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Wissen für Angeber: Schwierig? Alles relativ...

Zeit vergeht in Bewegung langsamer als im Stehen (Illustration: Nadine Prange)

Wir haben drei Experten gebeten, uns Relativitätstheorie und Co mal so zu erklären, dass man sie auch wirklich versteht.

Zeit vergeht in Bewegung langsamer als im Stehen (Illustration: Nadine Prange)


 

Phänomen: die Relativitätstheorie

Erfinder: Albert Einstein wurde 1879 in Ulm geboren und machte sein Abitur in der Schweiz. Nach einer kurzen Phase als Lehrer nahm er eine Stelle im Patentamt an, die ihm viel Zeit ließ, ausführlich über die Physik nachzudenken. Ausgangspunkt: Der Wissenschaftler beschäftigte sich mit der Frage: Was passiert mit Licht, wenn man sich nicht mehr mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und beispielsweise von der Massenanziehungskraft beschleunigt oder abgebremst wird? Mathematisch stellte sich dieses Problem der allgemeinen Relativitätstheorie als äußerst anspruchsvoll heraus, sodass Einstein sich erst das nötige Handwerkzeug aneignen musste, bevor er auch dieses Problem nach zehn Jahren intensiver Arbeit löste.

Vereinfacht gesagt: Nehmen wir mal an, James Bond fährt in einem extrem schnellen Auto, das nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fährt, und schießt gleichzeitig mit einer Laserpistole. Für eine am Straßenrand stehende Polizistin wäre klar, dass die Geschwindigkeit des Laserstrahls der Summe der Geschwindigkeiten von Bonds Wagen und des Laserlichts entspricht. Nach Einstein ist das aber nicht mehr der Fall: Die Geschwindigkeit des Laserlichts bleibt gleich. Allerdings wird die Zeit im fahrenden Auto etwas langsamer vergehen als bei der stehenden Polizistin. Merken tut man dies allerdings erst, wenn die Geschwindigkeiten sehr hoch sind, es sei denn, man hat extrem genaue Uhren.

So hat die Theorie die Welt verändert: Einstein war der erste Popstar der Wissenschaft. Dazu trug sicher bei, dass er seine Ergebnisse „einfach, aber nicht zu einfach“ darstellen konnte. Trotzdem beruht ein Großteil seiner Popularität auf einem Missverständnis: „Relativitätstheorie“ bedeutet nicht, dass man alles „so oder so sehen kann“, seine Theorie ist mathematisch eindeutig und lässt keinen Raum für Interpretationen, nur der Begriff der Gleichzeitigkeit muss überdacht werden.

Erklärt von Prof. Dr. Lutz Köpke von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz


Phänomen: die Quantentheorie

Erfinder: Max Planck hat 1900 bemerkt, dass es Quantensprünge in der Natur gibt, anschließend haben viele Physiker fast drei Jahrzehnte benötigt, um daraus eine Quantentheorie zu machen, die endlich erklären kann, warum Atome und damit alle Dinge stabil sind.

Ausgangspunkt: Planck wollte verstehen, warum ein Festkörper, den man erhitzt (zum Beispiel ein Stück Eisen), andere Farben (hier rot- und weißglühend) annimmt. Wie er zu seinem Leidwesen bemerkte, funktionierte das nicht ohne Quantensprünge.

Vereinfacht gesagt: Wenn ein Festkörper (ein Stück Eisen) Energie in Form von Licht abgibt, müssen seine Atome Quantensprünge ausführen. So hat die Theorie die Welt verändert: Vor Planck galt, dass die Natur keine Sprünge macht. Jetzt wissen wir, dass sie stabil ist, solange sie keine Sprünge macht (Quantensprünge).

So findet sie im Alltag Anwendung: Die Quantentheorie zeigt sich im Alltag dadurch, dass es den Alltag – also die Dinge um uns herum – überhaupt gibt. Ohne Quanten keine stabilen Atome, ohne Atome keine Dinge. Ohne Quanten keine chemische Bindung, ohne chemische Bindung keine Stoffe und so weiter. Ohne Quantentheorie gäbe es keine Transistoren, ohne Transistoren keine Chips, ohne Chips keine Computer – also: ohne Quantentheorie keine moderne Computer-Technik und keine elektronischen Bauteile.

Erklärt vom Wissenschaftshistoriker Ernst Peter Fischer

 

Phänomen: die Wahrscheinlichkeitstheorie

Erfinder: Erst im 20. Jahrhundert begründete Andrey N. Kolmogorov die Wahrscheinlichkeitstheorie als Teilgebiet der Mathematik.

Ausgangspunkt: Gegenstand der Wahrscheinlichkeitstheorie ist die Erforschung der Natur und der Gesetze des Zufalls, wobei zu Beginn vor allem die Analyse von Glücksspielen die Entwicklung vorantrieb. Die Wahrscheinlichkeitstheorie ermöglicht es, zufällige Ereignisse und Phänomene mathematisch zu formalisieren und zu modellieren.

Vereinfacht gesagt: Bei der häufigen Wiederholung von Zufallsexperimenten treten durchaus Gesetze in Kraft. Die Wahrscheinlichkeitstheorie umfasst solche Gesetze des Zufalls und kann helfen, Vorhersagen über unsichere Geschehnisse zu treffen, und damit zu bestimmen, wie wahrscheinlich ein gewisser Ausgang ist.

So hat die Theorie die Welt verändert: Das moderne Versicherungswesen mit Prämien, die mit Risikoeinschätzungen verbunden sind, basiert auf wahrscheinlichkeitstheoretischen Modellen. Sie machen Risiken kalkulierbar.

Und so findet sie im Alltag Anwendung: Die einfache Frage, ob man einen Schirm mit auf den Weg nehmen sollte, kann als Zufallsexperiment gesehen werden – nicht umsonst wird im Wetterbericht von einer „Regenwahrscheinlichkeit“ gesprochen.

Erklärt von Dr. Markus Bibinger von der Humboldt-Universität Berlin

 
 
Kategorie: Lernen
 

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