der Planeten des Sonnensystems gezeigt haben. Aber es wurde noch nie unter extremen Bedingungen getestet. starker Einfluss Felder in Räumen, die an den Grenzen der Physik liegen.

Der vielversprechendste Weg, eine Theorie unter solchen Bedingungen zu testen, besteht darin, Änderungen in der Raumzeit zu beobachten, die als Gravitationswellen bezeichnet werden. Sie erscheinen als Ergebnis Großveranstaltungen, während der Verschmelzung von zwei massiven Körpern, wie Schwarzen Löchern oder besonders dichten Objekten - Neutronensternen.

Ein kosmisches Feuerwerk dieser Größenordnung hätte nur die kleinsten Kräuselungen in der Raumzeit. Wenn zum Beispiel zwei Schwarze Löcher irgendwo in unserer Galaxie kollidieren und verschmelzen, könnten Gravitationswellen den Abstand zwischen Objekten auf der Erde einen Meter voneinander entfernt um ein Tausendstel des Durchmessers eines Atomkerns dehnen und stauchen.

Es sind Experimente aufgetaucht, die Änderungen in der Raumzeit aufgrund solcher Ereignisse aufzeichnen können.

Es besteht eine gute Chance, Gravitationswellen in den nächsten zwei Jahren zu fixieren.

Clifford Will

Das Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) mit Observatorien in der Nähe von Richland, Washington, und Livingston, Louisiana, verwendet einen Laser, um winzige Verzerrungen in zwei L-förmigen Detektoren zu erkennen. Wenn Raum-Zeit-Wellen durch die Detektoren laufen, dehnen und komprimieren sie den Raum, wodurch der Detektor seine Dimensionen ändert. Und LIGO kann sie messen.

LIGO startete 2002 eine Reihe von Markteinführungen, traf jedoch nicht ins Schwarze. 2010 wurden Verbesserungen vorgenommen, und der Nachfolger der Organisation, das Advanced LIGO Observatory, sollte dieses Jahr wieder in Betrieb gehen. Viele der geplanten Experimente zielen auf die Entdeckung ab Gravitationswellen.

Eine andere Möglichkeit, die Relativitätstheorie zu testen, besteht darin, die Eigenschaften von Gravitationswellen zu betrachten. Beispielsweise können sie polarisiert sein, wie Licht, das durch eine polarisierte Brille fällt. Die Relativitätstheorie sagt die Merkmale eines solchen Effekts voraus, und jede Abweichung von den Berechnungen kann ein Grund sein, an der Theorie zu zweifeln.

Einheitliche Theorie

Clifford Will glaubt, dass die Entdeckung von Gravitationswellen Einsteins Theorie nur stärken wird:

Ich denke, wir müssen weiter nach Beweisen für die allgemeine Relativitätstheorie suchen, um sicherzugehen, dass sie richtig ist.

Warum braucht es diese Experimente überhaupt?

Eine der wichtigsten und schwer fassbaren Aufgaben der modernen Physik ist die Suche nach einer Theorie, die Einsteins Forschung, also die Wissenschaft des Makrokosmos, und die Quantenmechanik, die Realität der kleinsten Objekte, miteinander verbindet.

Fortschritte in dieser Richtung, der Quantengravitation, können Änderungen an der allgemeinen Relativitätstheorie erfordern. Es ist möglich, dass Experimente im Feld Quantengravitation wird so viel Energie erfordern, dass es unmöglich sein wird, sie durchzuführen. „Aber wer weiß“, sagt Will, „vielleicht drin Quantenuniversum es gibt einen Effekt, unbedeutend, aber durchsuchbar.

Material aus dem Buch „The Shortest History of Time“ von Stephen Hawking und Leonard Mlodinov

Relativität

Einsteins fundamentales Postulat, Relativitätsprinzip genannt, besagt, dass alle Gesetze der Physik für alle sich frei bewegenden Beobachter unabhängig von ihrer Geschwindigkeit gleich sein müssen. Wenn die Lichtgeschwindigkeit Konstante, dann muss jeder sich frei bewegende Beobachter den gleichen Wert festlegen, unabhängig davon, mit welcher Geschwindigkeit er sich der Lichtquelle nähert oder sich von ihr entfernt.

Die Forderung, dass sich alle Beobachter auf die Lichtgeschwindigkeit einigen müssen, erzwingt eine Änderung des Zeitbegriffs. Gemäß der Relativitätstheorie unterscheiden sich ein Beobachter, der in einem Zug fährt, und einer, der auf einem Bahnsteig steht, in der Schätzung der vom Licht zurückgelegten Entfernung. Da Geschwindigkeit Distanz geteilt durch Zeit ist, der einzige Weg Wenn sich Beobachter über die Lichtgeschwindigkeit einigen, bedeutet dies auch, dass sie sich über die Zeit nicht einig sind. Mit anderen Worten, die Relativitätstheorie hat der Idee der absoluten Zeit ein Ende gesetzt! Es stellte sich heraus, dass jeder Beobachter sein eigenes Zeitmaß haben muss und dass identische Uhren für verschiedene Beobachter nicht unbedingt die gleiche Zeit anzeigen würden.

Wenn wir sagen, dass der Raum drei Dimensionen hat, meinen wir, dass die Position eines Punktes darin durch drei Zahlen – Koordinaten – ausgedrückt werden kann. Wenn wir die Zeit in unsere Beschreibung einführen, erhalten wir eine vierdimensionale Raumzeit.

Eine weitere bekannte Konsequenz der Relativitätstheorie ist die Äquivalenz von Masse und Energie, ausgedrückt durch die berühmte Einstein-Gleichung E = mc 2 (wobei E die Energie, m die Masse des Körpers, c die Lichtgeschwindigkeit ist). Aufgrund der Äquivalenz von Energie und Masse kinetische Energie, die ein materielles Objekt aufgrund seiner Bewegung hat, erhöht seine Masse. Mit anderen Worten, das Objekt wird schwieriger zu übertakten.

Dieser Effekt ist nur für Körper von Bedeutung, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen. Beispielsweise ist bei einer Geschwindigkeit von 10 % der Lichtgeschwindigkeit die Masse des Körpers nur 0,5 % größer als im Ruhezustand, aber bei einer Geschwindigkeit von 90 % der Lichtgeschwindigkeit ist die Masse bereits größer als das Doppelte des Normalen. Wenn wir uns der Lichtgeschwindigkeit nähern, nimmt die Masse des Körpers immer schneller zu, sodass alles erforderlich ist, um ihn zu beschleunigen. mehr Energie. Nach der Relativitätstheorie kann ein Objekt niemals Lichtgeschwindigkeit erreichen, weil in dieser Fall seine Masse würde unendlich, und aufgrund der Äquivalenz von Masse und Energie würde dies unendliche Energie erfordern. Aus diesem Grund verurteilt die Relativitätstheorie jeden gewöhnlichen Körper für immer dazu, sich mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist. Nur Licht oder andere Wellen, die keine eigene Masse haben, können sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

gekrümmter Raum

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie basiert auf der revolutionären Annahme, dass die Schwerkraft keine gewöhnliche Kraft ist, sondern eine Folge der Tatsache, dass die Raumzeit nicht flach ist, wie man früher dachte. In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die Raumzeit durch die darin platzierte Masse und Energie gebogen oder verzerrt. Körper wie die Erde bewegen sich auf gekrümmten Bahnen, die nicht unter dem Einfluss einer Kraft namens Schwerkraft stehen.

Da ist die geodätische Linie kürzeste Linie zwischen zwei Flughäfen fliegen Navigatoren Flugzeuge entlang solcher Routen. Sie könnten beispielsweise einem Kompass folgen, um 5.966 Kilometer von New York nach Madrid fast genau östlich entlang der geografischen Breite zu fliegen. 5802 Kilometer müssen Sie aber nur zurücklegen, wenn Sie in einem großen Kreis fliegen, zunächst nach Nordosten und dann allmählich nach Osten und weiter nach Südosten drehen. Ansicht dieser beiden Routen auf der Karte, wo Erdoberfläche verzerrt (flach dargestellt), täuschend. Bewegen Sie sich "geradeaus" nach Osten von einem Punkt zum anderen auf der Oberfläche der Globus, bewegen Sie sich nicht wirklich auf einer geraden Linie, oder besser gesagt, nicht auf der kürzesten, geodätischen Linie.

Wenn man die Flugbahn eines Raumfahrzeugs, das sich geradlinig im All bewegt, auf die zweidimensionale Erdoberfläche projiziert, stellt sich heraus, dass sie gekrümmt ist.

Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie sollten Gravitationsfelder Licht beugen. Die Theorie sagt beispielsweise voraus, dass die Lichtstrahlen in der Nähe der Sonne unter dem Einfluss der Masse des Sterns leicht in ihre Richtung gebogen werden sollten. Dies bedeutet, dass das Licht eines entfernten Sterns, wenn er zufällig in die Nähe der Sonne kommt, um einen kleinen Winkel abweicht, wodurch ein Beobachter auf der Erde den Stern nicht ganz dort sieht, wo er sich tatsächlich befindet.

Erinnern Sie sich daran, dass nach dem Grundpostulat der speziellen Relativitätstheorie alle physikalischen Gesetze für alle sich frei bewegenden Beobachter unabhängig von ihrer Geschwindigkeit gleich sind. Grob gesagt erweitert das Äquivalenzprinzip diese Regel auf jene Beobachter, die sich nicht frei, sondern unter dem Einfluss eines Gravitationsfeldes bewegen.

In hinreichend kleinen Raumregionen ist es unmöglich zu beurteilen, ob man in einem Gravitationsfeld ruht oder sich mitbewegt konstante Beschleunigung im leeren Raum.

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich mitten in einem Aufzug Freiraum. Es gibt keine Schwerkraft, kein Auf und Ab. Du schwebst frei. Dann setzt sich der Aufzug mit konstanter Beschleunigung in Bewegung. Du spürst plötzlich Gewicht. Das heißt, Sie werden gegen eine der Wände des Aufzugs gedrückt, die jetzt als Boden wahrgenommen wird. Wenn Sie einen Apfel aufheben und loslassen, fällt er zu Boden. Wenn Sie sich jetzt mit Beschleunigung bewegen, wird sich im Inneren des Aufzugs alles genauso abspielen, als ob sich der Aufzug überhaupt nicht bewegen würde, sondern in einem gleichmäßigen Gravitationsfeld ruhen würde. Einstein erkannte, dass man in einem Waggon nicht sagen kann, ob er steht oder sich gleichförmig bewegt, so wie man in einem Aufzug nicht erkennen kann, ob er sich mit konstanter Beschleunigung oder gleichförmig bewegt Bewegung Gravitationsfeld. Das Ergebnis dieses Verständnisses war das Äquivalenzprinzip.

Das Äquivalenzprinzip und das angegebene Beispiel seiner Manifestation gelten nur dann, wenn träge Masse(enthalten in Newtons zweitem Gesetz, das bestimmt, welche Art von Beschleunigung dem Körper die auf ihn ausgeübte Kraft verleiht) und Gravitationsmasse (enthalten in Newtons Gravitationsgesetz, das den Wert bestimmt). Erdanziehungskraft) sind im Wesentlichen gleich.

Einsteins Verwendung der Äquivalenz von Trägheits- und Gravitationsmassen zur Ableitung des Äquivalenzprinzips und letztendlich der gesamten Allgemeinen Relativitätstheorie ist in der Geschichte beispiellos. menschliches Denken ein Beispiel für die beharrliche und konsequente Entwicklung logischer Schlussfolgerungen.

Zeitverlangsamung

Eine weitere Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass sich die Zeit um massive Körper wie die Erde verlangsamen sollte.

Nachdem wir uns nun mit dem Äquivalenzprinzip vertraut gemacht haben, können wir dem Gedankengang Einsteins folgen, indem wir einen anderen machen Gedankenexperiment, was zeigt, warum die Schwerkraft die Zeit beeinflusst. Stellen Sie sich eine Rakete vor, die im Weltraum fliegt. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass sein Körper so groß ist, dass es eine ganze Sekunde dauert, bis Licht ihn von oben nach unten passiert. Nehmen wir schließlich an, dass sich zwei Beobachter in der Rakete befinden, einer oben nahe der Decke, der andere unten am Boden, und beide mit derselben Uhr ausgestattet sind, die Sekunden zählt.

Nehmen wir an, dass der obere Beobachter, nachdem er den Countdown seiner Uhr abgewartet hat, sofort ein Lichtsignal an den unteren sendet. Bei der nächsten Zählung sendet er ein zweites Signal. Gemäß unseren Bedingungen dauert es eine Sekunde, bis jedes Signal den unteren Beobachter erreicht. Da der obere Beobachter zwei Lichtsignale im Abstand von einer Sekunde sendet, wird der untere Beobachter diese auch im gleichen Abstand registrieren.

Was wird sich ändern, wenn die Rakete in diesem Experiment nicht frei im Weltraum schwebt, sondern auf der Erde steht und die Wirkung der Schwerkraft erfährt? Nach Newtons Theorie wird die Schwerkraft die Situation in keiner Weise beeinflussen: Wenn der Beobachter oben im Sekundentakt Signale sendet, empfängt der Beobachter unten sie im gleichen Intervall. Aber das Äquivalenzprinzip sagt eine andere Entwicklung der Ereignisse voraus. Welche, können wir verstehen, wenn wir gemäß dem Äquivalenzprinzip gedanklich die Wirkung der Schwerkraft durch eine konstante Beschleunigung ersetzen. Dies ist ein Beispiel dafür, wie Einstein das Äquivalenzprinzip nutzte, um seine neue Gravitationstheorie zu entwickeln.

Angenommen, unsere Rakete beschleunigt. (Wir gehen davon aus, dass es langsam beschleunigt, so dass seine Geschwindigkeit sich nicht der Lichtgeschwindigkeit nähert.) Da sich der Raketenkörper nach oben bewegt, muss das erste Signal eine kürzere Strecke zurücklegen als zuvor (bevor die Beschleunigung beginnt). und wird beim unteren Beobachter ankommen, bevor Sie mir eine Sekunde geben. Wenn sich die Rakete mit konstanter Geschwindigkeit bewegen würde, würde das zweite Signal genau um den gleichen Betrag früher eintreffen, sodass der Abstand zwischen den beiden Signalen gleich einer Sekunde bleiben würde. Aber im Moment des Sendens des zweiten Signals bewegt sich die Rakete aufgrund der Beschleunigung schneller als im Moment des Sendens des ersten, so dass das zweite Signal eine kürzere Strecke zurücklegt als das erste und noch weniger Zeit benötigt. Der Beobachter unten, der auf seine Uhr schaut, wird feststellen, dass das Intervall zwischen den Signalen weniger als eine Sekunde beträgt, und wird dem Beobachter oben widersprechen, der behauptet, er habe Signale genau eine Sekunde später gesendet.

Bei einer beschleunigenden Rakete dürfte dieser Effekt wohl nicht sonderlich überraschend sein. Schließlich haben wir es gerade erklärt! Aber denken Sie daran: Das Äquivalenzprinzip besagt, dass dasselbe passiert, wenn die Rakete in einem Gravitationsfeld ruht. Selbst wenn also die Rakete nicht beschleunigt, sondern beispielsweise auf der Startrampe auf der Erdoberfläche steht, kommen die vom oberen Beobachter im Sekundentakt (nach seiner Uhr) gesendeten Signale beim unteren an Beobachter in einem kürzeren Intervall (entsprechend seiner Uhr) . Das ist wirklich erstaunlich!

Die Schwerkraft verändert den Lauf der Zeit. So wie es uns die spezielle Relativitätstheorie sagt die Zeit läuft unterschiedlich für Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen, erklärt die allgemeine Relativitätstheorie, dass der Zeitverlauf für Beobachter in verschiedenen Gravitationsfeldern unterschiedlich ist. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie registriert der untere Beobachter einen kürzeren Signalabstand, weil die Zeit nahe der Erdoberfläche langsamer fließt, da hier die Schwerkraft stärker ist. Je stärker das Gravitationsfeld ist, desto größer ist dieser Effekt.

Unser Die biologische Uhr auch auf Veränderungen im Laufe der Zeit reagieren. Wenn einer der Zwillinge auf einem Berggipfel lebt und der andere am Meer, altert der erste schneller als der zweite. In diesem Fall wird der Altersunterschied vernachlässigbar sein, aber er wird sich deutlich vergrößern, sobald einer der Zwillinge eine lange Reise in einem Raumschiff unternimmt, das auf eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Wenn der Wanderer zurückkehrt, wird er viel jünger sein als sein Bruder, der auf der Erde geblieben ist. Dieser Fall ist als Zwillingsparadoxon bekannt, aber es ist nur ein Paradoxon für diejenigen, die an der Idee der absoluten Zeit festhalten. In der Relativitätstheorie gibt es keine eindeutige absolute Zeit – jeder Mensch hat sein eigenes Zeitmaß, das davon abhängt, wo er sich befindet und wie er sich bewegt.

Mit dem Aufkommen von ultrapräzisen Navigationssystemen, die Signale von Satelliten empfangen, ist der Unterschied in den Taktraten in verschiedenen Höhen geworden praktischer Wert. Wenn die Ausrüstung die Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ignoriert, könnte der Fehler bei der Positionsbestimmung mehrere Kilometer betragen!

Das Aufkommen der Allgemeinen Relativitätstheorie veränderte die Situation radikal. Raum und Zeit haben an Stellenwert gewonnen dynamische Einheiten. Wenn sich Körper bewegen oder Kräfte wirken, verursachen sie die Krümmung von Raum und Zeit, und die Struktur der Raumzeit wiederum beeinflusst die Bewegung von Körpern und die Wirkung von Kräften. Raum und Zeit beeinflussen nicht nur alles, was im Universum passiert, sondern sie selbst hängen von allem ab.

Stellen Sie sich einen unerschrockenen Astronauten vor, der während eines katastrophalen Zusammenbruchs auf der Oberfläche eines kollabierenden Sterns bleibt. Irgendwann auf seiner Uhr, sagen wir um 11:00 Uhr, schrumpft der Stern auf einen kritischen Radius, jenseits dessen das Gravitationsfeld so stark wird, dass es unmöglich ist, ihm zu entkommen. Nehmen wir nun an, dass der Astronaut angewiesen wird, jede Sekunde auf seiner Uhr ein Signal an ein Raumschiff zu senden, das sich in einer festen Entfernung vom Zentrum des Sterns im Orbit befindet. Es beginnt um 10:59:58 Uhr mit der Signalübertragung, also zwei Sekunden vor 11:00 Uhr. Was wird die Besatzung an Bord des Raumfahrzeugs registrieren?

Vorher waren wir bei einem Gedankenexperiment mit der Übertragung von Lichtsignalen in einer Rakete davon überzeugt, dass die Schwerkraft die Zeit verlangsamt und je stärker sie ist, desto größer ist der Effekt. Ein Astronaut auf der Oberfläche eines Sterns befindet sich in einem stärkeren Gravitationsfeld als seine Kollegen im Orbit, sodass eine Sekunde auf seiner Uhr länger dauert als eine Sekunde auf der Schiffsuhr. Während sich der Astronaut mit der Oberfläche zum Zentrum des Sterns bewegt, wird das auf ihn wirkende Feld immer stärker, so dass die Intervalle zwischen seinen an Bord des Raumfahrzeugs empfangenen Signalen immer länger werden. Diese Zeitdilatation wird bis 10:59:59 sehr klein sein, so dass für Astronauten im Orbit das Intervall zwischen den um 10:59:58 und 10:59:59 gesendeten Signalen kaum mehr als eine Sekunde beträgt. Aber das um 11:00 Uhr gesendete Signal wird nicht auf dem Schiff erwartet.

Alles, was nach der Uhr des Astronauten zwischen 10:59:59 und 11:00 Uhr auf der Oberfläche eines Sterns passiert, wird von der Uhr des Raumfahrzeugs über einen unendlichen Zeitraum gestreckt. Wenn wir uns 11:00 nähern, werden die Intervalle zwischen dem Eintreffen aufeinanderfolgender Gipfel und Täler der vom Stern emittierten Lichtwellen immer länger; Dasselbe wird mit den Zeitintervallen zwischen den Signalen des Astronauten geschehen. Da die Frequenz der Strahlung durch die Anzahl der pro Sekunde eintreffenden Grate (oder Täler) bestimmt wird, werden es immer mehr Niederfrequenz Sternenstrahlung. Das Licht des Sterns wird gleichzeitig immer rötlicher und verblassender. Schließlich verdunkelt sich der Stern so stark, dass er für Beobachter von Raumfahrzeugen unsichtbar wird; Übrig bleibt nur ein schwarzes Loch im Weltall. Allerdings wirkt sich die Schwerkraft des Sterns auf Raumschiff bleibt bestehen und kreist weiter.