Relativitätstheorie im Alltag?
Warum sind die Effekte der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie in unserem Alltag nicht bemerkbar?
10 Antworten
Weil sich die Effekte der speziellen Relativitätstheorie erst bei Geschwindigkeiten ab ca 30% Lichtgeschwindigkeit (messbar) zeigen, die erreichen wir auf der Erde nicht einmal annähernd.
Was die allgemeine Relativitätstheorie angeht, dafür ist halt eine gewaltige Gravitation nötig, die der Erde reicht da nicht um hier etwas davon zu spüren (außerdem befinden wir uns ja selbst auf der Erde und könnten nur Effekte relativ zu diesem Bezugssystem bemerken).
Sehen kann man die Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie allerdings sogar auf der Erde gelegentlich, nämlich bei einer totalen Sonnenfinsternis, mit Hilfe einer solchen wurden diese Effekte nämlich 1919 erstmals auch nachgewiesen, die Krümmung des Raumes durch die Masse der Sonne (Gravitationslinseneffekt) ermöglichte es damals nämlich, Sterne zu erkennen, die sich eigtl hinter der Sonne befinden.
Die Relativitätstheorie macht sich erst bei extrem hohen Geschwindigkeiten bemerkbar. Wieso hat man denn so lange gebraucht um sie zu finden? Es gab lange einfach keinen Grund dafür, dass es noch eine neue Physik geben soll, denn bei den Geschwindigkeiten, die wir kennen, spielt die Relativitätstheorie keine Rolle, die gelten fast komplett uneingeschränkt die Newtonschen Gesetze.
Je größer die Geschwindigkeiten werden, desto größer wird die Abweichung von den Newtonschen Gesetzen. Die Zeitdilatation beispielsweise ließ sich nur mit einer unglaublich genauen Atomuhr messen, die in einem Düsenjet um die Erde fliegt. Bei der Längenkontraktion ist es noch extremer.
Aber eigentlich gilt die Relativitätstheorie für alles Makroskopische, also auch für Menschen. Wenn wir laufen, während ein anderer Mensch still steht, dann vergeht auch für uns die Zeit langsamer, aber halt extrem wenig.
Im All ist die Relativitätstheorie aber von großer Bedeutung. Die Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen bewegen sich mit so großer Geschwindigkeit, dass Dinge wie die Zeitdilatation eine große Rolle spielen. Für ein Photon (Lichtteilchen), von denen es im All nur so wimmelt steht die Zeit sogar still. Alle Momente sind einer.
Für uns Menschen ist die Relativitätstheorie für Bedeutung. Unsere komplette Navigation funktioniert nur mit der Relativitätstheorie. Das Navigieren auf der Erde und im All wäre ohne sie unmöglich.
Falls wir irgendwann mal interstellare Raumfahrt beherrschen, wird die Relativitätstheorie ein Thema. Wenn wir beispielsweise in noch fernerer Zukunft Menschen zu fremden Sternen schicken, vergeht für sie die Zeit viel schneller. Somit wäre es möglich zur Andromeda-Galaxie in 28,7 Jahren Bordzeit zu erreichen. So könnte de Crew sogar in 50 Jahren bis an den Rand des Universums fliegen. Nach wenigen Sekunden an Bord des Raumschiffes, würde es die Erde schon nicht mehr geben. Hier eine Tabelle zu Reisezeiten in einem relativistischen Raumschiff:
... sind sie doch.
Wir setzen Masse mit Hilfe von Energie in einer bestimmten Zeit in Bewegung.
Wir gehen zum Kühlschrank um ein neues Bier zu holen ;-)
Hallo HalaMega,
das Wording „Effekte der SRT und ART“ ist nicht besonders glücklich gewählt.
Die SRT beruht vollständig auf Prinzipien der Klassischen Physik, wie beispielsweise dieser zwei, die auf GALILEI zurück gehen:
- Trägheitsprinzip: Kraft ist nicht erforderlich, um Geschwindigkeit zu erzeugen, sondern um sie zu ändern.
- Relativitätsprinzip: Fortbewegung ist relativ. Die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen - nichts anderes sind Naturgesetze - hängen nicht von der Wahl des Bezugssystems ab.
Eigentlich sollte die SRT daher besser „Klassische Mechanik und Elektrodynamik“ heißen, im Grunde sogar die ART, da das Prinzip, auf dem sie beruht, sich letztlich auf GALILEIs Beobachtung zurückführen lässt, dass im Gravitationsfeld Körper unterschiedlicher Masse dieselbe Beschleunigung erfahren, sich Gravitation also wie eine Trägheitskraft verhält: Das
- Äquivalenzprinzip: Allein anhand physikalischer Experimente ist es nicht möglich, ein homogenes Gravitationsfeld von konstanter linearer Beschleunigung zu unterscheiden; dasselbe gilt für eine Situation ohne Gravitationsfeld und den freien Fall in einem Gravitationsfeld.
Was wir noch immer die Klassische Physik nennen, ist aus heutiger Sicht eine Näherung für
- Bewegungen mit v<<c, und
- Gravitationspotentialdifferenzen ΔΦ<<c².
Die Relativitätstheorie ist also keineswegs etwas „exotisches“, eine abgedrehte Theorie am Rande der Physik mit begrenzter Gültigkeit, im Gegenteil. Sie gilt sozusagen immer, in Alltagssituationen natürlich auch. Nur wäre es etwas albern, eine gut funktionierende Näherung nicht zu verwenden.
Es ist nicht pauschal möglich, eine Grenze anzugeben, „ab wann“ die Vorhersage der Näherung von der der Relativitätstheorie so weit abweicht, dass man das bemerkt - es hängt auch von der Messgenauigkeit ab.
Eine solche Abweichung ist das, was man üblicherweise einen „relativistischen Effekt“ nennt. Meistens ist sie kleiner als die Messungenauigkeit.
Ganz klar ist aber die LORENTZ-Kraft ein Beispiel für einen „relativistischen Effekt“, für den man nicht übermäßig schnell sein muss. Ein geladener Körper, der sich einen insgesamt neutralen stromdurchflossenen Leiter entlang bewegt, erfährt durch das Magnetfeld um den Leiter die LORENTZ-Kraft
(1) F›_L = q·v› × B›.
Im Ruhesystem des geladenen Körpers hingegen kann die Kraft natürlich nicht als LORENTZkraft interpretierbar, sondern nur als elektrische Kraft aufgrund eines Ladungsüberschusses.
Außerdem gibt es den POUND-REBKA-Effekt, bei dem die Energieerhaltung für Photonenenergie im Gravitationsfeld und damit
(2) f·(1 + ΔΦ/c²) = f·(1 + gh/c²) = const.
eine wesentliche Rolle spielt. Hierbei genügte die Höhe eines Gebäudes, um eine messbare Frequenzverschiebung zu erhalten.
Die Effekte der speziellen Relativitätstheorie machen sich erst ab Geschwindigkeit im Bereich von ~0.1+c bemerkbar, also bei 30 000+ km/s. Welcher Körper hat denn eine solche Relativgeschwindigkeit zu dir im Alltag? Fast keiner, deswegen siehst du keine Längenkontraktion oder Zeitdilatation.
Warum sich die Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht bemerkbar machen? Weil die Energiedichte (Masse und sontige Energien) in der Regel sehr klein ist und für kleine Energien die unspektakuläre Newtonsche Gravitation eine sehr gute Näherung darstellt.
Wo du die Effekte der Relativitätstheorie findest ist in der GPS-Ortung, in Satelliten, in Teilchenbeschleunigern, in der Lebensdauer von kosmischer Strahlung in unserer Atmosphäre, in Teilchenbeschleunigern, in der Ablenkung von Licht um große Sterne usw.