Experimentelle beweise für die spezielle relativitätstheorie

Untersuchungen mit radioaktiven Substanzen haben bereits 1902 gezeigt, daß die Masse der Teilchen, die als Beta-Strahlen ausgesendet werden, mit der Geschwindigkeit zunehmen. Bereits damals schien es unlogisch, daß eine Substanz aus so vielen verschiedenen Teilchen bestehen könnte, die zusammen die Beta-Strahlung bewirken.
Gleiche Ergebnisse wurden bei den Atom-Beschleunigungs-
Anlagen festgestellt. Diese Maschinen benützt man zur
Atomzertrümmerung, um die Struktur der Atom-Teilchen zu untersuchen. Durch die angenäherte Lichtgeschwindigkeit nehmen die Atome stark an Masse zu, was sich auf ihre Trägheit und ihre Aufschlageigenschaften auswirkt.
Die Zeitverzögerung wurde mit einer genau laufenden Atomuhr bestätigt. Die Uhr befand sich in einem Düsenjet, das um die Erde flog.
Ebenfalls wurde die Zeitverzögerung mit beschleunigten Wasserstoffatomen nachgewiesen (veränderte Vibrationsfrequenz des Elektrons).
Bis wir Menschen den Zeitverzögerungseffekt jedoch am eigen Leib (als Raumfahrer) erleben können, werden wohl noch einige Jahre ins Land gehen.
Bindungsenergie (binding energy): Aufgrund der hohen Energiemenge in geringsten Massen hatte man wenig Hoffnung, Einsteins Formel jemals an normalen Mengen von Masse zu verifizieren. Die Wissenschaftler konzentrierten sich daher auf kleinste Maßstäbe: auf Atome. Ein Element wie z. B. Uran besteht aus 146 Neutronen und 92 (positiven) Protonen. Es bekannt, daß sich gleiche Ladungen abstoßen. Trotzdem halten die 92 Protonen des Urankerns auf engstem Raum zusammen. Aus diesem Grund müssen die Protonen durch eine sehr viel stärkere Energie zusammengehalten werden, die sog. "Bindungsenergie". Würde man den Kern in viele kleine Teile zertrümmern, würde diese Bindungsenergie freiwerden. Wo kommt diese Energie nun her? Die Antwort gibt uns die Formel E = mc². Die freigewordene Bindungsenergie entstand aus einem Teil der Atomkernmasse. Folglich wiegen die einzelnen Atomteile nach der Zertrümmerung weniger als vorher. Die fehlende Masse muß der freigewordenen Energie entsprechen. Dieser Nachweis wurde bereits 1932 in England erbracht.
Ein weiteres Beispiel für die "Nutzung" der Bindungsenergie ist die Atombombe (->Kernspaltung). Hier werden entweder Uran oder Plutonium gespalten. Es ist anzumerken, daß nur Elemente, die schwerer als Silber sind (Atomgewicht 108), bei ihrer Spaltung auch wirklich mehr Energie freigeben, als für ihre Spaltung vorher aufgewendet werden mußte!
Wie kann man nun Elemente, die leichter sind als Silber, dazu bewegen, Energie freizusetzen? Indem man den ganzen Vorgang umkehrt: anstatt Atomkerne zu spalten fügt man mehrere Teile zu einem Atomkern zusammen. Auch hierbei wird ein Teil der Masse der Einzelteile in Energie umgewandelt, wodurch das Verschmelzungsergebnis ein leichterer Atomkern ist. Diesen Prozeß der Energiefreisetzung durch Verschmelzen von mehreren leichten Atomkernen zu einem schweren Atomkern nennt man "Kernfussion" (Verschmelzung). Die Wasserstoffbombe arbeitet nach diesem Prinzip!
Früher dachte man, unsere Sonne verbrennt irgendein Material, um diese Menge an Energie abzugeben. Sie wäre dann allerdings nach etwa 300 Jahren "ausgebrannt". Heute weiß man, daß in der Sonne eine Kernfussion stattfindet. Sie wandelt über eine Kette von Kernreaktionen jeweils 4 Wasserstoffkerne (4 Protonen) in Helium um (2 Protonen). Der resultierende Massenverlust ist die freiwerdende Energie der Sonne, die noch für lange Zeit reichen wird (ca. 15 bis 30 Milliarden Jahre). Durch den Massenverlust schrumpfen Sonnen immer mehr Zusammen, bis sie verbraucht sind (=> Theorie über die Bildung von schwarzen Löchern...). Der Unterschied zwischen der Fussion einer Atombombe und der Sonne liegt jedoch in Geschwindigkeit, in der die Umwandlung erfolgt!
Ferner arbeiten auch Atomreaktoren nach dem Kernspaltungsprinzip. Auch hier erfolgt eine sehr langsame und "kontrollierte" Kernspaltung. Die freiwerdende Energie wird in Form von Hitze zur Stromerzeugung verwendet.

Raum und Zeit in der vorrelativistische Physik
Vor der Anerkennung der Relativitätstheorie betrachtete man den Raum mit seinen drei Bestandteilen (x, y, z) und die eindimensionale Zeit (t) getrennt voneinander. Man beachtete nicht, daß Raum und Zeit eigentlich erst ein konkretes Ereignis beschreiben, weil zur Signalübermittlung eine bestimmte Zeit vergeht, bevor ein räumlich weit entferntes Ereignis auch wirklich wahrgenommen wird (vgl. Betrachtungen über Gleichzeitigkeit eines Ereignisses in verschiedenen Entfernungen).
Mit der Anerkennung der Relativitätstheorie mußte man zugleich die Trennung von Raum und Zeit aufgeben und die Raum-Zeit (sog. vierdimensionales Kontinuum) anerkennen.
Nicht der Raumpunkt alleine, in dem etwas geschieht, nicht der Zeitpunkt alleine, in dem etwas geschieht, beschreibt dieses Ereignis genau. Erst die Kombination dieser beiden Elemente beschreibt das Ereignis (vierdimensional) wirklich absolut (und nicht relativ wie bei der Aufspaltung in Raum und Zeit).
Man sollte jedoch nicht übersehen, daß die zeitliche
Koordinate der Zeit keinesfalls mit den räumlichen
Koordinaten gleichwertig ist. Dies ist bereits an der Erfahrung erkennbar, daß die Zeit nicht rückwärts laufen kann (auf einen mathematisch-physikalischen Beweis muß an dieser Stelle verzichtet werden).
So wurde aus dem dreidimensionalen Raum (von Newton) der vierdimensionaler Raum Einsteins.