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Zeit und Raum sind relativ, die Lichtgeschwindigkeit ist absolut und begrenzt
(ca. 300.000 km/s).
Was auf den ersten Blick nicht sonderbar erscheint, ist bei genauerer Betrachtung ein Paradoxon. Es bedeutet nämlich: je
schneller sich ein Körper bewegt, desto langsamer vergeht für ihn (relativ) die Zeit. Der zweite Teil des Grundsatzes sagt
aus, dass zwei Lichtstrahlen, die aneinander mit 300 000 km/s vorbeirasen, relativ zueinander eben nicht die
Geschwindigkeit von 600 000 km/s besitzen. Deshalb ist auch für alle Beobachter die Lichtgeschwindigkeit gleich, egal
wie schnell sie sich selbst bewegen, sondern die Zeit und der Raum sind relativ. Diese Relativität der Zeit ist der Kern
von Albert Einsteins Relativitätstheorie. Einstein fasste in der berühmtesten Formel des 20. Jahrhunderts zusammen: E =
mc², also Energie eines Körpers = Masse x Lichtgeschwindigkeit². Die gesamte moderne Physik stützt sich darauf.
Raum und Zeit existieren nicht getrennt, sondern zusammen als Raumzeit. Der gesamte (Welt-)raum wird durch
Gravitationskräfte gekrümmt. Ein Modell zur Raumzeit: Der gesamte Weltraum lässt sich zweidimensional mit einer
gespannten Plane aus Gummi vergleichen. Die dritte Dimension, also die Tiefe, ist bei diesem Modell die Zeit. Überall
darauf verstreut liegen Kugeln (=Massen mit Gravitationskräften), die Senken in die Plane drücken. Deshalb wird dieser
Effekt, durch den Massen die Raumzeit krümmen, Raumzeitkrümmung genannt. Die Relativitätstheorie ist aber nur eine
abstrakte Theorie , die versucht, den Weltraum und alles, was damit zusammenhängt, besser verstehen zu können, die
aber meistens nicht direkt durch Anschauung wie bei Newton (Mechanik) beweisbar ist. Auf der anderen Seite findet
man viele Indizien für die Gültigkeit der Theorie. So wurden zwei sehr genau gehende Uhren verglichen, eine war mit
einem Düsenjet geflogen, die andere stand auf der Erde. Die Uhr im Düsenjet ging etwas nach, womit praktisch
bewiesen wurde, dass bei höherer Geschwindigkeit die Eigenzeit langsamer geht. Newton hatte 1670 definiert, dass die
Trägheit der Masse unabhängig von ihrer Geschwindigkeit sei, sodass ein Körper theoretisch unendlich schnell werden
konnte. 6 Jahre nach ihm versuchte ein gewisser O. Roemer die Lichtgeschwindigkeit zu messen, allerdings nicht sehr
genau: Er kam auf 226 869 km/s. Zur Veranschaulichung der Relativitätstheorie: Nehmen wir an, ein Eisenbahnwagen
bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit (was wegen dessen Masse und Trägheit praktisch unmöglich ist), und in der Mitte
des Wagens befindet sich eine Lichtquelle, die Lichtstrahlen sowohl rückwärts als auch vorwärts aussenden kann.
Weiterhin sollen die vordere und hintere Tür jeweils von dem Lichtstrahl geöffnet werden können. Von dem Beobachter
im Zug aus gesehen, öffnen sich beide Türen gleich schnell, weil der Weg für beide Lichtstrahlen im Zug gleich ist (halbe
Länge des Wagens). Für den Beobachter außerhalb des Zuges, also auf dem Bahndamm, öffnet sich aber die hintere Tür
früher, da das Licht, von außen gesehen, eine kürzere Strecke zurücklegen muss, weil die Geschwindigkeit des Zuges
noch dazugerechnet werden muss. Wie ist das möglich, wenn die Lichtgeschwindigkeit die höchstmögliche
Geschwindigkeit ist und alle Beobachter die gleiche Geschwindigkeit messen müssen, egal wie schnell sie sich selbst
bewegen? Geschwindigkeit wird mit Weg durch Zeit oder v = s / t beschrieben. Eine ruhende Person stellt fest, dass das
Licht in einer Sekunde 300 000 km zurücklegt. Wenn sich eine Person aber bewegt, geht ihre Zeit langsamer, sodass für
die sich bewegende Person das Licht in etwas mehr als einer Sekunde eine größere Strecke zurücklegt. Bei einer
Geschwindigkeit von 1 000 km/s müßte das Licht, das von diesem Körper ausgesendet wird, von einem
außenstehenden Beobachter mit 301 000 km/s gemessen werden. Das ist aber nicht möglich ist, weil nichts schneller als
das Licht sein kann. Daher muss die Zeit für den Beobachter um soviel langsam laufen, dass er genau die gleiche
Lichtgeschwindigkeit misst. Ein Beispiel: Eine Rakete düst mit 30 000 km/s durch den Weltraum. An ihrer Spitze ist ein
Laser angebracht, der Licht nach vorne aussendet. Ein Beobachter in der Rakete mißt in einer Sekunde, dass dieser
Lichtstrahl 300 000 km zurücklegt. Nun kommt das Raumschiff an einem (ruhenden) Planeten vorbei, auf dem eine
Person ebenfalls die Geschwindigkeit des Laserstrahls misst. Sie würde eigentlich feststellen: v = 330 000 km (300 000
+ 30 000) / s. Das ist unmöglich, also müssen für diese Person auf dem Planeten 1,1 Sekunden vergehen, wenn für den
Raumfahrer 1 Sekunde vergeht: 330 000 km/1,1 s = 300 000 km/s. (Man kann z.B. ausrechnen, wie lang eine Sekunde
ist, wenn man mit einem Raketenauto mit Tempo 1200 über die Autobahn rast: 1,00000000000185 s. Das zeigt, dass
für irdische Verhältnisse diese Zeitveränderung nur marginale Auswirkungen hat. Je mehr man sich aber der
Lichtgeschwindigkeit nähert, desto stärker wird die Zeitdifferenz, bis schließlich bei Lichtgeschwindigkeit keine Zeit mehr
existiert.) Das alles ist schwer vorstellbar, wenn man die Geschwindigkeiten auf der Erde als Bezug sieht. Zwei Autos,
die mit 100 km/h frontal gegeneinander fahren, haben schließlich die gleiche Aufprallwucht wie ein Auto, das mit 200
km/h gegen eine Wand fährt, aber diese mechanischen Gesetze von Newton gelten nicht mehr uneingeschränkt seit
Einsteins Relativitätstheorie.
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