Physikalische Grundlagen - Relativitätstheorie


Die grundlegende Aussage der Relativitätstheorie besteht in der Feststellung, daß die

Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c = 3 · 108 m/s

überall und immer einen festen Wert hat. Diese erstaunliche aber experimentell gesicherte Aussage hat Auswirkungen für Bewegungen in der Größenordnung von c: Bewegt sich ein Körper bereits mit annähernd Lichtgeschwindigkeit, so kann man seinen Impuls weiter erhöhen, jedoch nähert sich seine Geschwindigkeit asymptotisch der Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, daß im relativistischen Fall Geschwindigkeit und Impuls nicht mehr proportional zueinander sind.

Zu jedem Teilchen gibt es eine Kenngröße, die es unabhängig von seinem Bewegungszustand charakterisiert:

die Ruhemasse.

Für die Gesamtenergie eines Teilchens gilt folgende Formel:

Erlaubt man bei der Auflösung dieser Gleichung auch negative Lösungen, so ergibt sich mit der Quantenmechanik die theoretische Beschreibung von Antimaterie. Betrachtet man stattdessen Teilchen in Ruhe, so ergibt sich die berühmte Formel:

Diese und die folgenden Formeln sollte man zum schnelleren Verständnis kennen:

mit

Hierbei sollte man beachten, daß bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit folgendes gilt:

Die relativistische Verallgemeinerung der Formel für den Impuls lautet:

.

Eine Konsequenz der Relativitätstheorie ist es, daß die Zeit in bewegten Systemen (') langsamer läuft als in ruhenden. Es gilt:

Die aus der klassischen Mechanik bekannten Erhaltungssätze gelten auch hier und daher kann man aus den Energien und Impulsen von Zerfallsprodukten auf die Ruhemasse des ursprünglichen Teilchens schließen: