34C3 - Relativitätstheorie für blutige Anfänger

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

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