Albert Einstein: Allgemeine und spezielle Relativitätstheorie | Einfach erklärt!

Die Entwicklung der Relativitätstheorie machte Albert Einstein als Physiker weltberühmt! Sie besagt, dass Raum und Zeit nicht das sind, für was wir es halten. Dieser Beitrag erklärt dir die allgemeine und spezielle Relativitätstheorie und gibt dir ein paar spannende Hintergrund-Informationen. Los geht’s!

Albert Einsteins Relativitätstheorie einfach erklärt

Einsteins spezielle Relativitätstheorie – in 4 Schritten einfach erklärt

Albert Einstein veröffentlichte seine spezielle Relativitätstheorie im Jahr 1905. Sie beschäftigt sich mit der Veränderung von Zeit und Längen. Einstein fand Folgendes heraus: Je schneller sich zum Beispiel der Betrachter bewegt, desto kürzer ist ein Meter und desto länger dauert eine Sekunde. Eine Länge ist also nicht immer gleich lang und Zeit vergeht nicht immer gleich schnell.

Aber wie können Zeit und Längen so veränderlich sein? Laut Einstein hängt das von der Geschwindigkeit ab, mit der du dich bewegst. Wenn du mit sehr hoher Geschwindigkeit unterwegs bist, vergeht die Zeit für dich langsamer, als wenn du dich gar nicht bewegen würdest.

1. Zeitdilatation

Und das lässt sich sogar beweisen: Für ein Experiment wurden zwei extrem genaue Uhren verwendet. Eine von ihnen blieb „unbewegt“ auf dem Boden – die andere umrundete in einem Flugzeug einmal die Erde. Das Ergebnis: Die bewegte Uhr aus dem Flugzeug ging ein bisschen nach – wenige Bruchteile einer Sekunde, aber dennoch messbar. Durch die Bewegung ist die Zeit im Flugzeug tatsächlich etwas langsamer vergangen, als unten am Boden.

Das Zeitdilatation-Experiment

2. Längenkontraktion

Das Gleiche gilt auch für Längen. Hierzu ein Gedankenexperiment: Ein 100-Meter langes Raumschiff ist bei halber Lichtgeschwindigkeit (150.000 km/Sekunde) aus der Sicht eines stillstehenden Beobachters nur 87 Meter lang.

3. Spezielle Relativitätstheorie: Die Formel

Jede Aussage von Einsteins Relativitätstheorie hat ihre eigene Formel, mit der sich die Geschehnisse exakt berechnen lassen. Viele sind sehr kompliziert und für den Laien nur schwer zu verstehen. Eine Formel ist jedoch sehr bekannt und recht einfach zu erklären: „E ist m mal c Quadrat“. Die meisten haben mit Sicherheit schon von ihr gehört.

Einsteins weltberühmte Formel: „E ist m mal c Quadrat“

• E steht für Energie

• m steht für Masse

• c steht für Lichtgeschwindigkeit

Laut dieser Formel lässt sich Energie in Masse umwandeln und umgekehrt – Masse in Energie! C wird dabei zum Quadrat genommen, also c mal c gerechnet. Das macht das Ergebnis zu einer extrem großen Zahl und verdeutlicht, dass sehr viel Energie entstehen kann, selbst wenn nur wenig Masse vorhanden ist.

Zur Veranschaulichung: Zerstrahlt 1 Gramm Masse (unabhängig vom Material) zu 100 Prozent Energie, wird dabei so viel Energie frei wie bei der Explosion der Atombombe auf Nagasaki (21.000 Tonnen TNT-Äquivalent).

4. Spezielle Relativitätstheorie in der Praxis

Im Grunde merken wir in unserem Alltag gar nichts von Einsteins spezieller Relativitätstheorie. Allerdings gibt es Bereiche, in denen sie trotzdem eine wichtige Rolle spielt.

Navigationssysteme: Ohne Einsteins Kenntnisse wären sie bei Weitem nicht so präzise, wie wir es heute gewohnt sind. Würden wir die spezielle Relativitätstheorie bei Satelliten, die unsere Erde mit rasender Geschwindigkeit umrunden, nicht mit einberechnen, wären die Satelliten-Signale zum Beispiel für das Autofahren oder auf hoher See komplett unbrauchbar.

Atomkraftwerke: Die spezielle Relativitätstheorie kommt auch in der Kernkraft zum Einsatz. Denn hier wird Masse in Energie umgewandelt, um daraus elektrischen Strom zu erzeugen.

Einsteins allgemeine Relativitätstheorie – einfach erklärt

Albert Einstein veröffentlichte seine allgemeine Relativitätstheorie im Jahr 1916 – 11 Jahre nach der speziellen Relativitätstheorie. Dieses Mal wird es sogar noch verrückter. Sie erklärt nämlich die Gravitation.

Laut der allgemeinen Relativitätstheorie kannst du dir Raum und Zeit wie ein Tuch vorstellen. Ein Körper wie unsere Erde liegt in so einem riesigen gespannten Tuch. Je schwerer der Körper, desto mehr beult er dieses Tuch aus. Dadurch entsteht eine Mulde, in der der schwere Körper liegt. Das Resultat: Jedes andere Objekt, das diesem Körper zu nah kommt, rutscht mit in die Mulde hinein – das nennt man Gravitation.

Die Krümmung der Raumzeit

Das große Tuch – also Raum und Zeit – werden durch Massen gekrümmt. Man nennt diesen Vorgang die Krümmung der Raumzeit. Diese lässt sich besonders bei Himmelskörpern wie Planeten und Sternen nachweisen. Das Verrückte: Bei dem Körper, der in die Mulde des anderen Objektes hineingezogen wird, kann nicht durch Messung ermittelt werden, ob er angezogen wird oder stillsteht.

Zur Veranschaulichung: Du befindest dich in einem Fahrstuhl. Während der Beschleunigung merkst du noch, wie du dich etwas „schwerer“ fühlst. Doch sobald der Fahrstuhl seine finale Geschwindigkeit erreicht hat, spürst du keinen Unterschied mehr. Du weißt nicht, ob du fährst oder stehst.

„Ich saß im Berner Patentamt in einem Sessel, als mir plötzlich der Gedanke kam: Wenn sich ein Mensch im freien Fall befindet, wird er seine eigene Schwere nicht empfinden können. Mir ging ein Licht auf. Dieser einfache Gedanke beeindruckte mich nachhaltig. Die Begeisterung, die ich da empfand, trieb mich dann zur Gravitationstheorie.“ – Albert Einstein

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Quellen bzw. weiterführende Links:

(1) Die Welt: „Relativitätstheorie - Wer das liest, ist (fast) so schlau wie Einstein“

(2) National Geographic: „Einsteins Relativitätstheorie in 4 einfachen Schritten“

(3) studyflix: „Relativitätstheorie einfach erklärt“

(4) planet wissen: „Albert Einstein - Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie“