Spezielle Relativitätstheorie. Spezielle Relativitätstheorie

Nachdem die Mathematiker Regeln im Raum der Begriffe und Zahlen geschaffen hatten, waren sich die Wissenschaftler sicher, dass sie nur Experimente durchführen und mithilfe logischer Konstruktionen die Struktur aller Dinge erklären konnten. Innerhalb vernünftiger Grenzen funktionieren die Gesetze der Mathematik. Doch Experimente, die über alltägliche Konzepte und Ideen hinausgehen, erfordern neue Prinzipien und Gesetze.

Idee

Mitte des 19. Jahrhunderts verbreitete sich überall die bequeme Idee eines universellen Äthers, die den meisten Wissenschaftlern und Forschern entgegenkam. Der geheimnisvolle Äther wurde zum damals gebräuchlichsten Erklärungsmodell für die physikalischen Prozesse. Doch zur mathematischen Beschreibung der Ätherhypothese kamen nach und nach viele unerklärliche Tatsachen hinzu, die durch verschiedene zusätzliche Bedingungen und Annahmen erklärt wurden. Allmählich bekam die kohärente Theorie des Äthers „Krücken“, davon gab es zu viele. Um den Aufbau unserer Welt zu erklären, waren neue Ideen nötig. Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie erfüllten alle Anforderungen – sie waren prägnant, konsistent und durch Experimente vollständig bestätigt.

Michelsons Experimente

Der letzte Tropfen, der das Fass zum Überlaufen brachte, waren die Forschungen auf dem Gebiet der Elektrodynamik und die sie erklärenden Maxwell-Gleichungen. Um die Ergebnisse von Experimenten in eine mathematische Lösung zu bringen, nutzte Maxwell die Theorie des Äthers.

In ihrem Experiment ließen die Forscher zwei Strahlen, die in unterschiedliche Richtungen kamen, synchron aussenden. Da sich Licht im „Äther“ bewegt, hätte sich ein Lichtstrahl langsamer bewegen müssen als der andere. Trotz zahlreicher Wiederholungen des Experiments war das Ergebnis dasselbe: Das Licht bewegte sich mit konstanter Geschwindigkeit.

Anders wäre es nicht zu erklären, dass den Berechnungen zufolge die Lichtgeschwindigkeit im hypothetischen Äther immer gleich war, unabhängig davon, wie schnell sich der Beobachter bewegte. Um die Ergebnisse der Forschung zu erklären, war jedoch ein „idealer“ Bezugsrahmen erforderlich. Und dies widersprach Galileis Postulat der Invarianz aller Trägheitsbezugssysteme.

Neue Theorie

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts begann eine ganze Galaxie von Wissenschaftlern, eine Theorie zu entwickeln, die die Ergebnisse der Untersuchung elektromagnetischer Schwingungen mit den Prinzipien der klassischen Mechanik in Einklang bringen würde.

Bei der Entwicklung der neuen Theorie wurde Folgendes berücksichtigt:

Bewegung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit verändert die Formel des zweiten Newtonschen Gesetzes, das Beschleunigung mit Kraft und Masse in Beziehung setzt;

Die Gleichung für den Impuls eines Körpers muss eine andere, komplexere Formel haben;

Die Lichtgeschwindigkeit blieb unabhängig vom gewählten Bezugssystem konstant.

Die Bemühungen von A. Poincaré, G. Lorentz und A. Einstein führten zur Schaffung der speziellen Relativitätstheorie, die alle Mängel in Einklang brachte und die bestehenden Beobachtungen erklärte.

Grundlegendes Konzept

Die Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie liegen in den Definitionen, mit denen diese Theorie arbeitet

1. Referenzsystem – ein materieller Körper, der als Ursprung des Referenzsystems und als Zeitkoordinate verwendet werden kann, während der der Beobachter die Bewegung von Objekten überwacht.

2. Ein Trägheitsbezugssystem ist ein Bezugssystem, das sich gleichmäßig und geradlinig bewegt.

3. Veranstaltung. Die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie betrachten ein Ereignis als einen im Raum lokalisierten physikalischen Prozess mit begrenzter Dauer. Die Koordinaten eines Objekts können im dreidimensionalen Raum als (x, y, z) und eine Zeitspanne t angegeben werden. Ein Standardbeispiel für einen solchen Prozess ist ein Lichtblitz.

Die spezielle Relativitätstheorie betrachtet Trägheitsbezugssysteme, bei denen sich das erste Bezugssystem mit konstanter Geschwindigkeit in die Nähe des zweiten bewegt. In diesem Fall ist die Suche nach Beziehungen zwischen Objektkoordinaten in diesen Inertialsystemen eine Priorität für SRT und gehört zu seinen Hauptaufgaben. Die spezielle Relativitätstheorie konnte dieses Problem mithilfe der Lorentz-Formeln lösen.

Postulate der SRT

Bei der Entwicklung der Theorie verwarf Einstein alle zahlreichen Annahmen, die zur Stützung der Äthertheorie notwendig waren. Einfachheit und mathematische Beweisbarkeit waren die beiden Säulen, auf denen seine spezielle Relativitätstheorie basierte. Kurz gesagt lassen sich seine Prämissen auf zwei Postulate reduzieren, die zur Schaffung neuer Gesetze notwendig waren:

1. Alle physikalischen Gesetze in Inertialsystemen werden gleichermaßen ausgeführt.
2. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant, sie hängt nicht vom Standort des Beobachters und seiner Geschwindigkeit ab.

Diese Postulate der speziellen Relativitätstheorie machten die Theorie des mythischen Äthers unbrauchbar. Anstelle dieser Substanz wurde das Konzept des vierdimensionalen Raums vorgeschlagen, der Zeit und Raum miteinander verbindet. Bei der Angabe der Position eines Körpers im Raum muss die vierte Koordinate – die Zeit – berücksichtigt werden. Diese Idee scheint eher künstlich zu sein, aber es sollte berücksichtigt werden, dass die Bestätigung dieser Sichtweise innerhalb der Grenzen der Geschwindigkeiten liegt, die der Lichtgeschwindigkeit entsprechen, und in der Alltagswelt erfüllen die Gesetze der klassischen Physik ihre Aufgabe perfekt. Galileis Relativitätsprinzip gilt für alle Inertial-Bezugssysteme: Wenn die Regel F = ma in CO k eingehalten wird, dann ist sie in einem anderen Bezugssystem k’ korrekt. In der klassischen Physik ist die Zeit eine bestimmte Größe, und ihr Wert ist unverändert und hängt nicht von der Bewegung der Trägheitsreferenz ab.

Umbauten zu Tankstellen

Kurz gesagt können die Koordinaten von Punkt und Zeit wie folgt bezeichnet werden:

x" = x - vt und t" = t.

Diese Formel ist in der klassischen Physik gegeben. Die spezielle Relativitätstheorie bietet diese Formel in einer komplizierteren Form.

In dieser Gleichung bezeichnen die Größen (x,x' y,y' z,z' t,t') die Koordinaten des Objekts und den Zeitablauf in den beobachteten Bezugssystemen, v ist die Geschwindigkeit des Objekts, und c ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Die Geschwindigkeiten von Objekten müssen in diesem Fall dem nicht standardmäßigen Galileischen entsprechen

Formel v= s/t und diese Lorentz-Transformation:

Wie man sieht, degenerieren diese Gleichungen bei einer vernachlässigbar geringen Geschwindigkeit des Körpers zu den bekannten Gleichungen der klassischen Physik. Nehmen wir das andere Extrem und setzen die Geschwindigkeit des Objekts gleich der Lichtgeschwindigkeit, dann erhalten wir in diesem Grenzfall immer noch c. Daraus schließt die spezielle Relativitätstheorie, dass sich kein einziger Körper in der beobachtbaren Welt mit einer Geschwindigkeit bewegen kann, die die Lichtgeschwindigkeit überschreitet.

Folgen von STO

Bei weiterer Betrachtung der Lorentz-Transformationen wird deutlich, dass bei Standardobjekten beginnen, nicht standardmäßige Dinge zu passieren. Die Folgen der speziellen Relativitätstheorie sind Änderungen der Länge eines Objekts und des Zeitablaufs. Wenn die Länge eines Segments in einem Referenzsystem gleich l ist, ergeben Beobachtungen von einem anderen Betriebssystem den folgenden Wert:

Es stellt sich also heraus, dass ein Beobachter aus dem zweiten Bezugssystem ein Segment sieht, das kürzer ist als das erste.

Erstaunliche Veränderungen wirkten sich auch auf eine Größe wie die Zeit aus. Die Gleichung für die t-Koordinate sieht folgendermaßen aus:

Wie Sie sehen, vergeht die Zeit im zweiten Bezugssystem langsamer als im ersten. Natürlich liefern beide Gleichungen nur bei Geschwindigkeiten, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar sind.

Einstein war der erste, der die Formel für die Zeitdilatation herleitete. Er schlug auch vor, das sogenannte „Zwillingsparadoxon“ zu lösen. Gemäß den Bedingungen dieses Problems gibt es Zwillingsbrüder, von denen einer auf der Erde blieb und der zweite mit einer Rakete ins All flog. Nach der oben genannten Formel altern Brüder unterschiedlich, da die Zeit für den reisenden Bruder langsamer vergeht. Dieses Paradox hat eine Lösung, wenn wir berücksichtigen, dass sich der zu Hause bleibende Bruder immer in einem trägen Bezugssystem befand und der unruhige Zwilling sich in einem nicht trägen Bezugssystem bewegte, das sich mit Beschleunigung bewegte.

Massenveränderung

Eine weitere Folge von STR ist die Änderung der Masse des beobachteten Objekts in verschiedenen FRs. Da alle physikalischen Gesetze in allen Trägheitsbezugssystemen gleich wirken, müssen die Grundgesetze der Erhaltung – Impuls, Energie und Drehimpuls – beachtet werden. Da aber die Geschwindigkeit für einen Beobachter in einem stationären CO größer ist als in einem bewegten, dann sollte sich nach dem Impulserhaltungssatz die Masse des Objekts um den Betrag ändern:

Im ersten Bezugssystem muss das Objekt eine größere Körpermasse haben als im zweiten.

Wenn wir die Geschwindigkeit des Körpers gleich der Lichtgeschwindigkeit nehmen, erhalten wir eine unerwartete Schlussfolgerung: Die Masse des Objekts erreicht einen unendlichen Wert. Natürlich hat jeder materielle Körper im beobachtbaren Universum seine eigene endliche Masse. Die Gleichung besagt lediglich, dass sich kein physisches Objekt mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann.

Masse/Energie-Beziehung

Wenn die Geschwindigkeit eines Objekts viel geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann die Gleichung für die Masse auf die Form reduziert werden:

Der Ausdruck m 0 c stellt eine bestimmte Eigenschaft eines Objekts dar, die nur von seiner Masse abhängt. Diese Größe wird Ruheenergie genannt. Die Summe der Energien von Ruhe und Bewegung lässt sich wie folgt schreiben:

mc 2 = m 0 c + E kin.

Daraus folgt, dass die Gesamtenergie eines Objekts durch die Formel ausgedrückt werden kann:

Die Einfachheit und Eleganz der Körperenergieformel gab Vollständigkeit,

wobei E die Gesamtenergie des Körpers ist.

Die Einfachheit und Eleganz von Einsteins berühmter Formel vervollständigte die spezielle Relativitätstheorie, machte sie in sich konsistent und erforderte nicht viele Annahmen. Damit erklärten die Forscher viele Widersprüche und gaben Impulse für die Erforschung neuer Naturphänomene.

Einsteins spezielle Relativitätstheorie (STR) erweitert die Grenzen der klassischen Newtonschen Physik, die im Bereich nichtrelativistischer Geschwindigkeiten operiert, die im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit c klein sind, auf beliebige, auch relativistische, d.h. vergleichbar mit c, Geschwindigkeiten. Alle Ergebnisse der relativistischen Theorie wandeln sich in Ergebnisse der klassischen nichtrelativistischen Physik um (Korrespondenzprinzip).

Postulate der SRT. Die spezielle Relativitätstheorie basiert auf zwei Postulaten:

Das erste Postulat (Einsteins Relativitätsprinzip): Alle physikalischen Gesetze – sowohl mechanische als auch elektromagnetische – haben in allen Inertialsystemen (IRS) die gleiche Form. Mit anderen Worten: Kein Experiment kann einen bestimmten Bezugsrahmen herausgreifen und ihn als ruhend bezeichnen. Dieses Postulat ist eine Erweiterung des Relativitätsprinzips von Galileo (siehe Abschnitt 1.3) auf elektromagnetische Prozesse.

Einsteins zweites Postulat: Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist für alle ISOs gleich und gleich c. Dieses Postulat enthält zwei Aussagen gleichzeitig:

a) die Lichtgeschwindigkeit hängt nicht von der Geschwindigkeit der Quelle ab,

b) Die Lichtgeschwindigkeit hängt nicht von der ISO ab, in der sich der Beobachter mit Instrumenten befindet, d.h. hängt nicht von der Geschwindigkeit des Empfängers ab.

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und ihre Unabhängigkeit von der Bewegung der Quelle ergeben sich aus Maxwells Gleichungen des elektromagnetischen Feldes. Es schien offensichtlich, dass eine solche Aussage nur in einem Bezugsrahmen wahr sein konnte. Aus der Sicht der klassischen Vorstellungen über Raumzeit muss jeder andere Beobachter, der sich mit Geschwindigkeit bewegt, Geschwindigkeit für einen entgegenkommenden Strahl und für einen nach vorne emittierten Strahl Geschwindigkeit erhalten. Ein solches Ergebnis würde bedeuten, dass die Maxwell-Gleichungen nur in einem ISO erfüllt sind, das mit einem stationären Äther gefüllt ist und relativ zu dem sich Lichtwellen ausbreiten. Der Versuch, eine Änderung der Lichtgeschwindigkeit im Zusammenhang mit der Bewegung der Erde relativ zum Äther festzustellen, ergab jedoch ein negatives Ergebnis (Michelson-Morley-Experiment). Einstein schlug vor, dass die Maxwell-Gleichungen, wie alle Gesetze der Physik, in allen ISOs die gleiche Form haben, d. h. dass die Lichtgeschwindigkeit in jedem ISO gleich c ist (zweites Postulat). Diese Annahme führte zu einer Revision der Grundkonzepte von Raum und Zeit.

Lorentz-Transformationen. Die Lorentz-Transformationen verbinden die Koordinaten und die Zeit eines Ereignisses, gemessen in zwei ISOs, von denen sich eines relativ zum anderen mit einer konstanten Geschwindigkeit V bewegt. Bei der gleichen Wahl der Koordinatenachsen und des Zeitbezugs wie bei den Galilei-Transformationen (Formel (7 )) haben die Lorentz-Transformationen folgende Ansicht:

Es ist oft praktisch, Transformationen für die Differenz zwischen den Koordinaten und Zeiten zweier Ereignisse zu verwenden:

Der Kürze halber wird hier die Notation eingeführt

Die Lorentz-Transformationen verwandeln sich bei in die Galilei-Transformationen. Sie leiten sich aus dem zweiten Postulat der SRT und aus der Forderung der Linearität der Transformationen ab, die die Bedingung der Homogenität des Raumes zum Ausdruck bringt. Rücktransformationen von zu K können aus (42), (43) erhalten werden, indem V durch -V ersetzt wird:

Längenreduzierung. Die Länge eines sich bewegenden Segments ist definiert als der Abstand zwischen den Punkten, an denen sich die Enden des Segments gleichzeitig befanden (d. h. Betrachten Sie einen starren Körper, der sich translatorisch mit Geschwindigkeit bewegt, und ordnen Sie ihm ein Referenzsystem zu. Aus Gleichung (43) (in der wir müssen sagen, wir erhalten, dass sich die Längsabmessungen der sich bewegenden Körper verkleinern:

wo ist die eigene Längsgröße, d.h. gemessen im Bezugssystem K, in dem der Körper bewegungslos ist. Die Querabmessungen eines bewegten Körpers ändern sich nicht.

Beispiel 1. Wenn sich ein Quadrat mit Geschwindigkeit entlang einer seiner Seiten bewegt, verwandelt es sich in ein Rechteck mit einem Winkel zwischen den Diagonalen gleich .

Relativität des Zeitablaufs. Aus den Lorentz-Transformationen geht hervor, dass die Zeit in verschiedenen ISOs unterschiedlich fließt. Insbesondere Ereignisse, die im System K gleichzeitig auftreten, aber

an verschiedenen Punkten im Raum, in K ist möglicherweise nicht gleichzeitig: Es kann sowohl positiv als auch negativ sein (die Relativität der Gleichzeitigkeit). Eine Uhr, die sich mit dem Referenzrahmen bewegt (d. h. relativ zu dieser ISO stationär ist oder die richtige Zeit dieser ISO anzeigt. Aus der Sicht eines Beobachters in Rahmen A hinken diese Uhren seinem eigenen hinterher (Zeitverlangsamung). Betrachtet man zwei Messwerte von a Wenn wir die Uhr als zwei Ereignisse bewegen, erhalten wir aus (45):

wo ist die Eigenzeit der sich bewegenden Uhr (genauer gesagt, die damit verbundene Gleichheit aller ISOs manifestiert sich darin, dass aus der Sicht des Beobachters K Uhren, die relativ zu stationär sind, hinter seiner eigenen zurückbleiben. (Beachten Sie, dass in der Reihenfolge Um eine sich bewegende Uhr zu steuern, verwendet ein stationärer Beobachter zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Uhren.) Das Zwillingsparadoxon besteht darin, dass SRT einen Altersunterschied zwischen zwei Zwillingen vorhersagt, von denen einer auf der Erde blieb und der andere in den Weltraum reiste (der Astronaut wird jünger sein); dies scheint die Gleichheit ihrer Bezugsrahmen zu verletzen. Tatsächlich befand sich nur der irdische Zwilling die ganze Zeit über in derselben ISO, während der Astronaut die ISO änderte, um zur Erde (seinem eigenen Bezugsrahmen) zurückzukehren Referenz ist nicht träge).

Beispiel 2. Durchschnittliche Eigenlebensdauer eines instabilen Myons, d.h. Aufgrund des Effekts der Zeitdilatation lebt ein kosmisches Myon, das mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit (7 1) fliegt, aus der Sicht eines irdischen Beobachters im Durchschnitt und fliegt von seinem Geburtsort in der oberen Atmosphäre eine Entfernung von die Größenordnung, die eine Aufzeichnung auf der Erdoberfläche ermöglicht.

Hinzufügung von Geschwindigkeiten in der Tankstelle. Wenn sich ein Teilchen mit einer Geschwindigkeit relativ zu bewegt, kann seine Geschwindigkeit relativ zu K ermittelt werden, indem man aus (45) ausdrückt und in einsetzt

Bei c erfolgt ein Übergang zum nichtrelativistischen Gesetz der Addition von Geschwindigkeiten (Formel). Eine wichtige Eigenschaft der Formel (48) ist, dass wenn V und kleiner als c ist, es auch kleiner als c sein wird. Zum Beispiel wenn Wir beschleunigen ein Teilchen auf und bewegen uns dann zu seinem Bezugssystem. Beschleunigen wir es erneut, bis sich herausstellt, dass die resultierende Geschwindigkeit nein ist. Es ist ersichtlich, dass es nicht möglich ist, die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten. Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximal mögliche Geschwindigkeit der Übertragung von Wechselwirkungen in der Natur.

Intervall. Kausalität. Lorentz-Transformationen bewahren weder den Wert des Zeitintervalls noch die Länge des räumlichen Segments. Es kann jedoch gezeigt werden, dass unter Lorentz-Transformationen die Größe

wobei das Intervall zwischen den Ereignissen 1 und 2 genannt wird. Wenn dann das Intervall zwischen Ereignissen als zeitartig bezeichnet wird, da es in diesem Fall eine ISO gibt, in der d.h. Veranstaltungen finden an einem Ort, aber zu unterschiedlichen Zeiten statt. Solche Ereignisse können kausal zusammenhängen. Wenn im Gegenteil, dann wird das Intervall zwischen Ereignissen als raumartig bezeichnet, da es in diesem Fall eine ISO gibt, in der, d.h. Ereignisse ereignen sich gleichzeitig an verschiedenen Punkten im Raum. Zwischen solchen Ereignissen kann kein kausaler Zusammenhang bestehen. Die Bedingung bedeutet, dass ein Lichtstrahl, der zum Zeitpunkt eines früheren Ereignisses (z. B. von einem Punkt) emittiert wird, zu diesem Zeitpunkt keine Zeit hat, den Punkt zu erreichen. Ereignisse, die durch ein zeitähnliches Intervall von Ereignis 1 getrennt sind, stellen in dar Da es sich dabei entweder um die absolute Vergangenheit oder die absolute Zukunft handelt, ist die Abfolge dieser Ereignisse in allen ISOs gleich. Die Abfolge der durch ein raumartiges Intervall getrennten Ereignisse kann in verschiedenen ISOs unterschiedlich sein.

Lorentz 4-Vektoren. Vier Größen, die beim Übergang vom System K zum System K auf die gleiche Weise transformiert werden wie z.B. (siehe (42)):

wird als vierdimensionaler Lorentz-Vektor (oder kurz Lorentz-Vektor) bezeichnet. Die Größen werden als räumliche Komponenten des Vektors und als seine Zeitkomponente bezeichnet. Die Summe zweier -Vektoren und das Produkt eines -Vektors und einer Zahl sind ebenfalls -Vektoren. Beim Ändern der ISO bleibt ein dem Intervall ähnlicher Wert erhalten: sowie das Skalarprodukt. Physikalische Gleichheit, geschrieben als Gleichheit zweier -Vektoren, bleibt in allen ISOs wahr.

Schwung und Energie in Tankstellen. Die Geschwindigkeitskomponenten transformieren sich anders als die 4-Vektor-Komponenten (vergleiche Gleichungen (48) und (50)), da sowohl der Zähler als auch der Nenner im Ausdruck transformiert werden. Daher kann der Wert, der der klassischen Definition des Impulses entspricht, nicht erhalten bleiben

alle ISOs. Der relativistische Impulsvektor ist definiert als

Wo ist die unendlich kleine Änderung der Eigenzeit des Teilchens (siehe (47)), d. h. gemessen in einer ISO, deren Geschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des Teilchens zu einem bestimmten Zeitpunkt ist, hängt nicht davon ab, von welcher ISO aus wir das Teilchen beobachten.) Die räumlichen Komponenten des -Vektors bilden den relativistischen Impuls

und es stellt sich heraus, dass die Zeitkomponente gleich ist, wobei E die relativistische Energie des Teilchens ist:

Relativistische Energie umfasst alle Arten innerer Energie.

Beispiel 3. Lassen Sie die Energie eines ruhenden Körpers um zunehmen. Finden Sie den Impuls dieses Körpers in einem Referenzrahmen, der sich mit Geschwindigkeit bewegt.

Lösung. Gemäß den relativistischen Transformationsformeln (54) ist der Impuls gleich Es ist ersichtlich, dass die Massenzunahme der Formel (58) entspricht.

Grundgesetz der relativistischen Dynamik. Die auf das Teilchen ausgeübte Kraft entspricht, wie in der klassischen Mechanik, der Ableitung des Impulses:

aber der relativistische Impuls (51) unterscheidet sich vom klassischen. Unter Einwirkung einer ausgeübten Kraft kann der Impuls unbegrenzt zunehmen, aus Definition (51) geht jedoch klar hervor, dass die Geschwindigkeit kleiner als c sein wird. Kraftarbeit (59)

gleich der Änderung der relativistischen Energie. Hier wurden die Formeln (siehe (56)) und verwendet.

Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein seine spezielle Relativitätstheorie (STR), in der erklärt wurde, wie Bewegungen zwischen verschiedenen Trägheitsreferenzsystemen zu interpretieren sind – vereinfacht gesagt, Objekten, die sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen.

Einstein erklärte, dass man, wenn sich zwei Objekte mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, ihre Bewegung relativ zueinander berücksichtigen sollte, anstatt eines von ihnen als absoluten Bezugsrahmen zu nehmen.

Wenn also zwei Astronauten, Sie und beispielsweise Herman, auf zwei Raumschiffen fliegen und Ihre Beobachtungen vergleichen möchten, müssen Sie nur Ihre Geschwindigkeit im Verhältnis zueinander wissen.

Die spezielle Relativitätstheorie berücksichtigt nur einen Sonderfall (daher der Name), bei dem die Bewegung geradlinig und gleichmäßig ist. Wenn ein materieller Körper beschleunigt oder sich zur Seite dreht, gelten die Gesetze der STR nicht mehr. Dann tritt die Allgemeine Relativitätstheorie (GTR) in Kraft, die die Bewegungen materieller Körper im allgemeinen Fall erklärt.

Einsteins Theorie basiert auf zwei Hauptprinzipien:

1. Das Relativitätsprinzip: Physikalische Gesetze bleiben auch für Körper erhalten, die träge Bezugssysteme sind, sich also mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen.

2. Lichtgeschwindigkeitsprinzip: Die Lichtgeschwindigkeit bleibt für alle Beobachter gleich, unabhängig von ihrer Geschwindigkeit relativ zur Lichtquelle. (Physiker bezeichnen die Lichtgeschwindigkeit als c).

Einer der Gründe für Albert Einsteins Erfolg ist, dass er experimentelle Daten höher schätzte als theoretische Daten. Als eine Reihe von Experimenten Ergebnisse lieferten, die der allgemein anerkannten Theorie widersprachen, entschieden viele Physiker, dass diese Experimente falsch waren.

Albert Einstein war einer der ersten, der beschloss, eine neue Theorie auf der Grundlage neuer experimenteller Daten zu entwickeln.

Ende des 19. Jahrhunderts waren Physiker auf der Suche nach dem geheimnisvollen Äther – einem Medium, in dem sich nach allgemein anerkannten Annahmen Lichtwellen ausbreiten sollten, wie akustische Wellen, für deren Ausbreitung Luft oder ein anderes Medium – Feststoff, erforderlich ist. flüssig oder gasförmig. Der Glaube an die Existenz des Äthers führte zu der Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit abhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters im Verhältnis zum Äther variieren sollte.

Albert Einstein gab das Konzept des Äthers auf und ging davon aus, dass alle physikalischen Gesetze, einschließlich der Lichtgeschwindigkeit, unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters unverändert bleiben – wie Experimente zeigten.

Homogenität von Raum und Zeit

Einsteins SRT postuliert einen grundlegenden Zusammenhang zwischen Raum und Zeit. Wie wir wissen, hat das materielle Universum drei räumliche Dimensionen: oben-unten, rechts-links und vorwärts-rückwärts. Hinzu kommt eine weitere Dimension – die Zeit. Zusammen bilden diese vier Dimensionen das Raum-Zeit-Kontinuum.

Wenn Sie sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, unterscheiden sich Ihre Beobachtungen von Raum und Zeit von denen anderer Menschen, die sich mit langsamerer Geschwindigkeit bewegen.

Das Bild unten ist ein Gedankenexperiment, das Ihnen helfen wird, diese Idee zu verstehen. Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Raumschiff, in Ihren Händen halten Sie einen Laser, mit dem Sie Lichtstrahlen an die Decke senden, an der ein Spiegel montiert ist. Das reflektierte Licht fällt auf den Detektor, der es registriert.

Von oben schickte man einen Lichtstrahl an die Decke, dieser wurde reflektiert und fiel senkrecht auf den Detektor. Unten – Bei Herman bewegt sich Ihr Lichtstrahl diagonal zur Decke und dann diagonal zum Detektor

Nehmen wir an, Ihr Schiff bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit, die der halben Lichtgeschwindigkeit (0,5 c) entspricht. Laut Einsteins SRT spielt das für Sie keine Rolle; Sie nehmen Ihre Bewegung nicht einmal wahr.

Allerdings wird Herman, der Sie von einem ruhenden Raumschiff aus beobachtet, ein völlig anderes Bild sehen. Aus seiner Sicht gelangt ein Lichtstrahl schräg zum Spiegel an der Decke, wird von diesem reflektiert und fällt schräg auf den Detektor.

Mit anderen Worten: Der Weg des Lichtstrahls wird für Sie und für Herman anders aussehen und seine Länge wird unterschiedlich sein. Daher erscheint Ihnen die Zeit, die der Laserstrahl benötigt, um die Distanz zum Spiegel und zum Detektor zurückzulegen, unterschiedlich.

Dieses Phänomen nennt man Zeitdilatation: Die Zeit auf einem Raumschiff, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, verläuft aus der Sicht eines Beobachters auf der Erde viel langsamer.

Dieses und viele andere Beispiele verdeutlichen deutlich die untrennbare Verbindung zwischen Raum und Zeit. Dieser Zusammenhang wird für den Beobachter erst dann deutlich, wenn es sich um hohe Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit handelt.

Experimente, die seit Einsteins Veröffentlichung seiner großen Theorie durchgeführt wurden, haben bestätigt, dass Raum und Zeit je nach Geschwindigkeit der Objekte tatsächlich unterschiedlich wahrgenommen werden.

Masse und Energie vereinen

Nach der Theorie des großen Physikers nimmt auch seine Masse zu, wenn die Geschwindigkeit eines materiellen Körpers zunimmt und sich der Lichtgeschwindigkeit nähert. Diese. Je schneller sich ein Gegenstand bewegt, desto schwerer wird er. Wird die Lichtgeschwindigkeit erreicht, werden sowohl die Masse des Körpers als auch seine Energie unendlich. Je schwerer der Körper, desto schwieriger ist es, seine Geschwindigkeit zu steigern; Die Beschleunigung eines Körpers mit unendlicher Masse erfordert unendlich viel Energie, sodass materielle Objekte nicht die Lichtgeschwindigkeit erreichen können.

Vor Einstein wurden die Konzepte Masse und Energie in der Physik getrennt betrachtet. Der brillante Wissenschaftler bewies, dass der Massenerhaltungssatz sowie der Energieerhaltungssatz Teile des allgemeineren Massenenergiegesetzes sind.

Dank der grundlegenden Verbindung dieser beiden Konzepte kann Materie in Energie umgewandelt werden und umgekehrt – Energie in Materie.

Der Inhalt des Artikels

RELATIVITÄTSSPEZIALTHEORIE – moderne Raum- und Zeittheorie, die in ihrer allgemeinsten Form einen Zusammenhang zwischen Ereignissen in der Raumzeit herstellt und die Form der Aufzeichnung physikalischer Gesetze bestimmt, die sich beim Übergang von einem Trägheitsbezugssystem zu einem anderen nicht ändert. Der Schlüssel zur Theorie ist ein neues Verständnis des Konzepts der Gleichzeitigkeit von Ereignissen, formuliert im bahnbrechenden Werk von A. Einstein Zur Elektrodynamik bewegter Medien(1905) und basiert auf dem Postulat der Existenz einer maximalen S– der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Die spezielle Relativitätstheorie verallgemeinert die Ideen der klassischen Galileo-Newton-Mechanik auf den Fall von Körpern, die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Streitigkeiten über den Rundfunk.

Seitdem die Wellennatur des Lichts festgestellt wurde, sind sich Physiker sicher, dass es ein Medium (man nannte es Äther) geben muss, in dem sich Lichtwellen ausbreiten. Dieser Standpunkt wurde durch alle Erfahrungen der klassischen Physik, Beispiele für akustische Wellen, Wellen auf der Wasseroberfläche usw. bestätigt. Als J.C. Maxwell bewies, dass es elektromagnetische Wellen geben muss, die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den leeren Raum bewegen C Er hatte keinen Zweifel daran, dass sich diese Wellen in einem Medium ausbreiten mussten. G. Hertz, der als erster die Strahlung elektromagnetischer Wellen registrierte, vertrat den gleichen Standpunkt. Da sich herausstellte, dass elektromagnetische Wellen transversal sind (dies ergibt sich aus den Maxwell-Gleichungen), musste Maxwell ein ausgeklügeltes mechanisches Modell eines Mediums konstruieren, in dem sich transversale Wellen ausbreiten konnten (dies ist nur in sehr elastischen Festkörpern möglich) und das sich gleichzeitig ausbreiten würde vollständig durchlässig sein und die Bewegung von Körpern dadurch nicht beeinträchtigen. Diese beiden Anforderungen widersprechen einander, aber bis zu Beginn dieses Jahrhunderts war es nicht möglich, eine vernünftigere Theorie der Lichtausbreitung im Vakuum aufzustellen.

Die Hypothese über die Existenz des Äthers bringt eine Reihe offensichtlicher Konsequenzen mit sich. Die einfachste davon: Wenn sich der Empfänger einer Lichtwelle mit einer Geschwindigkeit auf die Quelle zubewegt v relativ zum Äther, dann sollte nach den Gesetzen der klassischen Physik die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Empfänger gleich der Lichtgeschwindigkeit relativ zum Äther (die natürlich als konstant angesehen wird) plus der Geschwindigkeit des Empfängers relativ zum Äther sein Äther (Galileis Gesetz der Geschwindigkeitsaddition): Mitў = C + v. Ebenso, wenn sich die Quelle mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt v in Richtung des Empfängers, dann sollte die relative Lichtgeschwindigkeit gleich sein Mitў = C - v. Wenn also der Äther existiert, dann gibt es einen bestimmten absoluten Bezugsrahmen, relativ zu dem (und nur relativ dazu) die Lichtgeschwindigkeit gleich ist Mit und in allen anderen Bezugssystemen, die sich gleichmäßig relativ zum Äther bewegen, ist die Lichtgeschwindigkeit nicht gleich Mit. Ob das stimmt oder nicht, kann nur mit Hilfe eines direkten Experiments entschieden werden, das darin besteht, die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Referenzsystemen zu messen. Es ist klar, dass es notwendig ist, solche Referenzsysteme zu finden, die sich mit maximaler Geschwindigkeit bewegen, zumal nachgewiesen werden kann, dass alle beobachteten Auswirkungen auf die Abweichung der Lichtgeschwindigkeit vom Wert zurückzuführen sind Mit, verbunden mit der Bewegung eines Bezugssystems relativ zu einem anderen, muss in der Größenordnung liegen v 2/C 2. Ein geeignetes Objekt scheint die Erde zu sein, die sich mit linearer Geschwindigkeit um die Sonne dreht v~ 10 4 m/s, daher sollten die Korrekturen in der Größenordnung von ( v/C) 2 ~ 10 –8 . Dieser Wert scheint extrem gering zu sein, aber A. Michelson hat es geschafft, ein Gerät zu entwickeln – das Michelson-Interferometer, das solche Abweichungen aufzeichnen konnte.

Im Jahr 1887 maß A. Michelson zusammen mit seinem Kollegen Yu. Morley die Lichtgeschwindigkeit in einem bewegten Bezugssystem. Der Erfahrungsgedanke erinnert an die Messung der Zeit, die ein Schwimmer damit verbringt, einen Fluss quer zur Strömung und zurück zu überqueren und die gleiche Strecke entlang und gegen die Strömung zu schwimmen. Die Antwort war verblüffend: Die Bewegung des Bezugssystems relativ zum Äther hat keinen Einfluss auf die Lichtgeschwindigkeit.

Generell lassen sich daraus zwei Schlussfolgerungen ziehen. Vielleicht existiert der Äther, aber wenn sich Körper durch ihn bewegen, wird er von den sich bewegenden Körpern vollständig mitgerissen, sodass die Geschwindigkeit der Körper im Verhältnis zum Äther Null ist. Diese Entrainment-Hypothese wurde in den Experimenten von Fizeau und Michelson selbst experimentell überprüft und erwies sich als widersprüchlich zum Experiment. John Bernal bezeichnete das berühmte Michelson-Morley-Experiment als das herausragendste negative Experiment in der Geschichte der Wissenschaft. Die zweite Möglichkeit blieb bestehen: Es existiert kein Äther, der experimentell nachgewiesen werden konnte, mit anderen Worten, es gibt keinen ausgeprägten absoluten Bezugsrahmen, in dem die Lichtgeschwindigkeit gleich ist Mit; im Gegenteil, diese Geschwindigkeit ist in allen Inertialsystemen gleich. Dieser Standpunkt wurde zur Grundlage der neuen Theorie.

Die spezielle (partikuläre) Relativitätstheorie (STR), die alle mit dem Problem der Existenz des Äthers verbundenen Widersprüche erfolgreich löste, wurde 1905 von A. Einstein geschaffen. Einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der SRT leistete H.A. Lorenz, A. Poincaré und G. Minkowski.

Die spezielle Relativitätstheorie hatte einen revolutionären Einfluss auf die Physik und markierte das Ende der klassischen Entwicklungsstufe dieser Wissenschaft und den Übergang zur modernen Physik des 20. Jahrhunderts. Erstens hat die spezielle Relativitätstheorie die vor ihrer Entstehung bestehenden Ansichten über Raum und Zeit völlig verändert und die untrennbare Verbindung dieser Konzepte gezeigt. Im Rahmen der SRT wurde erstmals das Konzept der Gleichzeitigkeit von Ereignissen klar formuliert und die Relativität dieses Konzepts sowie seine Abhängigkeit von der Wahl eines bestimmten Bezugssystems aufgezeigt. Zweitens löste STR alle mit der Hypothese der Existenz des Äthers verbundenen Probleme vollständig und ermöglichte die Formulierung eines harmonischen und konsistenten Gleichungssystems der klassischen Physik, das die Newtonschen Gleichungen ersetzte. Drittens wurde STR zur Grundlage für die Konstruktion grundlegender Theorien der Wechselwirkungen von Elementarteilchen, vor allem der Quantenelektrodynamik. Die Genauigkeit experimentell verifizierter Vorhersagen der Quantenelektrodynamik beträgt 10–12, was die Genauigkeit charakterisiert, mit der wir über die Gültigkeit der SRT sprechen können.

Viertens ist die SRT zur Grundlage für die Berechnung der Energiefreisetzung bei Kernzerfall- und Fusionsreaktionen geworden, d. h. die Grundlage für die Schaffung von Kernkraftwerken und Atomwaffen. Schließlich basieren die Analyse der von Teilchenbeschleunigern gewonnenen Daten sowie das Design der Beschleuniger selbst auf SRT-Formeln. In diesem Sinne ist SRT längst zu einer Ingenieursdisziplin geworden.

Vierdimensionale Welt.

Der Mensch existiert nicht in einer dreidimensionalen Raumwelt, sondern in einer vierdimensionalen Ereigniswelt (unter einem Ereignis versteht man ein physikalisches Phänomen an einem bestimmten Punkt im Raum zu einem bestimmten Zeitpunkt). Ein Ereignis wird durch die Angabe von drei Raumkoordinaten und einer Zeitkoordinate charakterisiert. Somit hat jedes Ereignis vier Koordinaten: ( T; X, j, z). Hier X, j, z– Raumkoordinaten (zum Beispiel kartesisch). Um die Koordinaten eines Ereignisses zu bestimmen, sollten Sie Folgendes festlegen (oder festlegen können): 1) den Ursprung der Koordinaten; 2) ein unendliches starres Gitter aus zueinander senkrechten Stäben mit einer Längeneinheit, das den gesamten Raum ausfüllt; Darüber hinaus sollten Sie: 3) an jedem Gitterknoten eine identische Uhr platzieren (d. h. ein Gerät, das in der Lage ist, gleiche Zeiträume zu zählen; das konkrete Gerät spielt keine Rolle); 4) Uhren synchronisieren. Dann hat jeder Punkt im Raum, der sich in der Nähe eines Gitterknotens befindet, als räumliche Koordinaten die Anzahl der Knoten entlang jeder der Achsen vom Ursprung und eine Zeitkoordinate, die den Uhrenständen am nächstgelegenen Knoten entspricht. Alle Punkte mit vier Koordinaten füllen einen vierdimensionalen Raum namens Raumzeit. Die Schlüsselfrage für die Physik ist die Frage nach Geometrie diesen Raum.

Um Ereignisse in der Raumzeit zu beschreiben, ist es praktisch, Raum-Zeit-Diagramme zu verwenden, die die Abfolge von Ereignissen für einen bestimmten Körper darstellen. Beschränken wir uns (zur Veranschaulichung) auf zweidimensionale ( X,T)-Raum, dann sieht ein typisches Raum-Zeit-Diagramm von Ereignissen in der klassischen Physik wie in Abb. 1.

Horizontale Achse X entspricht allen drei Raumkoordinaten ( X, j, z), vertikal – Zeit T, und die Richtung von der „Vergangenheit“ zur „Zukunft“ entspricht der Bewegung von unten nach oben entlang der Achse T.

Jeder Punkt auf einer horizontalen Linie, der eine Achse schneidet T unter Null entspricht der Position eines Objekts im Raum zu einem bestimmten Zeitpunkt (in der Vergangenheit relativ zu einem willkürlich gewählten Zeitpunkt). T= 0). Also, in Abb. 1 Leiche befand sich an der Stelle A Jeweils 1 Leerzeichen T 1. Punkte einer horizontalen Linie, die mit der Achse zusammenfällt X, stellen die räumliche Position von Körpern zu einem bestimmten Zeitpunkt dar T= 0 (Punkt A 0). Eine über der Achse gezeichnete gerade Linie X, entspricht der Position von Körpern in der Zukunft (Punkt A 2 – die Position, die der Körper zum jeweiligen Zeitpunkt einnehmen wird T 2). Wenn Sie die Punkte verbinden A 1, A 0, A 2, Sie erhalten eine Weltlinie Körper. Offensichtlich ändert sich die Position des Körpers im Raum nicht (die Raumkoordinaten bleiben konstant), daher stellt diese Weltlinie einen ruhenden Körper dar.

Wenn die Weltlinie gerade ist, in einem bestimmten Winkel geneigt (gerade). IN 1IN 0IN 2 in Abb. 1) bedeutet dies, dass sich der Körper mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Je kleiner der Winkel zwischen der Weltlinie und der horizontalen Ebene ist, desto größer ist die Geschwindigkeit des Körpers. Im Rahmen der klassischen Physik kann die Neigung der Weltlinie beliebig sein, da die Geschwindigkeit eines Körpers durch nichts begrenzt ist.

Diese Aussage über das Fehlen einer Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit von Körpern ist implizit in der Newtonschen Mechanik enthalten. Es ermöglicht uns, dem Konzept der Gleichzeitigkeit von Ereignissen einen Sinn zu geben, ohne auf einen bestimmten Beobachter Bezug zu nehmen. Tatsächlich bewegen sie sich von jedem Punkt aus mit endlicher Geschwindigkeit MIT 0 auf einer Fläche gleicher Zeit kann man zu einem Punkt gelangen MIT 1, entspricht einer späteren Zeit. Ab einem früheren Zeitpunkt möglich MIT 2 Kommen Sie auf den Punkt MIT 0. Es ist jedoch unmöglich, sich mit endlicher Geschwindigkeit vom Punkt zu bewegen MIT 0 zu beliebigen Punkten A, IN,...auf der gleichen Oberfläche. Alle Ereignisse auf dieser Oberfläche erfolgen gleichzeitig (Abb. 2). Man kann es auch anders formulieren. An jedem Punkt im dreidimensionalen Raum soll es identische Uhren geben. Fähigkeit, Signale zu übertragen Mit Unendlich hohe Geschwindigkeit bedeutet, dass es möglich ist, alle Uhren gleichzeitig zu synchronisieren, egal wie weit sie voneinander entfernt sind und egal wie schnell sie sich bewegen (tatsächlich erreicht das genaue Zeitsignal alle Uhren sofort). Mit anderen Worten: Im Rahmen der klassischen Mechanik hängt der Gang einer Uhr nicht davon ab, ob sie sich bewegt oder nicht.

Das Konzept der Gleichzeitigkeit von Ereignissen nach Einstein.

Im Rahmen der Newtonschen Mechanik liegen alle gleichzeitigen Ereignisse in der „Ebene“ der festen Zeit T, den dreidimensionalen Raum vollständig einnehmend (Abb. 2). Geometrische Beziehungen zwischen Punkten im dreidimensionalen Raum gehorchen den Gesetzen der gewöhnlichen euklidischen Geometrie. Somit wird die Raumzeit der klassischen Mechanik in voneinander unabhängige Raum und Zeit unterteilt.

Der Schlüssel zum Verständnis der Grundlagen von STR liegt darin, dass man sich die Raumzeit nicht als unabhängig voneinander vorstellen kann. Der Gang der Uhren an verschiedenen Punkten einer Raumzeit ist unterschiedlich und hängt von der Geschwindigkeit des Beobachters ab. Diese erstaunliche Tatsache beruht auf der Tatsache, dass sich Signale nicht mit unendlicher Geschwindigkeit ausbreiten können (keine Funktion auf Distanz).

Das folgende Gedankenexperiment ermöglicht es uns, die Bedeutung des Begriffs der Gleichzeitigkeit besser zu verstehen. Nehmen wir an, dass sich an zwei gegenüberliegenden Wänden eines Zuges ein Waggon mit konstanter Geschwindigkeit bewegt v, wurden gleichzeitig Lichtblitze erzeugt. Für einen Beobachter, der sich in der Mitte des Autos befindet, treffen die Lichtblitze der Quellen gleichzeitig ein. Aus der Sicht eines externen Beobachters, der auf der Plattform steht, kommt ein Blitz früher von der Quelle, die sich dem Beobachter nähert. Alle diese Überlegungen implizieren, dass sich Licht mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet.

Verzichtet man also auf Fernwirkung, also auf die Möglichkeit, Signale mit unendlich hoher Geschwindigkeit zu übertragen, dann wird das Konzept der Gleichzeitigkeit von Ereignissen relativ, abhängig vom Beobachter. Dieser Wandel in der Sichtweise der Gleichzeitigkeit ist der grundlegendste Unterschied zwischen STR und der vorrelativistischen Physik.

Um das Konzept der Gleichzeitigkeit und Synchronisation von Uhren an verschiedenen räumlichen Punkten zu definieren, schlug Einstein das folgende Verfahren vor. Lassen Sie vom Punkt A Im Vakuum wird ein sehr kurzes Lichtsignal gesendet; Beim Senden eines Signals steht die Uhr auf dem Punkt A Show Time T 1 . Das Signal kommt am Punkt an IN in dem Moment, in dem die Uhr auf dem Punkt ist IN Show Time T". Nach Überlegung an einem Punkt IN Das Signal kehrt zum Punkt zurück A, so dass im Moment die Uhr ankommt A Show Time T 2. Per Definition Stunden in A Und IN synchronisiert, wenn am Punkt IN Die Uhr ist so eingestellt T" = (T 1 + T 2)/2.

Postulate der speziellen Relativitätstheorie.

1. Das erste Postulat ist das Relativitätsprinzip, das besagt, dass man von allen denkbaren Bewegungen von Körpern (ohne Bezug auf die Bewegung anderer Körper) eine bestimmte Klasse von Bewegungen unterscheiden kann, die unbeschleunigt oder träge genannt werden. Die mit diesen Bewegungen verbundenen Referenzsysteme werden als Trägheitsreferenzsysteme bezeichnet. In der Klasse der Inertialsysteme gibt es keine Möglichkeit, ein bewegtes System von einem stationären zu unterscheiden. Der physikalische Inhalt des ersten Newtonschen Gesetzes ist eine Aussage über die Existenz von Trägheitsbezugssystemen.

Wenn es ein Inertialsystem gibt, bedeutet dies, dass es unendlich viele davon gibt. Jedes Bezugssystem, das sich relativ zum ersten mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ist ebenfalls träge.

Das Relativitätsprinzip besagt, dass alle Gleichungen aller physikalischen Gesetze in allen Inertialsystemen die gleiche Form haben, d. h. Physikalische Gesetze sind in Bezug auf den Übergang von einem Trägheitsbezugssystem zu einem anderen unveränderlich. Es ist wichtig festzustellen, welche Formeln die Transformation von Koordinaten und Zeit eines Ereignisses während eines solchen Übergangs bestimmen.

In der klassischen Newtonschen Physik ist das zweite Postulat eine implizite Aussage über die Möglichkeit, dass sich Signale mit unendlich hoher Geschwindigkeit ausbreiten. Dies führt zur Möglichkeit der gleichzeitigen Synchronisation aller Uhren im Raum und zur Unabhängigkeit der Uhr von der Geschwindigkeit ihrer Bewegung. Mit anderen Worten: Beim Übergang von einem Inertialsystem zu einem anderen ändert sich die Zeit nicht: Tў = T. Dann werden die Formeln zur Koordinatentransformation beim Übergang von einem Inertialbezugssystem zu einem anderen (Galiläische Transformationen) offensichtlich:

Xў = X – vt, jў = j, zў = z, Tў = T.

Die Gleichungen, die die Gesetze der klassischen Mechanik ausdrücken, sind unter galiläischen Transformationen invariant, d. h. ändern ihre Form nicht, wenn sie von einem Trägheitsbezugssystem zu einem anderen wechseln.

In der speziellen Relativitätstheorie gilt das Relativitätsprinzip für alle physikalischen Phänomene und kann wie folgt ausgedrückt werden: Keine Experimente (mechanisch, elektrisch, optisch, thermisch usw.) ermöglichen es, ein Trägheitsbezugssystem von einem anderen zu unterscheiden. d.h. Es gibt keine absolute (beobachterunabhängige) Möglichkeit, die Geschwindigkeit eines Trägheitsreferenzsystems zu ermitteln.

2. Das zweite Postulat der klassischen Mechanik über die unbegrenzte Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen oder die Bewegung von Körpern wird in STR durch das Postulat über die Existenz einer begrenzten Ausbreitungsgeschwindigkeit physikalischer Signale ersetzt, die numerisch gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht ist im Vakuum

Mit= 2,99792458·10 8 m/s.

Genauer gesagt postuliert die STR die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit der Quelle oder des Empfängers dieses Lichts. Danach lässt sich das beweisen Mit ist die maximal mögliche Geschwindigkeit der Signalausbreitung, und diese Geschwindigkeit ist in allen Trägheitsreferenzsystemen gleich.

Wie werden Raum-Zeit-Diagramme jetzt aussehen? Um dies zu verstehen, sollten wir uns der Gleichung zuwenden, die die Ausbreitung der Front einer kugelförmigen Lichtwelle im Vakuum beschreibt. Lass den Moment herein T= 0 es gab einen Lichtblitz von einer Quelle am Ursprung ( X, j, z) = 0. Zu jedem späteren Zeitpunkt T> 0 ist die Vorderseite der Lichtwelle eine Kugel mit einem Radius l = ct, sich gleichmäßig in alle Richtungen ausdehnend. Die Gleichung einer solchen Kugel im dreidimensionalen Raum hat die Form:

X 2 + j 2 + z 2 = C 2T 2 .

Im Raum-Zeit-Diagramm wird die Weltlinie der Lichtwelle als gerade Linien dargestellt, die in einem Winkel von 45° zur Achse geneigt sind X. Wenn wir berücksichtigen, dass die Koordinate X Entspricht das Diagramm tatsächlich der Menge aller drei Raumkoordinaten, so definiert die Gleichung der Lichtwellenfront eine bestimmte Fläche im vierdimensionalen Ereignisraum, die üblicherweise als Lichtkegel bezeichnet wird.

Jeder Punkt im Raum-Zeit-Diagramm ist ein Ereignis, das zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort stattgefunden hat. Lassen Sie den Punkt UM in Abb. 3 entspricht einem Ereignis. In Bezug auf dieses Ereignis werden alle anderen Ereignisse (alle anderen Punkte im Diagramm) in drei Bereiche unterteilt, die üblicherweise als Vergangenheits- und Zukunftskegel und als raumähnlicher Bereich bezeichnet werden. Alle Ereignisse innerhalb des Kegels der Vergangenheit (z. B. das Ereignis A im Diagramm) treten zu solchen Zeitpunkten und in einer solchen Entfernung auf UM damit Sie den Punkt erreichen UM, sich mit einer Geschwindigkeit bewegend, die die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreitet (aus geometrischen Überlegungen ist klar, dass wenn v > C, dann die Neigung der Weltlinie zur Achse X nimmt ab, d. h. der Neigungswinkel wird kleiner als 45°; und umgekehrt, wenn v c, dann der Neigungswinkel zur Achse X wird mehr als 45°). Ebenso die Veranstaltung IN liegt im Kegel der Zukunft, da dieser Punkt durch schnelle Bewegung erreicht werden kann v C.

Eine andere Situation bei Ereignissen in einer raumähnlichen Region (z. B. dem Ereignis MIT). Für diese Ereignisse ist die Beziehung zwischen der räumlichen Entfernung zum Punkt UM und die Zeit ist so groß, dass man dorthin kommt UM ist nur möglich, wenn man sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt (die gestrichelte Linie im Diagramm stellt die Weltlinie einer solchen verbotenen Bewegung dar; man erkennt, dass die Neigung dieser Weltlinie zur x-Achse weniger als 45° beträgt, d. h. v > C).

Daher werden alle Ereignisse in Bezug auf ein bestimmtes Ereignis in zwei nicht äquivalente Klassen eingeteilt: diejenigen, die innerhalb des Lichtkegels liegen, und diejenigen, die außerhalb davon liegen. Die ersten Ereignisse können durch reale Körper realisiert werden, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen v c, der zweite - nein.

Lorentz-Transformationen.

Die Formel, die die Ausbreitung der Front einer kugelförmigen Lichtwelle beschreibt, kann wie folgt umgeschrieben werden:

C 2T 2 – X 2 – j 2 – z 2 = 0.

Lassen S 2 = C 2T 2 – X 2 – j 2 – z 2. Größe S wird als Intervall bezeichnet. Dann nimmt die Gleichung für die Ausbreitung einer Lichtwelle (die Gleichung eines Lichtkegels in einem Raum-Zeit-Diagramm) die Form an:

Aus geometrischen Überlegungen in den Bereichen der absoluten Vergangenheit und absoluten Zukunft (sonst nennt man sie zeitartige Bereiche) S 2 > 0 und im raumähnlichen Bereich S 2 s ist bezüglich des Übergangs von einem Trägheitsbezugssystem zum anderen invariant. Nach dem Relativitätsprinzip gilt die Gleichung S 2 = 0, was das physikalische Gesetz der Lichtausbreitung ausdrückt, muss in allen Inertialsystemen die gleiche Form haben.

Größe S 2 ist unter galiläischen Transformationen nicht invariant (überprüft durch Substitution) und wir können daraus schließen, dass es beim Übergang von einem Inertialsystem zu einem anderen andere Koordinaten- und Zeittransformationen geben muss. Gleichzeitig ist eine Berücksichtigung der relativen Natur der Gleichzeitigkeit nicht mehr möglich Tў = T, d.h. Betrachten Sie die Zeit als absolut, bewegen Sie sich unabhängig vom Beobachter und trennen Sie im Allgemeinen die Zeit vom Raum, wie es in der Newtonschen Mechanik möglich wäre.

Transformationen der Koordinaten und der Zeit eines Ereignisses beim Übergang von einem Inertialbezugssystem zu einem anderen, ohne den Wert des Intervalls zu ändern S 2, werden Lorentz-Transformationen genannt . Für den Fall, dass sich ein Trägheitsbezugssystem relativ zu einem anderen entlang der Achse bewegt X mit Geschwindigkeit v, diese Transformationen sehen so aus:

Hier werden sie als Lorentz-Transformationen aus einem ungestrichenen Koordinatensystem geschrieben ZU(üblicherweise wird davon ausgegangen, dass es sich um ein stationäres oder Laborsystem handelt) zu einem schraffierten System ZUў und zurück. Diese Formeln unterscheiden sich im Geschwindigkeitszeichen v, was Einsteins Relativitätsprinzip entspricht: if ZUў bewegt sich relativ zu ZU mit Geschwindigkeit v entlang der Achse X, Das ZU bewegt sich relativ zu ZUў mit Geschwindigkeit – v, und im Übrigen sind beide Systeme völlig gleich.

Das Intervall in der neuen Notation hat die Form:

Durch direkte Substitution können Sie überprüfen, dass dieser Ausdruck seine Form unter Lorentz-Transformationen nicht ändert, d. h. Sў 2 = S 2.

Uhren und Lineale.

Die (aus Sicht der klassischen Physik) überraschendsten Konsequenzen der Lorentz-Transformationen sind die Aussagen, dass Beobachter in zwei unterschiedlichen Inertialsystemen unterschiedliche Ergebnisse erhalten, wenn sie die Länge eines Stabes oder den Zeitabstand zwischen zwei eingetretenen Ereignissen messen am gleichen Ort.

Verkürzung der Stablänge.

Lassen Sie den Stab entlang der Achse liegen Xў Referenzsysteme Sў und ruht in diesem System. Seine Länge Lў = Xў 2 – Xў 1 wird in diesem System von einem Beobachter aufgezeichnet. Übergang zu einem willkürlichen System S, können wir Ausdrücke für die Koordinaten des Endes und des Anfangs des Stabes schreiben, die zum gleichen Zeitpunkt gemäß der Uhr des Beobachters in diesem System gemessen werden:

Xў 1 = g ( X 1 – geb X 0), Xў 2 = g ( X 2 – geb X 0).

Lў = Xў 2 – Xў 1 = g ( X 2 – X 1) = g L.

Diese Formel wird normalerweise wie folgt geschrieben:

L = Lў /g .

Da g > 1, bedeutet dies, dass die Länge des Stabes L im Referenzsystem S Es stellt sich heraus, dass es kürzer ist als die Länge desselben Stabes Lў im System Sў , in dem der Stab ruht (Lorentzsche Längenkontraktion).

Das Tempo der Zeit verlangsamen.

Lassen Sie zwei Ereignisse an derselben Stelle im System auftreten Sў , und der Zeitabstand zwischen diesen Ereignissen gemäß der Uhr eines in diesem System ruhenden Beobachters ist gleich

Dt = Tў 2 – Tў 1.

Die eigentliche Zeit wird üblicherweise Zeit t genannt und wird von der Uhr eines Beobachters gemessen, der in einem bestimmten Bezugssystem ruht. Die Eigenzeit und die von der Uhr eines sich bewegenden Beobachters gemessene Zeit hängen zusammen. Als

Wo Xў ist die räumliche Koordinate des Ereignisses. Wenn wir dann eine Gleichheit von der anderen subtrahieren, erhalten wir:

D t = g Dt .

Aus dieser Formel folgt, dass die Uhr im System S zeigt einen längeren Zeitabstand zwischen zwei Ereignissen an als die Uhr im System Sў , sich relativ zu bewegen S. Mit anderen Worten: Der Eigenzeitabstand zwischen zwei Ereignissen, den eine mit dem Beobachter mitlaufende Uhr anzeigt, ist immer kleiner als der Zeitabstand zwischen denselben Ereignissen, den die Uhr eines stationären Beobachters anzeigt.

Der Effekt der Zeitdilatation lässt sich direkt in Experimenten mit Elementarteilchen beobachten. Die meisten dieser Teilchen sind instabil und zerfallen nach einem bestimmten Zeitintervall t (genauer gesagt ist die Halbwertszeit oder durchschnittliche Lebensdauer des Teilchens bekannt). Es ist klar, dass diese Zeit von einer relativ zum Teilchen ruhenden Uhr gemessen wird, d. h. Dies ist die eigene Lebensdauer des Teilchens. Doch das Teilchen fliegt mit hoher Geschwindigkeit am Beobachter vorbei, teilweise fast mit Lichtgeschwindigkeit. Daher wird seine Lebensdauer im Labor im Uhrzeigersinn gleich T= gt und für g >> 1 Mal T>> t . Zum ersten Mal stießen Forscher auf diesen Effekt, als sie Myonen untersuchten, die in den oberen Schichten der Erdatmosphäre durch die Wechselwirkung von Teilchen der kosmischen Strahlung mit Atomkernen in der Atmosphäre entstehen. Folgende Sachverhalte wurden festgestellt:

Myonen werden in einer Höhe von etwa 100 km über der Erdoberfläche geboren;

die eigene Lebensdauer des Myons t @ 2H 10 –6 s;

Ein Strom von Myonen, der in den oberen Schichten der Atmosphäre erzeugt wird, erreicht die Erdoberfläche.

Aber das scheint unmöglich. Denn selbst wenn sich Myonen mit einer Geschwindigkeit bewegen würden, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht, könnten sie immer noch eine Distanz von nur 50 m zurücklegen C t » 3H 10 8 H 2H 10 –6 m = 600 m. Die Tatsache, dass Myonen, ohne zu zerfallen, 100 km, also eine 200-mal größere Distanz, fliegen und in der Nähe der Erdoberfläche registriert werden, kann also nur durch erklärt werden Eines: Aus der Sicht eines irdischen Beobachters hat sich die Lebensdauer des Myons erhöht. Berechnungen bestätigen die relativistische Formel vollständig. Der gleiche Effekt wird experimentell in Teilchenbeschleunigern beobachtet.

Es sollte betont werden, dass der Kern der SRT nicht die Schlussfolgerungen zur Längenverkürzung und Zeitdilatation sind. Das Wichtigste an der speziellen Relativitätstheorie ist nicht die Relativität der Konzepte von Raumkoordinaten und Zeit, sondern die Unveränderlichkeit (Invarianz) einiger Kombinationen dieser Größen (z. B. eines Intervalls) in einer einzigen Raumzeit In gewissem Sinne sollte SRT nicht als Relativitätstheorie bezeichnet werden, sondern als Theorie der Absolutheit (Invarianz) der Naturgesetze und physikalischen Größen in Bezug auf Transformationen des Übergangs von einem Trägheitsbezugssystem zu einem anderen.

Hinzufügung von Geschwindigkeiten.

Lassen Sie die Referenzsysteme S Und Sў bewegen sich relativ zueinander mit einer entlang der Achse gerichteten Geschwindigkeit X (Xў ). Lorentztransformationen zur Änderung der Koordinaten eines Körpers D X, D y V hat nur eine Komponente entlang der Achse X, also das Skalarprodukt Vvў = Vvў X):

Im Grenzfall, wenn alle Geschwindigkeiten viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind, V c und vў c (nicht-relativistischer Fall) können wir den zweiten Term im Nenner vernachlässigen und dies führt zum Additionsgesetz der Geschwindigkeiten der klassischen Mechanik

v = vў + V.

Im umgekehrten, relativistischen Fall (Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit) ist leicht zu erkennen, dass es im Gegensatz zur naiven Vorstellung durch Addition von Geschwindigkeiten unmöglich ist, eine Geschwindigkeit zu erhalten, die über der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum liegt. Lassen Sie zum Beispiel alle Geschwindigkeiten entlang der Achse gerichtet sein X Und vў = c, dann ist das klar v = C.

Man sollte nicht denken, dass man bei der Addition von Geschwindigkeiten im Rahmen der SRT niemals Geschwindigkeiten erhalten kann, die größer als die Lichtgeschwindigkeit sind. Hier ein einfaches Beispiel: Zwei Raumschiffe nähern sich einander mit einer Geschwindigkeit von 0,8 Mit jeweils relativ zu einem irdischen Beobachter. Dann beträgt die Annäherungsgeschwindigkeit von Raumschiffen relativ zum selben Beobachter 1,6 Mit. Und dies widerspricht keineswegs den Prinzipien der SRT, da es nicht um die Geschwindigkeit der Signal-(Informations-)Übertragung geht. Wenn Sie jedoch die Frage stellen, wie schnell sich ein Raumschiff einem anderen nähert, aus der Sicht eines Beobachters in einem Raumschiff, dann erhält man die richtige Antwort, indem man die relativistische Formel zum Addieren von Geschwindigkeiten anwendet: die Geschwindigkeit des Raumschiff relativ zur Erde (0,8 Mit) wird zur Geschwindigkeit der Erde relativ zum zweiten Raumschiff addiert (ebenfalls 0,8). Mit), und als Ergebnis v = 1,6/(1+0,64)C = 1,6/1,64C = 0,96C.

Einsteins Beziehung.

Die wichtigste angewandte Formel der SRT ist die Einstein-Relation zwischen Energie E, Impuls P und Masse M frei bewegliches Teilchen:

Diese Formel ersetzt die Newtonsche Formel, die kinetische Energie mit Impuls in Beziehung setzt:

E Verwandtschaft = P 2/(2M).

Aus Einsteins Formel folgt das wann P = 0

E 0 = mc 2.

Die Bedeutung dieser berühmten Formel besteht darin, dass ein massives Teilchen in einem mitbewegten Bezugssystem (d. h. in einem trägen Bezugssystem, das sich mit dem Teilchen mitbewegt, so dass das Teilchen relativ zu ihm ruht) eine bestimmte Ruheenergie hat E 0, was eindeutig mit der Masse dieses Teilchens zusammenhängt. Einstein postulierte, dass diese Energie ziemlich real ist und dass sich ein Teilchen, wenn sich die Masse ändert, in andere Energiearten umwandeln kann, und dass dies die Grundlage für Kernreaktionen ist.

Es kann gezeigt werden, dass sich das Teilchen aus der Sicht eines Beobachters relativ zu ihm mit Geschwindigkeit bewegt v , die Energie und der Impuls des Teilchens ändern sich:

Somit hängen die Energie- und Impulswerte eines Teilchens vom Bezugssystem ab, in dem diese Größen gemessen werden. Einsteins Beziehung drückt das universelle Gesetz der Äquivalenz und gegenseitigen Umwandlung von Masse und Energie aus. Einsteins Entdeckung wurde nicht nur zur Grundlage für viele technische Errungenschaften des 20. Jahrhunderts, sondern auch für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Universums.

Alexander Berkow

SRT, auch als spezielle Relativitätstheorie bekannt, ist ein ausgeklügeltes Beschreibungsmodell für die Beziehungen von Raum-Zeit, Bewegung und den Gesetzen der Mechanik, das 1905 vom Nobelpreisträger Albert Einstein entwickelt wurde.

Als Max Planck die Abteilung für Theoretische Physik an der Universität München betrat, wandte er sich um Rat an Professor Philipp von Jolly, der zu dieser Zeit die Abteilung für Mathematik an dieser Universität leitete. Darauf erhielt er den Rat: „In diesem Bereich ist bereits fast alles offen, und es müssen nur noch einige nicht sehr wichtige Probleme behoben werden.“ Der junge Planck antwortete, er wolle nichts Neues entdecken, sondern lediglich bereits bekanntes Wissen verstehen und systematisieren. So entstand aus einem solchen „nicht sehr wichtigen Problem“ später die Quantentheorie und aus einem anderen die Relativitätstheorie, für die Max Planck und Albert Einstein den Nobelpreis für Physik erhielten.

Im Gegensatz zu vielen anderen Theorien, die auf physikalischen Experimenten beruhten, basierte Einsteins Theorie fast ausschließlich auf seinen Gedankenexperimenten und wurde erst später in der Praxis bestätigt. Also dachte er 1895 (im Alter von nur 16 Jahren) darüber nach, was passieren würde, wenn er sich parallel zu einem Lichtstrahl mit dessen Geschwindigkeit bewegen würde? In einer solchen Situation stellte sich heraus, dass für einen externen Beobachter Lichtteilchen um einen Punkt schwingen müssten, was den Maxwell-Gleichungen und dem Relativitätsprinzip widersprach (das besagte, dass physikalische Gesetze nicht von dem Ort abhängen, an dem man sich befindet, und von der Umgebung). Geschwindigkeit, mit der Sie sich bewegen). So kam der junge Einstein zu dem Schluss, dass die Lichtgeschwindigkeit für einen materiellen Körper unerreichbar sein sollte, und legte den Grundstein für die zukünftige Theorie.

Das nächste Experiment wurde 1905 von ihm durchgeführt und bestand darin, dass an den Enden eines fahrenden Zuges zwei gepulste Lichtquellen gleichzeitig aufleuchten. Für einen außenstehenden Beobachter, der an einem Zug vorbeifährt, ereignen sich beide Ereignisse gleichzeitig, für einen Beobachter in der Mitte des Zuges scheinen diese Ereignisse jedoch zu unterschiedlichen Zeiten stattgefunden zu haben, seit dem Lichtblitz am Anfang des Wagens wird früher ankommen als an seinem Ende (aufgrund der konstanten Lichtgeschwindigkeit).

Daraus zog er die sehr kühne und weitreichende Schlussfolgerung, dass die Gleichzeitigkeit von Ereignissen relativ sei. Die auf der Grundlage dieser Experimente gewonnenen Berechnungen veröffentlichte er in der Arbeit „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“. Darüber hinaus hat einer dieser Impulse für einen sich bewegenden Beobachter eine größere Energie als der andere. Damit in einer solchen Situation beim Übergang von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes der Impulserhaltungssatz nicht verletzt wird, war es notwendig, dass das Objekt gleichzeitig mit dem Energieverlust auch Masse verliert. So gelangte Einstein zu einer Formel zur Charakterisierung des Verhältnisses zwischen Masse und Energie E=mc 2 – derzeit vielleicht die berühmteste physikalische Formel. Die Ergebnisse dieses Experiments wurden von ihm später in diesem Jahr veröffentlicht.

Grundpostulate

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit– Bis 1907 wurden Experimente durchgeführt, um Messungen mit einer Genauigkeit von ±30 km/s durchzuführen (was größer war als die Umlaufgeschwindigkeit der Erde), und es konnten keine Veränderungen im Laufe des Jahres festgestellt werden. Dies war der erste Beweis für die Unveränderlichkeit der Lichtgeschwindigkeit, der später durch viele andere Experimente bestätigt wurde, sowohl durch Experimentatoren auf der Erde als auch durch automatische Geräte im Weltraum.

Das Relativitätsprinzip– Dieses Prinzip bestimmt die Unveränderlichkeit physikalischer Gesetze an jedem Punkt im Raum und in jedem Trägheitsbezugssystem. Das heißt, egal ob man sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 km/s in der Umlaufbahn der Sonne zusammen mit der Erde bewegt oder in einem Raumschiff weit über ihre Grenzen hinaus – wenn man ein physikalisches Experiment durchführt, kommt man immer zum Ziel gleiche Ergebnisse (wenn Ihr Schiff in dieser Zeit weder beschleunigt noch verlangsamt). Dieses Prinzip wurde durch alle Experimente auf der Erde bestätigt, und Einstein war klugerweise der Ansicht, dass dieses Prinzip auch für den Rest des Universums gilt.

Folgen

Durch Berechnungen, die auf diesen beiden Postulaten basieren, kam Einstein zu dem Schluss, dass sich die Zeit für einen Beobachter, der sich in einem Schiff bewegt, mit zunehmender Geschwindigkeit verlangsamen sollte und er zusammen mit dem Schiff in Bewegungsrichtung kleiner werden sollte (um kompensieren dadurch die Auswirkungen der Bewegung und wahren das Relativitätsprinzip). Aus der Bedingung der endlichen Geschwindigkeit für einen materiellen Körper folgte auch, dass die Regel zur Addition von Geschwindigkeiten (die in der Newtonschen Mechanik eine einfache arithmetische Form hatte) durch komplexere Lorentz-Transformationen ersetzt werden sollte – in diesem Fall sogar, wenn wir zwei Geschwindigkeiten addieren Auf 99 % der Lichtgeschwindigkeit werden wir 99,995 % dieser Geschwindigkeit erreichen, diese aber nicht überschreiten.

Stand der Theorie

Da Einstein nur 11 Jahre brauchte, um eine allgemeine Version einer bestimmten Theorie zu formulieren, wurden keine Experimente durchgeführt, um STR direkt zu bestätigen. Allerdings veröffentlichte Einstein im selben Jahr seiner Veröffentlichung auch seine Berechnungen, die die Verschiebung des Perihels von Merkur auf den Bruchteil eines Prozents genau erklärten, ohne dass neue Konstanten und andere Annahmen eingeführt werden mussten, die von anderen Theorien verlangt wurden erklärte diesen Vorgang. Seitdem wurde die Richtigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie experimentell mit einer Genauigkeit von 10 -20 bestätigt und auf ihrer Grundlage wurden viele Entdeckungen gemacht, die die Richtigkeit dieser Theorie eindeutig beweisen.

Meisterschaft im Auftakt

Als Einstein seine ersten Arbeiten zur speziellen Relativitätstheorie veröffentlichte und begann, deren allgemeine Version zu verfassen, hatten andere Wissenschaftler bereits einen erheblichen Teil der dieser Theorie zugrunde liegenden Formeln und Ideen entdeckt. Nehmen wir also an, die Lorentz-Transformationen in allgemeiner Form wurden erstmals 1900 (5 Jahre vor Einstein) von Poincaré erhalten und nach Hendrik Lorentz benannt, der eine ungefähre Version dieser Transformationen erhielt, obwohl er selbst in dieser Rolle Waldemar Vogt voraus war.