Alles ist relativ

Spannende Alltagsfragen in leicht verständlicher Weise aus den vielfältigen Bereichen der Wissenschaft - von den Naturwissenschaften bis zur Mathematik.
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jens
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Alles ist relativ

Beitrag von jens »

Heute will Hugo wissen, warum man nicht älter wird, wenn man sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt.
Alles ist relativ

Hugo
Heute hätte ich gerne, daß du mir etwas erklärst. Es ist wegen einer Sache, die ich im Fernsehen gesehen oder gehört habe. Wenn man eine Reise um die Erde macht, die 20 Jahre dauert und sich auf dieser Reise mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, ist man nicht älter geworden, wenn man wieder heimkommt? Warum?

Lehrer
Du kannst das nicht wissen, aber damit berührst du eine der kompliziertesten Fragen der Wissenschaft überhaupt. Wie alle Fragen übrigens, die mit dem Begriff Zeit in Verbindung stehen. Also erwarte bitte nicht, daß ich dir darauf eine wirklich vollständige und befriedigende Antwort geben kann. Das ist unmöglich, die Sache ist einfach zu kompliziert. Zunächst einmal aber mußt du folgendes wissen: Was du da im Fernsehen gesehen hast, Hugo, war Science Fiction, denn es ist unmöglich, mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen, das geht gar nicht.

Hugo
Da war ein Rennwagen mit Raketenantrieb zu sehen. Ich hab‘ gemeint, die fahren mit Lichtgeschwindigkeit.

Lehrer
Lichtgeschwindigkeit ist viel, viel schneller! Es ist völlig undenkbar, es ist absolut unmöglich, so schnell zu fahren,
weil das Licht keine Materie ist, d.h., es besitzt keine Masse. Wenn du einen schweren Gegenstand mit einer bestimmten Kraft anschiebst und danach etwas Leichtes mit der selben Kraft, welches der beiden Objekte bewegt sich wohl schneller?

Hugo
Na das leichtere.

Lehrer
Genau! Vorausgesetzt, man befindet sich auf einer geraden Ebene. Das Licht, das ja überhaupt keine Masse besitzt, erreicht die höchstmögliche Geschwindigkeit. Und diese Geschwindigkeit stellt für uns arme kleine, schwere Geschöpfe eine Grenze dar. An die Lichtgeschwindigkeit können wir niemals herankommen.

Hugo
Ja, aber im Fernsehen haben sie gesagt, wenn man eine wahnsinnsschnelle Rakete nimmt erreicht man eine so hohe Geschwindigkeit, daß man nicht älter wird!

Lehrer
Du erzählst da Science-Fiction-Stories! Stellen wir uns das einfach mal vor! Man würde zwar altern, aber nicht so schnell. Je schneller ich mich bewegte, desto langsamer würde ich älter. Für das Licht hingegen vergeht die Zeit überhaupt nicht, es wird gar nicht älter.

Hugo
Das Licht kann nicht älter werden, das ist dann aber nichts Menschliches, nichts Lebendiges. Aber wie ist das bei uns? Wenn wir langsamer älter werden, was passiert dann mit unserem Herz?

Lehrer
Genau, du sprichst vom Herz. Nehmen wir einmal an, ich wäre auf einem solchen Raumschiff! Mein Herz schlägt ganz normal da oben, und deins auch, nur bist du unten auf der Erde geblieben. Aber wenn ich wieder zurück bin, unsere Herzschläge nachzähle, werden wir feststellen, daß mein Herz sehr viel weniger oft geschlagen hat als deins.

Hugo
Aber wie ist das möglich? Das versteh‘ ich nicht, warum soll mein Herz denn schneller schlagen als deins?

Lehrer
Es schlägt nicht schneller, es schlägt nur öfter innerhalb einer gegebenen Zeit. Was da in meinem Raumschiff passiert, ist immer relativ zu den Ereignissen auf der Erde zu sehen. RE-LA-TIV.
Es geht um Relativität. Es bedeutet, daß eine Sache nicht absolut ist. Sie bezieht sich auf irgendwas anderes, es geht also nicht um sie alleine.

Hugo
Aber ich verstehe nicht, warum die Zeit bei dir in dem Raumschiff und bei mir auf der Erde nicht gleich ist. Die Zeit ist doch immer die selbe!

Lehrer
Nun, es stimmt schon, die Zeit läuft für jeden von uns gleich ab, aber im Verhältnis untereinander sind diese beiden Zeiten verschieden. Du mußt einfach begreifen, was es mit dieser komischen Relativität auf sich hat. Hast du noch nie so ein merkwürdiges Gefühl gehabt, wenn du in einem Zug sitzt und dieser Zug dann langsam anfährt? Das Gefühl, daß eigentlich der andere Zug gegenüber, den du aus dem Fenster sehen kannst, sich bewegt und nicht der, in dem du sitzt?

Hugo
Das passiert mir immerzu!

Lehrer
Siehst du, und jetzt stell‘ dir vor, daß dieser Zug schneller wird und eine Kuh, die da auf der Weide grast, ihn vorbeifahren sieht. Wir nehmen mal an, wir sind auf dem Land. Vor deinen Augen zieht die Kuh an dir vorbei, und genauso sieht sie, wie du an ihr vorbeiziehst. Und wenn du nun nicht irgendeinen Anhaltspunkt hast, an dem du erkennst, daß du es bist, der sich bewegt und nicht die Kuh – so etwas nennt man ein Bezugssystem – dann wird es schwierig, zwischen der Kuh und dir selbst zu entscheiden. Jetzt stell‘ dir vor, es ist Nacht, und alle Vorhänge sind zugezogen. Was siehst du jetzt?

Hugo
Leute, die schlafen...

Lehrer
Und was spürst du, wenn wir mal annehmen, daß der Zug keine Geräusche verursacht und nicht vibriert?

Hugo
Ich spüre nichts... Ich bin nur müde und möchte schlafen.

Lehrer
Genau! Du spürst nichts, du spürst keine Bewegung. Wenn dir jeglicher Bezug nach außen fehlt - in diesem Falle also die Kuh, die an dir vorbeizieht - nimmst du gar nicht wahr, daß du dich bewegst. In dem Beispiel vorher hast du nicht gewußt, ob es dein Zug war, der sich bewegt oder der andere, den du gesehen hast, aber du hast zumindest eine Bewegung gespürt. Jetzt aber, nachts im Zug mit den geschlossenen Vorhängen, bemerkst du überhaupt keine Bewegung mehr, eben weil dir der Bezug nach außen fehlt.

Hugo
Aber ich spüre trotzdem, wenn mir die Augen zufallen, und ich merke auch, wenn ich auf dem Weg zur Toilette zickzack laufe.

Lehrer
Das spürst du, weil der Zug in Wirklichkeit keine absolut gleichförmige Bewegung macht, er fährt ja nicht immer geradeaus. Er nimmt Kurven und ändert seine Geschwindigkeit beim Beschleunigen oder Abbremsen.

Hugo
Aber das erklärt immer noch nicht, warum man bei hoher Geschwindigkeit nicht älter wird. Denn auch wenn ich im Zug sitze, werde ich älter, das wär‘ ja sonst zu einfach. Dann würde ich immer den Zug nehmen und niemals alt werden.

Lehrer
Also, die Sache mit dem Zug ist ja nur ein Bild. Denn du müßtest dich schon um einige hunderttausend Mal schneller bewegen, als im TGV, damit die Zeit langsamer vergeht.

Hugo
Aber wie kommt das denn, daß die Zeit bei hoher Geschwindigkeit nicht so schnell vergeht und man langsamer älter wird? Warum ist das so?

Lehrer
Das ist genau diese berühmte Frage, die so schwer zu beantworten ist. Ich kann es dir nicht erklären, ich kann dir nur das Ergebnis sagen. Man muß einfach davon ausgehen, daß man bei einer Geschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit nahe kommt, langsamer altert.

Hugo
Wie immer! Jedes Mal ist die Antwort: Man weiß es nicht!

Lehrer
Aber ich weiß viele Dinge! Wenn du mir eine andere Frage stellst, kann ich dir eine Menge erklären! Es ist ja nicht so, daß man über diese Zusammenhänge nichts weiß, aber das alles ist so unheimlich schwer zu verstehen... Man hat dazu nur theoretische Modelle, Fiktionen, "wenn" "falls" und so...! Bisher hat ja noch niemand ein Experiment in einem solchen Raumschiff gemacht. Eine Antwort auf deine Frage könnte ich dir nur mit Hilfe komplizierter mathematischer Berechnungen geben, die Monate in Anspruch nehmen und dich fürchterlich langweilen würden.

Hugo
Und wenn man sich noch schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen würde, könnte man die Zeit zurückdrehen und immer jünger werden!

Lehrer
Warum würdest du denn gerne die Zeit zurückdrehen?

Hugo
Damals, als der Mann mit der Eisenmaske lebte, hatten die Mädchen ganz große Brüste, das gefällt mir....
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