Relativitätstheorien

Albert Einstein wurde am 14. 3. 1879, in Ulm geboren und starb am 18.4.1955 in Princeton, NJ. Er verbringt seine Jugend in München, wo seine Familie einen Elektrofachbetrieb besitzt. In seinen jungen Jahren gibt es keine äußerlichen Zeichen für die Genialität, die Einstein schon damals besitzt. Er beginnt erst im Alter von drei Jahren zu sprechen und kann sich mit neun Jahren noch nicht fließend unterhalten. Aber trotz alle dem entwickelt er eine brillante Neugier für die Natur und komplexe mathematische Konzepte. Im Alter von zwölf Jahren z.B. bringt er sich die euklidische Geometrie bei. Einstein haßt die stumpfen und phantasielosen Methoden der Münchener Schulen, die wir ja nur allzugut aus Filmen und Geschichten kennen. Als ein erneuter Fehlschlag des Geschäfts, die Familie nach Mailand führt, nutzt der damals 15 Jährige Albert die Gelegenheit von der Schule zu gehen und ein Jahr mit seinen Eltern zu verbringen.

Als sich dann aber die Frage stellt, was Albert einmal werden soll, entscheidet er sich, das Gymnasium in Aarau (Schweiz) zu besuchen und absolviert die Polytechnik in Zürich. Auch hier gefallen ihm die Methoden der Lehrer ganz und gar nicht. Er schwänzt häufig Kurse und nutzt die Zeit, um privat Physik zu studieren oder spielt auf seiner geliebten Violine, auf der er im Alter von 6 Jahren beginnt zu spielen. Er besteht alle Examen und graduiert von der Polytechnik in 1900 durch das Benutzen der Hefte eines Klassenkameraden. Seine Professoren meinen damals, daß er auf keinen fall für eine Position an der Universität in Frage kommen würde. Für zwei Jahre arbeitet Einstein als Tutor und Vertretungslehrer in der Schweiz.

Im Jahre 1902 sichert er sich dann eine Stellung am Schweizer Patentamt in Bern. Doch was macht ihn so besonders und woher kommt seine Genialität. Er selbst schreibt in seiner Auto-Biographie, daß es wahrscheinlich seine Mutter war, die ihn so inspirierte und ihr Einfluß der Einstein so anders als alle anderen Wissentschaftler werden ließ. Seine Mutter Pauline wird 1858 in Cannstadt geboren und stirbt 1920 in Berlin. Sie und ihr Ehemann Hermann (geboren 1847 in Buchau, gestorben 1902 in Mailand ) ziehen ein Kind groß, das so wichtig für die Welt sein sollte, wie wir nachher sehen werden. Die beste Beziehung hat Albert zu seiner Schwester Maja (*1881,gestorben1949), dessen Tod ihn weitaus mehr schockiert als der seiner beiden Ehefrauen. Am 6. Januar 1903 heiratet Einstein seine längjahrige Klassenkameradin aus der Polytechnik, Mileva Maric. Sie haben zusammen zwei Söhne Hans-Albert und Eduard von denen letzteren eine schwere psychische Krankheit ereilte. Diese Ehe hält auch nicht sehr lange und so kommt es, daß Einstein einige Jahre später seine Cousine Elsa Koch heiratet. Im Jahre 1905 erhält er den Doktortitel der Uni Zürich für seine Theorie der molekularen Dimensionen.

Er veröffentlicht außerdem seine drei bekanntesten Theorien , die die Physik des 20. Jahrhunderts zu dem gemacht haben, was es jetzt ist. Auf diese und andere werde ich später zurückkommen. Das Leben Einsteins wird schlagartig besser und er ist weltweit die gefragteste Persönlichkeit schlechthin. In 1922 bekommt er dann u.a. für den Photoelektrischen Effekt den Nobelpreis für Physik. Da Einstein jüdisch ist und die Entwicklung des Zionismus vorantreibt und kräftig unterstützt, muß er in den 30- Jahren nach Amerika auswandern und wird Professor für Physik an der Universität in Princeton,NJ. Während des 1.Weltkrieges hilft er, durch seine Entdeckungen im Bereich der Nuklearphysik indirekt, mit etlichen anderen Wissentschaftlern, die erste Atombombe zu entwickeln und rettet somit laut der US Regierung tausende von Marines, die (ohne die Kapitulation der Japaner nach Hiroshima und Nagasaki) beim anlanden an der südlichen Küste Japans den sicheren Tod gefunden hätten. Obwohl Einstein eigentlich nichts mit dem Bombenabwurf zu tun hat und auch nichts über ihn weiß plagt es ihn sein restliches Leben lang, daß er zu der Erfindung dieser schrecklichen Waffe beigetragen hatte. Nach dem zweiten Weltkrieg wird ihm angeboten Präsident von Israel zu werden. Er lehnt allerdings, dankend, ab und verschreibt sich den Rest seines Lebens Frieden zu schaffen und die Abrüstung voranzutreiben . Er schreibt seine Autobiographie, die zum größten Teil aus seiner Kindheit und Jugend erzählt. Er wird zum Symbol des Zionismus und zum Denker des Jahrhunderts, in dem er sehr ausführlich seine Philosophie über "Gott und die Welt" in etlichen Büchern offenbahrt.

In der ersten seiner bekannten drei Theorien geht es um die Brown'sche Bewegung. In ihr macht Einstein signifkante Vorraussagungen über die Bewegung von kleinsten, in Gasen oder Flüssigkeiten schwebender Teilchen, die später durch Experimente bestätigt werden. Seine zweite Theorie die sich auf den Photoelektrischen Effekt bezieht, enthältt revolutionäre Thesen, die sich auf die Natur des Lichtes beziehen. Einstein schlägt in ihr nicht nur vor, daß Licht unter speziellen Umständen als ein Zusammenschluß von Teilchen bezeichnet werden kann, er hypothesiert außerdem, daß die Energie, die von jedem Lichtpartikel (dem Photon) getragen wird, proportional zur Frequenz der Strahlung ist. Die Gleichung dazu, die auch Planck's Gleichung genannt wird lautet E=h*v, wobei E die Energie der Strahlung, h eine universale konstante (auch Planck's konstante genannt nach dem Deutschen Physiker Max Planck, 6.6*10-34) und v die Frequenz der Strahlung, ist. ^^^^^^^^^^^ !!!Neuerdings wird mit 1.05 * 10^-27 und dafür: !!!w=2pi/T anstatt v = 1/T

Dieser Vorschlag, daß die Energie, die ein Lichtstrahl enthält in individuellen Einheiten oder auch quanten genannt vorkommt, widersprach einer 100-jährigen Tradition die besagte, daß die Energie des Lichts aus kontinuirlichen Prozessen besteht und eine art Offenbarung sei. Zu dieser Zeit versteht allerdings kaum jemand etwas von Einstein's und Planck's Theorien. Tatsächlich, ist der Amerikanische Physiker Robert Andrews Millikan sehr überrascht und voller Furcht, als er diese Theorien per Experiment einige Jahre später bestätigt. Einstein, dessen Hauptziel es ist die Elektromagnetische Strahlung zu verstehen, treibt später die Entwicklung einer Theorie an, die eine Fusion des Wellen- und Teilchenmodells für Licht wird. Wieder einmal sind die Physiker nicht sehr von Einstein's Ideen angetan, sofern sie diese überhaupt nachvollziehen können. Einstein's dritte Theorie, (1905) die er wie die zwei vorhergehenden in Form eines kleinen Buches veröffentlicht trägt den Titel "Über die Elektrodynamik sich bewegender Körper" und enthält daß was später einmal als die spezielle Theorie der Relativität bekannt wird. Seit Sir Isaac Newton haben die Chemiker und Physiker schon versucht die Natur der Materie und der Strahlung und wie der Zusammenhang zwischen beiden in der Natur ist, zu verstehen . Das mechanische Gesetze Fundamental sind wird als die Mechanische Weltanschauung bekannt, während die elektromagnetischen Gesetze ebenfalls Fundamental sind und als die Elektromagnetische Weltanschauung bekannt werden. Beide jedoch können keine Erklärung für die gegenseitige Wirkung, die Strahlung (wie zB. ein Lichtstrahl) und Materie aufeinander ausüben, geben. Da ich aber an dieser Stelle nicht zu weit in die Quantenphysik abtauchen will, versuche ich noch eine der beiden Relativitätstheorien (nämlich die Spezielle, die ich wichtiger finde), um die es hier im groben geht, so einfach wie möglich zu beschreiben. Physikalische Ereignisse werden immer im Zusammenhang mit einem sogenannten Bezugssystem beobachtet, einer art Basis, die mit reellen Maßstäben ausgerüstet ist, wie z.B. einer Uhr. Mathematisch werden diese Vorgänge mit den Koordinaten x, y und z und als vierter Dimension t, der Zeit, ausgedrückt. Wenn sich nun in so einem System ein kräftefreier Körper bewegt, vorausgestzt die Bewegung ist geradlinig und gleichmäßig d.h die Geschwindigkeit bleibt konstant, wird dieses System, Inertialsystem oder auch Inertial frame of reference genannt. Für jeden kräftefreien Körper ist ein Inertialsystem vorhanden in dem er sich nicht zu bewegen , also ruhend, scheint. Stellt man sich aber jetzt verschiedene dieser sogenannten Ruhesysteme vor mit jeweils unendlich vielen Beobachtern in ihnen, so scheint es doch schier unmöglich eine mathematische Beschreibung zu finden, die für jeden Beobachter gültig ist. Hier kommt dann Einstein ins Spiel und stellt mehrere Thesen auf, die wie folgt lauten. Einstein war der Meinung, dass alle Inertialsysteme gleichwertig sind und daß sich Licht in allen geradlinig ausbreitet und die Lichtgeschwindigkeit, die bei 300.000 km/s liegt, in einem Vakuum in allen Systemen gleich ist. Nach diesen und anderen Vermutungen und Thesen wird dann die spezielle Relativitätstheorie aufgestellt. Hier ein paar der elementaren Bestandteile dieser Theorie. Wenn eines zweier Ereignisse innerhalb eines Inertialen Systems, die zwar räumlich getrennt, aber zeitgleich sind in ein anderes verschoben wird so sind diese, von nun an, nicht mehr zeitgleich. Diese kausal verbundenen Ereignisse, die sich an den Zeitpunkten t1 und t2 abspielen und sich an Ortspunkten, die durch die Ortsvektoren r1 und r2 markiert sind abspielen, liegen innerhalb eines bzw. des Lichtkegels und können sich der Raum- Zeitbedingung nach zu folge :c2 (t2-t1)2 -(r2-r1)2> oder = 0 allerhöchstens in Lichtgeschwindigkeit bewegen. Da die folgenden Gleichungen über Zeitdillation und Längenkontraktion noch weitaus komplizierter (vor allem in der Anwendung) sind möchte ich sie erst gar nicht anschneiden um Konfusionen vorzubeugen. Ein Teil dieser Theorie dürfte allerdings wohl jedem bekannt sein. Dieses Prinzip, daß mit der Gleichung E=m*c2 ausgedrückt wird besagt, das jede Energie E einer Masse m entspricht. Dieses Prinzip ist das Äquivalenzprinzip. Meiner Meinung nach war Albert Einstein, der wohl genialste Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts.