Einstein erklärt...dank einer Uhr
[caption id="attachment_1430" align="alignleft" width="260" caption=" Uhren laufen langsamer, wenn die Geschwindigkeit steigt, und schneller, wenn die Gravität abnimmt. Foto: W. Tiller/iStockphoto"]
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Wenn man versucht, Wissenschaft einem breiten Publikum näherzubringen, besteht die größte Schwierigkeit wohl darin, die Auswirkung wissenschaftlicher Prinzipien (z.B. im Bereich Physik oder Mathematik) auf unseren Alltag zu verdeutlichen.
Noch komplizierter ist dies mit Theorien wie der Relativitätstheorie von Einstein, da diese wenig intuitiv sind und nur schwer zu veranschaulichen. Dennoch ist es möglich, dass uns das Relativitätsprinzip mehr betrifft als wir denken.
Die Theorie von Einstein besagt, dass die Zeit, die zwischen zwei Ereignissen vergeht, von dem Weg, den sie im Kosmos durchlaufen muss, abhängt. Im Einzelnen kann dieses von der Krümmung Raum-Zeit auf der gesamten Strecke abhängen. Jedermann weiss, dass diese Theorie sehr nützlich ist, um zahlreiche physikalische Phänomene zu erklären, die (wortwörtlich) sehr realitätsfern sind, wie zum Beispiel um die Planetenbahnen des Sonnensystems zu berechnen, welche mit einer außergewöhnlichen Genauigkeit bestimmt werden können, oder um herauszufinden, wie das Licht abgeleitet wird und das Schimmern rund um die Sterne oder Planeten auslöst.
Ebenso kann man in einem uns viel näher stehenden Beispiel nachweisen, dass eine Uhr innerhalb eines Gravitationsfelds langsamer geht als eine andere, die mit keinem Gravitationsfeld in Berührung kommt. In den 70er Jahren haben einige Wissenschaftler die Auswirkung der Relativität bewiesen, indem sie zwei synchronisierte Atomuhren an Bord zweier Jumboflugzeuge an verschiedenen Orten der Erde positioniert haben: Das eine Flugzeug flog Richtung Osten, das andere Richtung Westen. Das Experiment zeigte, dass das zweite Flugzeug, das entgegen der Erdrotation flog, gegenüber einer Uhr auf der Erdoberfläche Zeit gewann.
Nun hat eine Gruppe von Forschern des Nationalen Institutes für Standards und Technologie (NIST) in Boulder, Colorado, die Theorien von Einstein - sowohl die der Speziellen Relativität als auch die Allgemeine – auf einer "menschlicheren" Ebene beweisen. Sie haben gezeigt, dass sich diese Theorien nicht auf Experimente mit Geschwindigkeit und enormen Entfernungen beschränken. Das NIST-Team zeigte, dass die Zeit schneller vergeht, wenn man eine Treppenstufe hochgeht und dass sie sich verlangsamt, wenn man sich mit einer Geschwindigkeit von 36 Stundenkilometern bewegt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science am 24. September 2010 veröffentlicht.
Das Experiment hat den Unterschied zwischen zwei Uhren gemessen, die 33 Zentimeter voneinander entfernt sind, was in etwa der Höher einer Treppenstufe entspricht. Da nach der Allgemeinen Relativitätstheorie die Zeit für Gegenstände mit “reduzierter” Schwerkraft schneller vergeht, tickt die Uhr, die sich auf einer höheren Ebene befindet (und daher weniger Schwerkraft spürt) schneller als die andere, genau gesagt 4 × 10-17 Sekunden und gewinnt auf diese Weise knapp 90 Millonstel Sekunden in 79 Jahren!
Auf der anderen Seite besagt die Spezielle Relativitätstheorie, dass die Zeit für Dinge, die in Bewegung sind, langsamer vergeht. Die Wissenschaftler haben daher gezeigt, dass die Atome einer Atomuhr mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10 Meter/Sekunde pendeln (entspricht 36 Stundenkilometer), wenn man sie anregt. Das heisst, dass die Zeiger der Uhr sich mit einer Verspätung von 6 × 10-16 Sekunden bewegen.
Auch wenn das Experiment keine Neuheit darstellt, so hat es doch eine beinahe philosophische Komponente, denn es zeigt, dass die Relativität fassbar ist. Außerdem kann die Messung von kleinen Veränderungen der Schwerkraft geophysische und hydrologische Anwendungen finden. Laut Experten kann dies dabei helfen, eine bestimmte Masse zu berechnen– zum Beispiel Wasser. Indem man ein Netzwerk bildet, das in Echtzeit das Niveau der Schwerkraft des gesamten Planeten analysiert, kann man die Wassermasse berechnen, die sich auf der Erdoberfläche aufgrund des Klimawechsels ausbreitet.
[/caption]Wenn man versucht, Wissenschaft einem breiten Publikum näherzubringen, besteht die größte Schwierigkeit wohl darin, die Auswirkung wissenschaftlicher Prinzipien (z.B. im Bereich Physik oder Mathematik) auf unseren Alltag zu verdeutlichen.
Noch komplizierter ist dies mit Theorien wie der Relativitätstheorie von Einstein, da diese wenig intuitiv sind und nur schwer zu veranschaulichen. Dennoch ist es möglich, dass uns das Relativitätsprinzip mehr betrifft als wir denken.
Die Theorie von Einstein besagt, dass die Zeit, die zwischen zwei Ereignissen vergeht, von dem Weg, den sie im Kosmos durchlaufen muss, abhängt. Im Einzelnen kann dieses von der Krümmung Raum-Zeit auf der gesamten Strecke abhängen. Jedermann weiss, dass diese Theorie sehr nützlich ist, um zahlreiche physikalische Phänomene zu erklären, die (wortwörtlich) sehr realitätsfern sind, wie zum Beispiel um die Planetenbahnen des Sonnensystems zu berechnen, welche mit einer außergewöhnlichen Genauigkeit bestimmt werden können, oder um herauszufinden, wie das Licht abgeleitet wird und das Schimmern rund um die Sterne oder Planeten auslöst.
Ebenso kann man in einem uns viel näher stehenden Beispiel nachweisen, dass eine Uhr innerhalb eines Gravitationsfelds langsamer geht als eine andere, die mit keinem Gravitationsfeld in Berührung kommt. In den 70er Jahren haben einige Wissenschaftler die Auswirkung der Relativität bewiesen, indem sie zwei synchronisierte Atomuhren an Bord zweier Jumboflugzeuge an verschiedenen Orten der Erde positioniert haben: Das eine Flugzeug flog Richtung Osten, das andere Richtung Westen. Das Experiment zeigte, dass das zweite Flugzeug, das entgegen der Erdrotation flog, gegenüber einer Uhr auf der Erdoberfläche Zeit gewann.
Nun hat eine Gruppe von Forschern des Nationalen Institutes für Standards und Technologie (NIST) in Boulder, Colorado, die Theorien von Einstein - sowohl die der Speziellen Relativität als auch die Allgemeine – auf einer "menschlicheren" Ebene beweisen. Sie haben gezeigt, dass sich diese Theorien nicht auf Experimente mit Geschwindigkeit und enormen Entfernungen beschränken. Das NIST-Team zeigte, dass die Zeit schneller vergeht, wenn man eine Treppenstufe hochgeht und dass sie sich verlangsamt, wenn man sich mit einer Geschwindigkeit von 36 Stundenkilometern bewegt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science am 24. September 2010 veröffentlicht.
Das Experiment hat den Unterschied zwischen zwei Uhren gemessen, die 33 Zentimeter voneinander entfernt sind, was in etwa der Höher einer Treppenstufe entspricht. Da nach der Allgemeinen Relativitätstheorie die Zeit für Gegenstände mit “reduzierter” Schwerkraft schneller vergeht, tickt die Uhr, die sich auf einer höheren Ebene befindet (und daher weniger Schwerkraft spürt) schneller als die andere, genau gesagt 4 × 10-17 Sekunden und gewinnt auf diese Weise knapp 90 Millonstel Sekunden in 79 Jahren!
Auf der anderen Seite besagt die Spezielle Relativitätstheorie, dass die Zeit für Dinge, die in Bewegung sind, langsamer vergeht. Die Wissenschaftler haben daher gezeigt, dass die Atome einer Atomuhr mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10 Meter/Sekunde pendeln (entspricht 36 Stundenkilometer), wenn man sie anregt. Das heisst, dass die Zeiger der Uhr sich mit einer Verspätung von 6 × 10-16 Sekunden bewegen.
Auch wenn das Experiment keine Neuheit darstellt, so hat es doch eine beinahe philosophische Komponente, denn es zeigt, dass die Relativität fassbar ist. Außerdem kann die Messung von kleinen Veränderungen der Schwerkraft geophysische und hydrologische Anwendungen finden. Laut Experten kann dies dabei helfen, eine bestimmte Masse zu berechnen– zum Beispiel Wasser. Indem man ein Netzwerk bildet, das in Echtzeit das Niveau der Schwerkraft des gesamten Planeten analysiert, kann man die Wassermasse berechnen, die sich auf der Erdoberfläche aufgrund des Klimawechsels ausbreitet.
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