Die Relativität der Zeit | Einsteins Relativitätstheorie

  / wissensmagazin   ... Einsteins Relativitätstheorie (Teil 4): Zeitdilatation - die Relativität der Zeit.

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Einsteins Relativitätstheorie - alle Folgen:

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4. Zeitdilatation - Die Relativität der Zeit -    • Die Relativität der Zeit | Einsteins Relat...  

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Wir haben zwei Raumschiffe, eines davon steht still, das andere ist in Bewegung. Wenn das sich bewegende Schiff auf Höhe des stehenden Schiffes ist, schießen beide einen Laserstrahl ab. Nach Einstein hängt die Geschwindigkeit des Laserstrahls nicht von der Geschwindigkeit der Raumschiffe ab. Beide Strahlen sind also mit der gleichen Geschwindigkeit parallel unterwegs.

Die Crew des stehenden Schiffes sieht, dass sich ihr Laserstrahl in 12 Sekunden 12 Lichtsekunden weit bewegt und bestätigt also, dass sich Licht mit einer Lichtsekunde pro Sekunde bewegt. Aber wie sieht es mit dem Laserstrahl vom sich bewegenden Schiff aus? Bewegt er sich in 12 Sekunden nur 6 Lichtsekunden weit?

Falls ja, müsste die Crew des sich bewegenden Schiffes feststellen, dass sich ihr Licht nur mit halber Lichtgeschwindigkeit bewegt. Aber das tut die Crew nicht, fragt sich nur warum? Nun laut Einstein bewegt sich Licht IMMER mit einer Lichtsekunde pro Sekunde, ganz egal ob sich die messende Person bewegt oder nicht. Wie kriegen wir diesen Fakt unter einen Hut mit unseren Beobachtungen?

Ein Teil der Lösung ist die Tatsache, dass die Uhren an Bord des sich bewegenden Schiffs langsamer laufen. Wenn wir also annehmen, dass Licht immer mit Lichtgeschwindigkeit reist, muss der Fehler in der Zeitmessung liegen. Würden die Uhren an Bord des fliegenden Raumschiffs exakt halb so schnell laufen wie an Bord des stehenden Schiffs, wäre unser Problem komplett gelöst.

Der Lichtstrahl des sich bewegenden Schiffs würde immer noch 6 Licht Sekunden weit reisen, durch die langsameren Uhren jedoch 6 weitere Sekunden dafür brauchen. Die Untersuchungen der Crew würden also ergeben, dass Licht in einer Sekunde genau eine Lichtsekunde weit reist. Es stellte sich jedoch raus, dass die Uhren nicht langsam genug laufen um die alleinige Lösung des Problems zu sein. Schauen wir also gleich mal auf den zweiten Teil der Antwort:

Natürlich geht es dabei nicht um Uhren, es ist die Zeit selbst, die sich verlangsamt. Unzählige Experimente der letzten Hundert Jahre haben genau das gezeigt, aber warum passiert das? Was ist überhaupt eine Uhr?

Eine Uhr ist ein Gerät, regelmäßig auftretende Ereignisse zählt. Das Ereignis, das die Uhr antreibt kann eigentlich alles sein: Die Bewegung eines Pendels, das Auftrumpfen eines Balls, das Abwickeln einer Antriebsfeder oder die wechselnde Ladung in einem elektrischen Stromkreis.

Stellen wir uns vor, wir bauen eine Uhr in der ein Lichtstrahl zwischen zwei Spiegeln hin und her reflektiert wird. Immer wenn das Licht die Bodenplatte erreicht, geht die Uhr weiter. Der Vorteil dieser Uhrenkonstruktion ist, dass wir sicher sein können, dass jeder Beobachter den zeitgebenden Mechanismus, den immer mit der gleichen Geschwindigkeit hin und her reflektierten Lichtstrahl sehen kann. Nehmen wir jetzt zwei dieser Uhren, stationär und unbewegt, erwarten wir, dass sie beide exakt die gleiche Zeit anzeigen.

Was aber, wenn sich eine dieser Uhren bewegt? Obwohl beide Uhren identisch sind, läuft die sich bewegende Uhr langsamer als die stationäre. Um das zu verstehen, muss man sich nur den Pfad des reflektierten Lichtstrahls ansehen. Der Strahl in der ruhenden Uhr wandert vertikal, also hoch und runter. Der Strahl in der sich bewegenden Uhr hat einen weiteren, einen diagonalen Weg. Wenn jetzt also beide Lichtstrahlen mit der gleichen Geschwindigkeit unterwegs sind, und der obere Strahl eine längere Strecke zurücklegen muss, läuft die sich bewegende Uhr für den stationären Beobachter langsamer als seine eigene Uhr.

Dieses Langsamerwerden von sich bewegenden Uhren wird Zeitdilatation. Betont werden muss jedoch, dass ein Beobachter, der sich mit der Uhr bewegt davon nichts bemerkt. Die Uhr und der Zeitverlauf verhalten sich für ihn völlig normal. Aus seiner Sicht ist ER nämlich stationär und der andere Beobachter bewegt sich. Für ihn läuft die andere Uhr langsamer. In Einsteins Universum ist der Fluss der Zeit durchweg relativ.

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