*34c3 intro*
Herald: Dann ist es jetzt Zeit für mich, euch einen neuen Speaker einzuführen. Das
ist Steini. Der Steini hat auf dem 32C3 schon mal einen ganz ähnlichen Talk
gemacht, nämlich „Quantenphysik und Kosmologie“. Jetzt dürft ihr noch mal eure
Hände benutzen: Wer hat den Talk gesehen? Egal, ob live oder im Stream oder
aufgezeichnet. Ganz schön viele! Okay. Damals hat er uns erzählt von
Energieportionen, Unschärfe, Verschränkung, schwarzen Löchern,
Quantenfluktuation, der Entstehung des Universums und Gott. Das alles in nur 45
Minuten. Was hätte er uns nur alles beibringen können, hätte er drei Stunden
Zeit gehabt? Aber zum Glück ist er jetzt wieder da mit seinem alten Format: Physik
für blutige Anfänger und wird uns auf seine ganz besondere Steini-Art helfen,
die Relativitätstheorie zu verstehen. Also einmal großen Applaus für Steini!
*Applaus* Steini: Danke! Ja, wir müssen anfangen.
Wir haben nur eine halbe Stunde Zeit, das wird eine ordentliche Druckbetankung
heute. Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie. Das ist was, was in
Esoterikerkreisen permanent abgelehnt wird und deswegen erstmal zwei Disclaimer: Die
Relativitätstheorie, die Spezielle und die Allgemeine, ist nichts, was irgendetwas
beweist oder was richtig oder falsch sein kann, sondern das ist einfach etwas, was
die Natur momentan, so, wie wir sie beobachten können, am besten von allen
Theorien beschreibt. Das heißt nicht, dass sie richtig ist oder irgendwas, das heißt
nur, dass wir im Augenblick keine bessere haben und die ist deswegen so gut, weil
sie eigentlich alle Beobachtungen, die wir in der Physik der großen Dinge machen
können, also alles, was mit großen Entfernungen, großen Geschwindigkeiten,
großen Massen zu tun hat, sehr sehr gut beschreibt. Sie beschreibt nicht alles. Da
gibt es einen riesen Konflikt mit der Quantenphysik, da habe ich vor zwei Jahren
drüber geredet, über die Quantenphysik. Darum soll es aber heute nicht gehen. Ich
will versuchen, euch möglichst zügig und möglichst nachhaltig euer Weltbild zu
zerstören von der normal wahrnehmbaren Welt. Das ist für euch ohne Bedeutung,
weil die relativistischen Effekte … die werdet ihr körperlich selbst so
wahrscheinlich nie wirklich erfahren können. Aber dennoch ist sie von
wesentlicher Bedeutung für das Verständnis unserer Welt. Und darum geht's in der
Physik, nämlich Theorien zu entwickeln, wie eigentlich diese Welt funktioniert.
Und jede Theorie, die das will, die muss alle Beobachtungen, nicht nur ein paar,
zwei, drei, sondern alle Beobachtungen, die man machen kann, möglichst präzise
beschreiben und das tun alle Esoteriker ausnahmsweise nicht. Deswegen möchte ich
mit Hitchens’ Razor starten, etwas, was ohne Beleg behauptet werden kann, kann
auch ohne Beleg verworfen werden. Also bitte, wer irgendetwas in dieser
Richtung … *applaus*
Wer irgendwas in der Richtung behauptet, der muss damit rechnen, dass alle Physiker
sagen: Ja … mir doch egal! Also ihr müsst euch mehr Mühe geben. Ihr müsst euch auf
den Arsch setzen und wirklich eure Theorie gegenüber allen Beobachtungen überprüfen
und nur wenn das klappt, habt ihr die Möglichkeit zu sagen: Ich hab was
entdeckt. Und damit geht’s los. Relativitätstheorie, da muss man erstmal
klären, was ist eigentlich relativ? Das ist total schnell gemacht. Wenn wir uns
gegenübersitzen, in der Mitte ist ein Becher und dann ist der Becher randvoll
mit Wasser. Der hat so einen Henkel dran und dann sind wir beide gegenübersitzend
der gleichen Auffassung, wie voll der Becher ist, nämlich voll. Wir beobachten
das gleiche und wo wir uns aber nicht einig sind: Ist der Henkel links oder
rechts? Du siehst nämlich, der Henkel ist links, ich sehe der ist rechts, das ist relativ.
Das hängt vom Betrachter ab und das ist das Wesen der Relativitätstheorie. Darum
geht es im Großen und Ganzen, nämlich um die Betrachtung von Experimenten, die man
machen kann und die relativ zu etwas sind. Und damit müssen wir ein bisschen zurück
in die Vergangenheit. Der Isaac Newton, der hat ja so Mechanik beschrieben. Der
hat so die Welt beschrieben, wie sie funktioniert und Gleichungen aufgestellt
und die funktionieren im Großen und Ganzen ganz gut. Die funktionieren also so gut,
dass wir damit eine Raumsonde zu Pluto schießen können und die kommt an. Insofern
ist … der Haken daran: Beschreibt die Welt perfekt, alles super, aber die hat ein
paar Probleme. Die hat zum Beispiel das Problem, dass es in der Newton’schen
Mechanik … da gibt es nichts, was irgendwie Zeit braucht, um eine Wirkung zu
haben. Gravitation zum Beispiel: Zack, unendlich schnell, gar kein Problem. Die
ist halt da, zwei Körper ziehen sich an. End of Story. Und das ist aber ein
Problem. Warum das ein Problem ist, hat der Maxwell beschrieben in seinen
Maxwell’schen Gleichungen. Da hatte er einfach die elektrische Kraft und die
magnetische Kraft in einem Gleichungssystem vereint,
ganz wunderbar, sodass also die neuen Gleichungen beide Kräfte als quasi eine,
nämlich die elektromagnetische Wechselwirkung beschreibt und diese
Beschreibung passt viel besser zur Realität als alle bisherigen bis dahin.
Und in dieser Maxwell-Gleichung, da gibt es die elektrische Feldkonstante und die
magnetische Feldkonstante. Und dann gibt es da Formeln und Sachzusammenhänge, die
sparen wir uns, weil dafür reicht die halbe Stunde nicht. Und wenn man die
verschwurbelt, dann kommt raus, dass diese elektromagnetischen Wellen eine
Maximalgeschwindigkeit haben und diese Maximalgeschwindigkeit … Naja, das ist die
Lichtgeschwindigkeit, weil Licht ist ja eine elektromagnetische Welle. So, also
diese Gleichung hat, das war lange vor Einstein … also lange vor Einstein sagte,
die Lichtgeschwindigkeit ist … hat ein Maximum und außerdem kommt in den
Gleichungen nichts vor, was irgendwie damit zu tun hat, dass sich die
Lichtquelle – ich mit der Taschenlampe – irgendwie bewegt. Und das ist jetzt ein
bisschen problematisch weil … Ja, was heißt das? Wir kennen das alle. Wenn wir
rennen und werfen den Ball nach vorne, dann hat der Ball meine
Wurfgeschwindigkeit plus meine Geschwindigkeit und die Maxwell-Gleichung
sagt aber davon gar nichts. Und damit konnten die alle wahnsinnig schlecht leben
und deswegen haben sie versucht, in unzähligen Experimenten zu beweisen, dass
das so nicht ist, dass also die Lichtgeschwindigkeit sehr wohl davon
abhängt wie sich ein Körper bewegt. Und was haben sie getan? Sie haben Experimente
entwickelt. Das Michelson-Morley- Experiment ist eines der wesentlichen
Experimente zu diesem Thema. Jetzt muss man vielleicht kurz überlegen: Wie kann
man denn überprüfen, ob Maxwell überhaupt Recht hat? Da misst man die
Geschwindigkeit des Lichts. Das ist wahnsinnig schwer. Galileo hat es versucht
mit Spiegel auf- und zuklappen, und auf dem Berg woanders steht einer und klappt
auch und haben dabei festgestellt: Egal wie weit sie auseinander sind, da
ist innerhalb der Messgenauigkeit nichts zu messen von Lichtgeschwindigkeit. Das
hatten wir beim Quantenphysik-Vortrag auch schon. Ein probates Mittel, die
Lichtgeschwindigkeit zu messen ist: Ich schieße ein Licht durch ein Zahnrad, das
sich schnell dreht und die Zähne, da schieße ich genau zwischen den Zähnen
durch. Dann wird das Licht also immer verdeckt von einem Zahnrad. Also hinter
dem Zahnrad kommen immer nur Lichtpulse raus. Die fliegen jetzt irgendwo auf die
Spiegel. Dann kommen sie zurück und wenn das Zahnrad nur schnell genug dreht, wird
dieser Lichtimpuls irgendwann auf das Zahnrad klatschen und irgendwann auch
wieder durchkommen. Und darüber kann ich, sozusagen durch die Rotation meines
Zahnrad und diesen Lichtpuls, der hin und wieder zurück läuft, kann ich sozusagen
messen aus der Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads, wie schnell war wohl das
Licht, gemessen auf die Strecke bis zum Spiegel. Dabei kommt raus, schon sehr
genau, 298000 km/s. Wahnsinnig schnell. Ich glaub, 180 Millionen Stundenkilometer
oder irgendwas. Das ist sehr schnell. Und jetzt wollten Michelsen und Morley zeigen,
dass das, wovon alle so wahnsinnig gerne gehabt hätten – also so wirklich gerne
gehabt hätten – dass es real ist, nämlich dass diese Welle sich in einem Medium
bewegt. Ja, also, wir kennen das: Das Wasser schwappt als Welle. Dann ist das
Wasser das Medium und die Welle ist sozusagen die Bewegung des Wassers. Oder
Schallwelle: Da vibriert die Luft und das, was da vibriert als Welle, das ist dann
halt die Schallwelle und so hätte man wahnsinnig gerne gehabt, dass die
Lichtwelle, also die elektromagnetische Welle in irgendwas schwappt. So. Und das
hat man dann den Lichtäther genannt. Und alle waren sich so einig. Die steckt zwar
in Maxwell nicht drin, aber toll wäre es doch, wenn es die gäbe. Na ja, dann
beweisen wir doch mal, dass es die gibt, machen ein Experiment. Michelsen-Morley:
Ich schieße einen Lichtstrahl in dieser Richtung.
Ich schieße einen in dieser Richtung. Am Ende ist jeweils ein Spiegel, die kommen
zurück, halbdurchlässiger Spiegel und da gehen die jetzt durch. Und jetzt löschen
die sich aus, wenn sie genau die gleiche Phase haben, dass sie also sozusagen wenn
der eine mit dem Tal kommt, ist der andere ein Berg und dann löschen die sich aus. So
gestalte ich den Spiegel und die Längen der beiden Arme und dann ist das Licht …
löscht sich aus, ist dunkel und jetzt weiß ich ja, die Erde, die rotiert einmal um
sich selbst. Rasend schnell um die Sonne und außerdem mitsamt der Sonne noch um das
Zentrum unserer Galaxie. Brauche ich jetzt also dieses Konstrukt aus zwei
Spiegelarmen jetzt nur drehen und dann werde ich ja feststellen: Aha, in der
einen Richtung ist die Lichtgeschwindigkeit schneller als in der
anderen, weil in der anderen … in der einen, da bin ich ja schon mitsamt Erde
unterwegs. Also ist das Licht ja durch den Lichtäther … sozusagen, wenn es im
Lichtäther sich bewegt, bin ich in der Richtung in der ich mich bewege … muss das
Licht langsamer sein. Ja, die Theorie ist ganz einfach. Wenn ich mich also, so die
Idee des Lichtäthers, mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewege, sehe ich so
ein Photon hier so seicht an mir vorbeiziehen mit 10 km/h. Wenn ich
sozusagen 10km/h langsamer bin als die Lichtgeschwindigkeit, das wäre toll, das
wäre aber auch an vielen Stellen fatal, wie wir gleich noch sehen werden. Worauf
ich raus will ist: Die haben im 19. Jahrhundert sehr, sehr doll versucht,
diesen Lichtäther zu retten und sind dabei kolossal gescheitert. Da ist keiner. Also
da ist nichts, worin sich das Licht bewegt. Scheiße. So, und dann noch viel
schlimmer als das kam halt raus: Maxwell hat irgendwie Recht. Daraus folgt nämlich:
Das Licht ist immer gleich schnell. Das Licht hat also eine – und da sind wir bei
absolut oder relativ – das Licht hat eine absolute Geschwindigkeit und es ist völlig
unabhängig davon, wie schnell sich der Betrachter oder der, der es los schießt,
bewegt. Ja, also, das müsst ihr euch auf der Zunge
zergehen lassen. Wenn ich hier … da ist jemand, der steht hier und ich renne da
weg. Mit 90% der Lichtgeschwindigkeit entferne ich mich von dieser Person und
der schießt jetzt mit so einer Photonenkanone, genannt Taschenlampe, in
meine Richtung. Dann würde ich aber erwarten, dass sich dieses Licht nur mit
10% der Lichtgeschwindigkeit mir annähert. Das ist nicht der Fall. Das Licht nähert
sich, wenn ich das messe, von mir aus immer noch mit Lichtgeschwindigkeit.
Ja, Scheiße. So, was machen wir denn da? Wie kriegt man das wieder heile? Wenn die
Lichtgeschwindigkeit absolut ist, dann bricht dieses Weltbild vom absoluten Raum
und auch der absoluten Zeit zusammen. Und jetzt kommt, warum: Wir bauen eine
Lichtuhr. Spiegel, Spiegel. 15cm auseinander. Jetzt flitzt hier ein Photon
auf und ab. Das macht es in einer Sekunde ungefähr eine Milliarde Mal und ich sag
nach jedem Mal, wenn es hier aufklatscht, macht es Tick. Und nach einer Milliarde
Mal ist eine Sekunde vorbei. Und jetzt stellen wir uns mal im Weltraum, vor so
komplett leer … komplett leer, nichts drin. Einen absolut leeren Raum.
Wahnsinnig langweilig. Wir in der Mitte, Lampe in der Hand. Lichtuhr. Tick, tick,
tick, tick, tick. Diese Uhr tickt immer gleich, ganz egal, wie schnell ich mich
durch diesen Raum bewege. Wobei man hier physikalisch aufpassen muss: Schnell macht
in einem leeren … absolut leeren Universum keinen Sinn. So. Warum nicht? Schnell in
Bezug auf was? Es gibt ja diesen absoluten Lichtäther nicht, diesen Raum nicht, indem
man sich schnell zu bewegen kann, sondern ich beweg mich nicht im absolut leeren
Raum, beweg ich mich nicht. Egal, was ich tue. So, jetzt kommt da was auf mich zu.
Hat auch so eine Lichtuhr. Jetzt, ja, da ist die Lichtuhr. Und jetzt gucken wir
mal, die bewegt sich ja. So, was sieht man? Naja, das macht so ein Zickzack. Klar,
wenn es nicht Zickzack machen würde, würde es ja den Spiegel verfehlen. Der Spiegel
ist ja jedes Mal ein Stück weiter. Jetzt ist die Lichtgeschwindigkeit aber
absolut. Also absolut. Das heißt, das Licht ist noch genauso schnell. Wenn ich
da jemanden an mir vorbeiziehen sehe, also noch genauso schnell, immer noch 300 000
km/s. Das heißt, es muss aber einen längeren Weg zurücklegen. Das geht nur …
und tatsächlich nur, wenn für das Objekt, diese Lichtuhr, die Zeit langsamer
vergeht. Das heißt, wenn die Geschwindigkeit des Lichts absolut ist und
das haben wir ja eben schon gekauft, da gibt’s andere Experimente, die das
belegen. Dann muss die Zeit relativ sein. So, und jetzt kann man sagen, gut, das
Licht am Laser. Der Laser ist spezielles Licht. Jetzt stellen wir da eine Uhr
obendrauf, die alle eine Million Mal, die macht einfach … die misst Sekunden. Das
ist das, was eine Uhr tut. Sekunden messen. Tick, Tick, Tick. Und
zwischendurch macht es eine Milliarde Mal Paff. Der, der hier vorbeigeflogen kommt
an mir, der sieht ja etwas völlig anderes. Der sieht ja aus seiner Sicht genau das
gleiche wie ich. Der schwebt da im Raum und ich komme an ihm vorbeigeflogen und
meine Uhr macht so und seine macht so. Und alle eine Milliarde Mal macht es Tick.
Seine Lichtuhr und seine normale Stoppuhr sind also absolut synchron. Das heißt also
auch, die Stoppuhr geht offensichtlich langsamer. Für den anderen Betrachter. Und
beide haben recht. So, und jetzt kommt ein Problem. Gut aufpassen. Jetzt könnte ja …
also beide sehen, dass die Uhr des jeweils anderen langsamer geht, weil das Licht ja
von dem jeweils anderen so macht. Wenn die jetzt miteinander reden könnten und sich
das sagen – In no time. Also ohne dass Zeit vergeht, ohne dass für die
Kommunikation Zeit vergeht. Dann hätten wir ein handfestes Paradox. Dann müssten
ja beide sagen: Du, deine Uhr geht irgendwie langsamer als meine. Und das ist
ja paradox. Und genau deswegen, weil das paradox wäre und Albert Einstein ganz
schlecht mit paradoxen Dingen leben kann, kann man Informationen nur in endlicher
Zeit, nämlich mit Lichtgeschwindigkeit übertragen.
Weil die Informationen zu übermitteln … der eine, der fliegt ja unbeschleunigt,
gleichförmige Bewegung in die Richtung. Der behauptet von mir, ich bewege mich in
die Richtung. Naja, jetzt müssen wir uns ja mitteilen, was wir beobachten und das
geht nur mit Lichtgeschwindigkeit. Und dadurch kommt das wieder in Ordnung. Ich
erspare euch die ganzen Gleichungen. Schaffen wir auch in einer halbe Stunde
locker nicht. Deswegen machen wir das nicht. Aber nur dadurch, wenn man
akzeptiert, dass die ja eh nur mit Lichtgeschwindigkeit miteinander
kommunizieren können. Dann funktioniert das mit der … mit dem Auflösen des
Paradox. So, wir haben … Wir sehen also, die Zeit ist irgendwie relativ. Die muss
relativ sein. Wenn die Lichtgeschwindigkeit absolut ist, dann
wird es natürlich schwierig, auch mit dem Begriff gleichzeitig. Was heißt denn das
dann? Was ist denn gleichzeitig für jemanden? Jetzt machen wir folgendes
Experiment. Das hat Einstein in Gedanken auch gemacht. Wir befinden uns im Jahr
1905 ungefähr, da war er 26. Hat sich schon seit zehn Jahren mit diesem Thema
beschäftigt. Er sagt, da fährt ein Zug, der fährt durch einen Bahnhof. Da fährt er
durch, unbeschleunigt, gleichförmige Geschwindigkeit. In der Mitte von dem Zug
ist eine Lampe. Gleich weit entfernt sitzt jeweils eine Person, die sehen ja die
Lampe. In der Mitte stehen beide, bewegen sich in diesem Zug. Für die also bewegt
sich der Zug nicht. Der ist gut gelagert, es ruckelt nichts, es wackelt nicht. Für
die bewegt sich, so relativ gesehen, also der Bahnsteig außen in der anderen
Richtung vorbei. Jetzt geht in der Mitte die Lampe an. Das Licht hat in beide
Richtungen den gleichen Weg. Also würden beide sagen, das war gleichzeitig. Muss ja
auch sein. Lichtgeschwindigkeit ist absolut, steht in der Mitte. Der Weg ist
identisch. Baff, gleichzeitig. Draußen steht einer, der sieht jetzt die beiden
mit der Lampe in der Mitte vorbeifahren. Jetzt geht da in der Mitte die Lampe an.
Das Licht ist mit absoluter Geschwindigkeit unterwegs. 300 000 km/s.
Während es in die Richtung fliegt, bewegt sich ja aber der Zug. Das heißt, dieses
Ende bewegt sich weg. Und dieses Ende bewegt sich darauf zu. Die Geschwindigkeit
ist noch absolut 300 000 km/s, aber die Entfernung von dem hinteren Beobachter
wird weniger und die von dem vorderen wird mehr. Das heißt, der hier hinten sieht den
Impuls eher als der vorne. Die sehen das nicht. Also der, der auf dem Bahnsteig
steht und den Zug vorbeikommen sieht, denkt sich: Das war doch nicht
gleichzeitig! Der eine hat den … Hinten, der hat den viel eher
gesehen als vorne der. Ja, so, und damit können wir die Gleichzeitigkeit begraben.
Es gibt so etwas wie Gleichzeitigkeit nicht, jedenfalls nicht absolut. Denn
Gleichzeitigkeit ist relativ. So, und hängt … ist wie Kunst. Liegt im Auge des
Betrachters. Also wer … wer von Gleichzeitigkeit reden will, muss auf
jeden Fall sein Bezugssystem dazusagen. Nur innerhalb des Zuges war das
gleichzeitig, außerhalb nicht. So. Und dann kommen wir noch, und dann müssen wir
auch relativ schnell die Kurve kriegen zu der Frage: Wie ist das jetzt eigentlich
mit der Energie, dem Impuls? Ich mache ein kleines Gedankenexperiment, damit wir
weiterkommen. Wir haben ja noch die allgemeine Relativitätstheorie auch nach
vor uns. Jetzt stellen wir uns vor, wir haben zwei Billardkugeln. Hier fährt der
Zug. Ihr seht den hier so über die Bühne fahren und hier sind sozusagen zwei
Billardkugeln, die senkrecht dazu aufeinander zufahren und dann so
abprallen, dass die eine mit dem Zug und die andere entgegengesetzt dem Zug sich
bewegen. Diese Billardkugeln haben eine Masse und so eine Masse hat, wenn sie
bewegt ist, eine Trägheit, so. Die hat einen Impuls. Das heißt, das ist irgendwie
… die hat ja sozusagen eine träge Masse. Und eine schwere Masse, so sagt man. Und
die knallen jetzt also aufeinander. Und jetzt haben wir die Geschwindigkeit der
beiden Kugeln so gewählt, dass die eine Kugel genauso schnell in diese Richtung
fährt wie die Bahn. Und die andere Kugel bewegt sich nach hinten. Mit doppelter
Geschwindigkeit quasi aus Sicht der Bahn in dieser Richtung. Was sieht der auf dem
Bahnsteig? Der sieht, zwei Kugeln klatschen aneinander, fliegen in beide
Richtungen auseinander, beide gleich schnell, beide den gleichen Impuls. Was
sieht der in der Bahn? Der Bahn sieht, die fliegen und dann fliegt die eine Kugel
genau neben ihm her, Relativgeschwindigkeit zu ihm selber
gleich null. Da tut sich nichts. Die andere Kugel fliegt mit doppelter
Geschwindigkeit, also mit der Geschwindigkeit der Bahn in dieser
Richtung. Jetzt wissen wir aber: Geschwindigkeit und Zeit und so ist
relativ. Das heißt, aus seiner Sicht steht die Bahn ja still und die Kugel flitzt mit
höherer Geschwindigkeit nach, da. Für die Kugel geht die Zeit anders. Und dann wird
es trickreich, weil das bedeutet, die hat jetzt auch einen anderen Impuls. Scheiße.
Schon wieder was Relatives. Also auch die Energie, die so ein System hat. Die
Energie, die so eine Kugel hat, ist abhängig vom Betrachter und die ist nur
relativ auf irgendetwas. So. Und das ist glaube ich so der wesentliche Kern der
speziellen Relativitätstheorie. Und da wird es dann auch gleich … da muss ich
euch gleich nochmal richtig eins um die Ohren hauen. Diese Veränderung des
Impulses, und damit auch der Masse in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit. Das
ist so das zweite wesentliche Element der speziellen Relativitätstheorie. Wenn ich
etwas schneller mache, also beschleunige, und da kommt ein neues Wort. Ist ja hier
für blutige Anfänger. Beschleunigung heißt ja, ich mache irgendetwas immer schneller,
mache ich ja auch immer relativ zu irgendetwas. So,wenn ich also etwas
beschleunige, dann verändere ich automatisch auch die Masse von dem, was
ich da beschleunige. Das heißt, die Masse steigt. Das ist … Wir kommen gleich noch
zur Kurve und dann kriegt ihr das auf den Schirm. Das heißt, wenn ich was immer
doller beschleunige, wird … hat es immer mehr Masse und ich brauche immer mehr
Energie, um das noch weiter zu beschleunigen. Und das Ganze eskaliert in
der Nähe der Lichtgeschwindigkeit. Wenn ich also jetzt mit fast 99,99%
Lichtgeschwindigkeit was bewege, relativ zu etwas anderem, und möchte es noch
weiter beschleunigen, dann brauche ich wahnwitzig viel Energie, weil es schon so
viel Energie und damit Masse hat. Und das wusste man auch schon lange vor Einstein,
ist auch noch eine wichtige Erkenntnis. Einstein hat sich, mit Verlaub e=mc^2
nicht selber ausgedacht. Einstein hat es nur zu Ende gedacht. e=mc^2 war
in speziellen Fällen von vielen anderen Wissenschaftlern vorher auch schon
verwendet. Fresnel, Poincaré, und so weiter. Die wussten im Prinzip schon, dass
die magnetische Energie proportional zu einer Scheinmasse mit Quadrat der
Lichtgeschwindigkeit … also der ist nicht so woof, schwuppdiwupp, aus dem Himmel
fällt diese Formel, sondern das ist eine Gemeinschaftsarbeit von ganz ganz vielen
Wissenschaftlern und Physikern der damaligen Zeit. Einstein war brilliant
darin, das zu Ende zu denken. Einstein war brilliant darin, das auf den Punkt zu
bringen und konsequent anzuwenden und zu sagen, und dann auch zu beweisen, dass ist
wirklich nicht nur für Spezialfälle so, sondern er konnte zeigen, es ist für alle
Fälle so. Das heißt, um etwas zu beschleunigen, um was immer weiter zu
beschleunigen, brauche ich immer immer mehr Energie. Und jetzt möchte ich euch
ein Bild ins Hirn zaubern. Jetzt stellen wir uns mal vor, dass die Zeit eigentlich
so was spezielles anderes wie Raum gar nicht ist. Stellen wir uns mal vor … Und
das ist ja eine der großen Leistungen von Einstein, dass die Zeit Teil des Raums,
ist also sozusagen verbunden. Ich kann, wenn ich mich verabreden will, dann kann
ich mich nicht nur drüben am Info Point verabreden, sondern ich muss auch sagen,
wann, sonst verfehlen wir uns, wie wir uns im Raum verfehlen, wenn der Ort nicht klar
ist. Das heißt, physikalisch gesehen, ist die Zeit auch gar nicht so etwas
Spezielles. Die hat irgendwie nicht so spezielle Parameter. Also ein Physiker
könnte dir gar nicht so genau sagen, was die Zeit ist. Und Einstein hat jetzt einen
Trick gemacht: Hat er gesagt, pass mal auf. In Wirklichkeit, und das kriegt man
in der Schule komischerweise so gar nicht erzählt, obwohl ich es total anschaulich
finde. In Wirklichkeit bewegen wir uns die ganze Zeit alle immer mit
Lichtgeschwindigkeit, und zwar durch die Zeit. Wir sausen hier in dieser vierten
Dimension. Wo auch immer die hindeutet, dieser Vektor da. Da bewegen wir uns mit
Lichtgeschwindigkeit die ganze Zeit Vollkaracho. Ja und deswegen merken wir
von dieser Raum-Dimension auch nichts. Wenn es eine wäre, weil in dieser Richtung
ist dann ja alles anders. Und wie wir uns durch diese … durch diese Dimension mit
Lichtgeschwindigkeit bewegen, sobald ich mich jetzt ein bisschen in einer der drei
anderen bewege, bewege ich mich um genau diesen Teil weniger in der Zeit. Das
heißt, der Vektor, der durch die Raumzeit, der ist immer gleich lang. Das heißt, die
Geschwindigkeit durch die Raumzeit … Egal, wohin ich mich gerade bewege, ist immer
gleich lang. In Wirklichkeit bewegen wir uns tatsächlich immer mit
Lichtgeschwindigkeit, nur solange wir stehen, durch die Zeit. Und nur, wenn wir
rennen und dann wird auch klar: Eigentlich drehe ich diesen Vektor nur und zwar aus
dem … aus der Richtung Lichtgeschwindigkeit … Richtung Zeit in
Richtung irgendeiner anderen Raumdimension. Deswegen ist auch klar:
Wenn ich den um 90 Grad drehen möchte, muss ich den mit sehr, sehr, sehr viel
Energie drehen. So jetzt kommen wir zum … haben wir nur ganz wenig Zeit. Die
allgemeine Relativitätstheorie: Die Dinge ändern sich kolossal, wenn sie
beschleunigt werden. Das haben wir vorhin schon gesehen. Wenn sich also zwei
gleichförmig in zwei verschiedene Richtungen bewegen, aneinander vorbei,
relativ zueinander, dann sehen sie, dass der jeweils andere … bei dem vergeht die
Zeit langsamer. Wenn jetzt einer von den beiden rumdreht, wieder zu dem einen
hinfliegt, dann wieder langsamer wird, sodass sie wieder gleich schnell sind,
dann werden sie feststellen: Der, der beschleunigt wurde, für den ist die Zeit
wirklich langsamer vergangen, weil der hat was von Beschleunigung gemerkt. Der andere
war ja unbeschleunigt, der hat sich quasi gar nicht bewegt. Der aber beschleunigt
wurde, um den anderen einzuholen, der konnte nicht mehr sagen: Ich bin der
unbeschleunigte Beobachter, sondern der wusste, weil Beschleunigung kann man
messen, ja: Wenn ich auf einer Rakete stehe oder im
Auto sitze, Tesla, Vollgas, dann merkst du Beschleunigung. Das kannst du messen,
wenn du dir einen Wagen … eine Waage in den Rücken schnallst. Dann zeigt die dir
was an, wenn du beschleunigst. So, und diese Beschleunigung, die verändert deine
Geschwindigkeit. Und die verändert natürlich auch den Lauf deiner Zeit. Das
heißt, deine Zeit geht dann tatsächlich langsamer und zwar auch in Bezug auf den
anderen Beobachter als die des anderen Beobachters. Das heißt, wenn die sich
treffen, dann wird die Zeit dessen, der beschleunigt wurde, langsamer vergangen
sein als die des anderen. Und jetzt kommen wir da zu einem kleinen Clue. Jetzt hat
sich Einstein gedacht: Jetzt tun wir doch mal Leute gedacht in ein Karussell, wie
der Weltraum, großes Karussell, rund, oder so eine große Raumstation, die dreht sich,
drin steht jemand und wird durch die Zentrifugalkraft an die Wand gedrückt. Für
den fühlt sich das so an wie bei uns auf dem Boden. Ja? So, der Boden, der hat
jetzt sozusagen Druck. Der übt jetzt Druck auf ihn auf, damit er nicht wegfließt. Das
ist genau das Gleiche wie das, was wir erfahren, wenn wir hier auf der Erde
stehen. Wenn wir hier stehen und Druck spüren, dann werden wir von diesem
Fußboden beschleunigt. Es ist also tatsächlich nicht so und es ist auch ein
großer Irrtum, der gerne gemacht wird, dass die Gravitationskraft eine Kraft
wäre, sondern vielmehr ist es die Kraft, die der Boden auf mich ausübt, um mich in
dieser Richtung zu beschleunigen. Wohingegen das Objekt, das hier frei
fällt, unbeschleunigt ist; das wird nicht beschleunigt, das sieht nur so aus. Das
kann man tatsächlich auf eine Art messen. Das Experiment könnt ihr wahrscheinlich
alle machen: Ihr könnt ein Handy in die Hand nehmen. Könnt diese Sensoren, hier
Beschleunigungssensoren, nehmen. Auf ’nem Graphen anzeigen. Dann werft ihr das hoch, fangt es
wieder auf, nicht fallen lassen, da geht es kaputt und dann seht ihr dass für den Fall des
freien Fluges alle drei Linien genau auf Null waren da war keine beschleunigt.
Ich weiß, wir müssen zum Ende kommen. Ich hab’s ja gesehen. Aber es ist so spannend.
Und eine halbe Stunde ist einfach sehr kurz. Das heißt, wichtiger letzter
Aspekt an dem Punkt: Die Erdbeschleunigung ist tatsächlich eher die, dass die Erde
mich in dieser beschleunigt … in dieser Richtung beschleunigt und nicht, dass es
irgendwas anzieht, das tut es nicht. Stattdessen folgt das Objekt, das sich
hier in dieser Richtung, Richtung Erdmittelpunkt bewegt, einfach nur den
kräftefreien unbeschleunigten Bewegungen. Also jemand der fällt wird von sich sagen:
Beschleunigung. Da merke ich nichts von. Merke ich nicht, aber ich merke was:
Stellt euch morgens auf die Waage, dann merkt ihr was von Beschleunigung. Da zeigt
nämlich ein Zeiger was auf. Genau das gleiche was ihr sehen würdet, wenn ihr im
Weltraum in einer Rakete schwerelos schwebt und sagt, da merke ich nichts von.
Jetzt gibt die Rakete Gas. Dann seht ihr eine Beschleunigung, das heißt, das was
passiert ist. Die Erde beschleunigt euch. In dieser Richtung und nicht etwa die
Gravitation euch in dieser Richtung. Damit müssen wir leider schon zum Ende kommen.
Ich weiß, es ist sehr eingedampft. Wer Bock hat: Wir können uns gerne irgendwo eine
Ecke setzen und ich kann noch drei Stunden weiter darüber erzählen. Haben wir noch
Zeit für 2-3 Fragen?
Herald: Höchstens eine glaube ich. Haben wir eine ganz wichtige Frage? Dann kommt
jetzt ans Mikrofon. Sonst, kannst du vielleicht sagen, wo man dich finden kann?
Wenn du dir jetzt kurz was ausdenkst, werden sich bestimmt einige sehr freuen. …
Es ist völlig egal, nur macht's einfacher.
Steini: Wer Bock hat, kommt hier nachher hin, dann können wir uns noch hinsetzen.
Herald: Bei Mikrofon #1, eine ganz
wichtige Frage
Mikrofon #1: Ja, ganz kurz gefragt. Was ist Beobachtung?
Steini: Oh, interessant.
*applaus*
Steini: Danke … Wir haben … Bisher hatten
wir nur eine einzige Möglichkeit der Beobachtung. Und seit kurzem, seit dem
LIGO-Experiment, ist eine zweite dazugekommen. Beobachten ist das Erfassen
von elektromagnetischer Strahlung Genau das und nichts anderes. Wir können nichts
anderes tun, als beobachten elektromagnetischer Wellen. Jetzt können wir seit wieder mal belegt
wurde, dass Einstein tatsächlich recht hatte, Einstein hat nämlich
Gravitationswellen vorhergesagt und die sind vor einem Jahr oder so, inzwischen
auch mehrfach gemessen worden. Inzwischen gibt es eine zweite Möglichkeit, die zu
beobachten. Wir können nämlich Gravitationswellen sehen. Die sehen wir
nur, wenn sehr sehr schwere Objekte kollidieren. Das tun die aber dann so
doll, dass binnen Millisekunden mehrere Sonnenmassen an Materiene Energie
zerstrahlt in Form von Gravitationswellen und die können wir hier auf der Erde
messen und da können wir sogar sehen, weil es inzwischen viele, mehrere solcher
Dinger gibt, aus welcher Richtung das kam und dann hinschauen, was an dieser Stelle
elektromagneitsch passiert. Das heißt, seit ganz kurzem haben wir eine zweite
Möglichkeit, zu beobachten. Sonst kann man nur elektromagnetisch beobachten.
Herald: OK, das muss jetzt leider echt
das Ende sein, weil wir haben schon ein bisschen überzogen. Also, danke für eure
Aufmerksamkeit und noch mal einen riesen Applaus für Steini!
Steini: Vielen Dank.
*Applaus*
*34c3 outro*
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