Die Relativitätstheorie, im Allgemeinen besser bekannt unter ihrer Formel E = mc², gilt selbst für Hobby-Physiker und ambitionierte Freizeitwissenschaftler als der Heilige Gral der menschlichen Leistungsfähigkeit. Laien können kaum die Tragweite und den erheblichen Mehrwert für die heutigen sowie die künftigen Generationen. Im Folgenden eine veranschaulichende Darstellung dieses einstigen Meilensteins in der Welt der Wissenschaft. Weiterführende Informationen bieten Artikel zur Relativitätstheorie.
Eine einfache Erklärung der Relativitätstheorie
Die Relativitätstheorie behandelt Raum, Zeit und Gravitation. Technologien, wie zum Beispiel der allseits bekannte Warp-Antrieb oder die Zeitreise, lassen diese wissenschaftlichen Erkenntnisse in den Bereich des Möglichen rücken und uns zum Träumen verleiten. Bereits ihr Erfinder/Entdecker Albert Einstein führte eine Unterteilung in die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie ein. Erstere Theorie erläutert aus Sicht von Beobachtern das Verhalten von Raum und Zeit. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt in ihrem Kern die Schwerkraft als Ursache zur Krümmung von Raum und Zeit.
Als Grundlage dient das aus der Physik bekannte Raum-Zeit-Gebilde. Diese wird benötigt, um etwa ein ortabhängiges Ereignis beschreiben und analysieren zu können. Dazu gesellt sich das sogenannte Inertialsystem als Bezugspunkt. Dort kreisen Teilchen mit einer konstanten Geschwindigkeit eine festgelegte Bahn oder ruhen.
Laut Albert Einstein gelten nach seiner speziellen Relativitätstheorie alle in der Natur vorhandenen Inertialsystem als gleichberechtigt. Die gemessene Zeit vergeht also schneller und gleichzeitig normal. Einstein schaffte darüber hinaus Grundsätze für die Physik, wonach sich beispielsweise kein Objekt beziehungsweise Teilchen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit (299792,458 Kilometer pro Stunde) bewegen kann. Die Relativitätstheorie beweist also unter anderem, dass sich etwa ein Raumschiff unter keinen Umständen mit doppelter Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum bewegen kann.
Die Bedeutung von E = mc²
Die Formel E = mc² kennt nahezu jeder von uns. Allerdings weiß in der Regel kaum jemand, wie diese anzuwenden ist. Mit Hilfe der Gleichung ist es für Wissenschaftlicher möglich, Energie in Abhängigkeit zu einer relativen Masse auf mathematischem Weg zu ermitteln.
Nach den einstigen Erkenntnissen von Einstein gelten sowohl Energie als auch Masse als gleichwertige Größen in unserer Welt. Durch die Anwendung der Formel lässt sich die Gesamtenergie „E“ berechnen. In der klassischen Physik kann die Formel jedoch nicht verwendet werden, da sie ausschließlich im Bereich der relativistischen Physik verortet ist.
Zeitdilatation und Längenkontraktion
In Abhängigkeit einer Objektgeschwindigkeit kann die Zeit oder die Länge desselben beeinflusst werden. Zeit und Länge können also je nach Geschwindigkeit variieren. Eine wesentliche Erkenntnis ist die wissenschaftlich untermauerte Tatsache, dass beispielsweise ein schnelles Objekt für einen ruhenden Beobachter die Zeit langsamer vergehen lässt. Bei in der Nähe befindlichen großen Massen ist dieses Phänomen ebenfalls zu beobachten. Hierbei spricht die Wissenschaft von der sogenannten Zeitdilatation. Die Längenkontraktion beschreibt ein Objekt, welches sich schnell im Raum bewegt, etwas mehr oder weniger verkleinert.
Große Massen im Raum
Die Krümmung von Zeit und Raum spielt bei großen Massen im Raum eine zentrale Rolle. Die Planeten in unserem Sonnensystem sind hierfür ein überaus gutes Beispiel, welche die Beobachtungen sowie wissenschaftlichen Untersuchungen von Albert Einstein bestätigen.
Unter Berücksichtigung der erwähnten Zeitdilatation krümmen Planeten den Raum und Zeit. Im Grunde genommen ist dieser Vorgang mit einem großen Stofftuch zu vergleichen, das die Belastung eines schweren Gegenstandes aushalten muss und sich nach unten krümmt. Ähnliches geschieht bei der Raumzeit, weshalb auch Licht von großen Massen in andere Bahnen gelenkt wird.
