Nov 9 2011
Einstein und die Lichtgeschwindigkeit
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Als Licht versteht man im Alltag diejenige elektromagnetische Strahlung, welche vom menschlichen Sinnesapparat wahrgenommen werden kann. Dies umfasst etwa den Bereich von 400 bis 800 Nanometern Wellenlänge.
Der Welle-Teilchen-Dualismus ist ein Konzept aus der Quantenmechanik, welches besagt, dass jede Strahlung, also auch das Licht, sowohl Wellen-, als auch Teilchencharakter hat. Diese Lichtteilchen, die sogenannten Photonen, sind masselos und bewegen sich immer mit der sogenannten Lichtgeschwindigkeit, was die Voraussetzung für Einsteins Arbeiten war.
Diese Lichtgeschwindigkeit ist die größte anzunehmen Geschwindigkeit, mit der sich eine Information, ein Teilchen oder eine Ursache bewegen kann. Sie ist diejenige Geschwindigkeit, mit der sich eine elektromagnetische Welle im Vakuum bewegt. Ihr absoluter Wert beträgt etwa 300.000 Kilometer in der Sekunde. Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist die Basis von Einsteins spezieller und allgemeiner Relativitätstheorie.
Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt die Zusammenhänge zwischen Raum und Zeit. Diese Theorie zeigt das Verhalten zueinander bewegter Systeme und der Relativitäten von Zeit und Distanz. In einer kurzen Zusammenfassung kann man sagen, dass die Zeit langsamer vergeht, je schneller sich ein Objekt bewegt. Zwei gleich alte Zwillinge haben ein anderes Lebensalter, wenn einer davon sich längere Zeit mit einer sehr hohen Geschwindigkeit bewegt hat. Dieses etwas seltsam anmutenden Phänomen wird als Zwillingsparadoxon bezeichnet. Die Konsequenz war die Einführung der vierdimensionalen Raumzeit. Sie ist eine Erweiterung der klassischen mechanischen Beschreibungen und geht im Grenzfall kleiner Geschwindigkeiten, wie sie auf der Erde vergleichsweise üblich sind, in diese über. Die spezielle Relativitätstheorie beinhaltet auch die bekannte Formel E = mc² [E: Energie, m: Masse, c: Wert der Lichtgeschwindigkeit] welche die Äquivalenz zwischen Masse und Energie beschreibt.
Einstein erweiterte das Konzept durch die Beschreibungen der Beziehungen zwischen Materie und der Raumzeit auf die allgemeine Relativitätstheorie. Die, durch Masseteilchen verursachte, Gravitation beeinflusst die Struktur der Raumzeit. Dieses Phänomen ist als Raumzeitkrümmung bekannt. Die in der Allgemeinheit bekannteste Auswirkung dieser physikalischen Gesetze sind die sogenannten Schwarzen Löcher. Bei diesen handelt es sich um extrem massereiche Sterne, welche eine so große Raumkrümmung erzeugen, dass sie das Licht nicht mehr entweichen kann und somit nicht mehr sichtbar wird.
Einsteins Erkenntnisse haben die moderne Physik nachhaltig beeinflusst und verändert.