Unterschied zwischen spezieller und allgemeiner Relativitätstheorie
Die Relativitätstheorie von Albert Einstein revolutionierte unser grundlegendes Verständnis von Raum und Zeit im Universum. Bemerkenswert ist, dass Einstein hier zuerst eine spezielle Theorie entwickelte, danach eine allgemeine. Die Spezielle ist relativ einfach, die Allgemeine relativ schwer. Dazu passt das bekannte Zitat von Einstein, der einst sagte: Alles ist relativ.
Die Relativitätstheorie hat allgemeine und spezielle Naturgesetze
Grundsätzlich beschreibt die Relativitätstheorie unser Universum in Bezug auf Raum und Zeit in Abhängigkeit zur Schwerkraft (Gravitation). Der Physiker Albert Einstein entwickelte hier Anfang des 20. Jahrhunderts zwei Theorien: Die spezielle Relativitätstheorie 1905 (SRT) und die allgemeine Relativitätstheorie 1916 (ART). Du stellst jetzt fest, dass normalerweise erst etwas Allgemeines kommt und danach etwas Spezielles nachfolgt. Warum das bei Einstein anders war, wird dir gleich klar:
Einfach gesagt bezieht sich die SRT auf zwei oder mehrere Körper, die sich konstant in eine Richtung bewegen mit konstanter Geschwindigkeit, also ohne Beschleunigung. Bewegt sich einer dieser Körper nicht mehr konstant geradeaus, sondern in einer Kurve, hilft nur noch die ART weiter. Sie erklärt, wie Raum und Zeit durch diese Kurve verändert („gekrümmt“) werden. Die einfache SRT ist also im Prinzip ein Spezialfall der komplexen ART. Deshalb hat sich Einstein zuerst um diesen einfachen Fall gekümmert.
Eine grundlegende Hauptaussage dieser SRT ist die dir vielleicht bekannte Formel E = mc². Sie bedeutet kurz gesagt, dass Energie (E) in Masse (m) oder umgekehrt Masse in Energie umgewandelt werden kann. Dieses Naturgesetz der Gleichwertigkeit (Äquivalenz) vom Energie und Masse beruht auf dem Grundprinzip der für Einstein konstanten Lichtgeschwindigkeit (c). Deshalb zweifeln übrigens viele Physiker an der Verwirklichung der Idee des Beamens aus der Kultserie Raumschiff Enterprise. Also der sekundenschnellen Übertragung eines Körpers von einem Ort zum anderen, der oft noch weit entfernt ist. Dazu bräuchte man eine Geschwindigkeit, die schneller als das Licht ist. In unserer Welt der Relativitätstheorie ist sie aber konstant und kann nicht erhöht werden.
Die ART erweitert ein Gesetz eines anderen bekannten Physikers, das Gravitationsgesetz von Isaak Newton. Der ging davon aus, dass Raum und Zeit im Universum allgemein immer gleich sind. Wie du eben bei der SRT gesehen hast, ist das nicht immer der Fall. Eine Veränderung („Krümmung“) von Raum und Zeit bewirkt, dass Raum und Zeit hier zueinander in Wechselwirkung stehen, also nicht immer gleich sind. Einstein brachte diese Beziehung nun mit der ART in eine berechenbare Form, in der er Raum und Zeit zur vierdimensionalen Raumzeit zusammenfasste. Also nicht nur die bekannten Dimensionen Länge, Breite, Höhe, sondern auch noch Zeit. Stell dir die Raumzeit mal als geometrisches Objekt vor. Das verändert sich unter dem Einfluss von Masse. Durchquert ein Lichtstrahl dieses Objekt, verläuft er nicht immer konstant gerade, sondern bewegt sich auch mal in einer Kurve, also gekrümmt. Das hat dann Einfluss auf die Schwerkraft und zeigt, dass die eben nicht immer genau gleich und konstant ist wie noch Newton annahm.
Physikalischer Meilenstein
Fazit: Die SRT behandelt in erster Linie die Bewegungen von Körpern und Kraftfeldern in Raum und Zeit. Die ART bringt noch die Wechselwirkungen mit einer sich verändernden Materie hinzu und deutet Gravitation als Ergebnis einer gekrümmten vierdimensionalen Raumzeit. Einsteins Relativitätstheorie beeinflusste maßgeblich unsere menschliche Zeit- und Raumwahrnehmung und gilt als Meilenstein der Physik. Ein satellitengestütztes Navigationssystem zum Beispiel würde nicht funktionieren, wenn es nicht exakt auf diese relativistischen Effekte abgestimmt ist.