Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

 Jahresübersicht 2012

Die schönsten Träume von Freiheit werden im Kerker geträumt.
(Friedrich Schiller)

27. Juli 2024

Ein Railjet der ÖBB fährt mit 180 km/h über die Westbahnstrecke. Im Inneren des Zuges geht ein Passagier mit 3 km/h in Richtung Speisewagen. Wie schnell bewegt sich der Passagier wirklich? Mit 3 km/h oder mit 183 km/h? Beide Antworten sind richtig, denn die eine Messung erfolgt auf dem Bahnhof, die andere im Inneren des Zuges. Jeder Messwert ist relativ und hängt vom Bezugsystem ab. Dieses Relativitätsprinzip zählt zu den Grundlagen der Physik und ist seit dem 17. Jahrhundert bekannt.

Im 19. Jahrhundert tauchte ein genialer Schotte namens James Clerk Maxwell auf, der mit vier Formeln die eben erst entdeckten elektromagnetischen Wellen beschrieb. Er erkannte, dass sich alle elektromagnetischen Strahlen (Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen) mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Im Vakuum sind das rund 300.000 Kilometer pro Sekunde. Maxwells Formeln zeigen zudem einen merkwürdigen Aspekt des Lichtes: Licht breitet sich unter allen Umständen gleich schnell aus. Wenn also der Railjet auf einen Beobachter zufährt, kommt das Licht nur mit seiner natürlichen Geschwindigkeit an, nicht aber um 180 km/h schneller. Die von Maxwell berechnete Konstanz der Lichtgeschwindigkeit konnte in legendären Experimenten von Albert Michelsen in Potsdam und Edward Morley in Cleveland gegen Ende des 19. Jahrhunderts erstmals bewiesen werden.

Der Holländer Hendrik Antoon Lorentz vermutete daraufhin, dass an der alten Physik etwas nicht stimmte. Er entwarf die Lorentz-Kontraktion, einen einfachen Vorläufer der Relativitätstheorie.

Das junge Genie Albert Einstein nahm die Sache weit radikaler in Angriff als Lorentz. Mit seinem enormen Hintergrundwissen, seiner Intuition, einem Bleistift und etwas Papier nahm Einstein die Herausforderung an und kam zu erstaunlichen Ergebnissen. Wenn die Lichtgeschwindigkeit eine unter allen Umständen konstante Größe ist, muss alles andere in der Natur relativ sein.

Einstein erkannte, dass die Zeit in bewegten Objekten langsamer läuft, wobei sich die Zeitverschiebung umso stärker auswirkt, je höher die Geschwindigkeit ist. In einem Raumschiff, das mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, bliebe die Zeit stehen. Das aber ist ohnehin eine Illusion, denn man benötigte einen Tank, der dreimal so groß wie unsere Erde sein müsste, um ein Space Shuttle auf „nur“ 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. In unserem Alltag spielt Einsteins Relativitätstheorie insofern eine Rolle, als die Atomuhren der GPS-Satelliten wegen ihrer Geschwindigkeit eine Korrektur benötigen. Ohne diese Einstein-Korrektur würde das GPS-System um mehrere Meter falsch anzeigen.

Die Zeit

Helden der Wissenschaft:
Max Planck
(1858-1947) entdeckte den Quantensprung, das Allerkleinste, was die Natur an Energie zu bieten hat. In der Folge versuchte er mehrfach, seine eigene bahnbrechende Theorie zu widerlegen, was ihm nicht gelang.