Lisa und die Relativitätstheorie

Lisa und die Relativitätstheorie

Lisa sitzt morgens am Frühstückstisch und unterhält sich mit ihrem Vater über die Relativitätstheorie von Albert Einstein. In der Schule hat sie gehört, dass Objekte, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen anderen Gesetzen unterliegen, als ruhende oder nur langsam bewegte Objekte. Ihr Vater will das alles kaum glauben und verlangt ein paar Beispiele. Lisa nimmt sich ein Blatt Papier und schreibt eine Formel auf:

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„Wenn sich ein Objekt bewegt nimmt seine Masse zu“, sagt Lisa.

„Nehmen wir mal an wir beschleunigen Mama. Würde sie dann dicker werden?“

„Ja! Mama wiegt 75kg. Wenn sie mit dem Auto 100 km/h fährt wiegt sie schon 75,0000000000003 kg. Ihre Masse hat um 0,3 Nanogramm zugenommen. Wenn sie sich auf einen Satelliten im Weltall setzt, der fliegt nämlich mit bis zu 16 km/s, wiegt Mama schon 75,0000001 kg. Sie ist also schon um 0,1 Milligramm  schwerer geworden.“

„Und was ist jetzt mit der Lichtgeschwindigkeit? Wie viel wiegt Mama dann??“

„Wenn Mama annähernd mit Lichtgeschwindigkeit fliegt… Dann wiegt sie… 117 Tonnen“

„117 Tonnen!?!?!? Das ist aber viel! Dann lassen wir das lieber mit der Lichtgeschwindigkeit!“

Lisa und ihr Vater lachen herzlich und Lisa erklärt ihrem Vater noch ein wenig mehr über Einstein.

Es hört sich total verrückt an, aber der Effekt, den Lisa beschreibt, ist nur einer von vielen, die sich bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit bemerkbar machen. Bei sehr schweren Elementen erfahren die kernnahen Elektronen eine so große Beschleunigung (um derKernanziehung entgegenzuwirken), dass diese einen Massezuwachs erfahren und somit die physikalischen Eigenschaften der Elemente erheblich beeinflussen. Gold ist nur golden, da sich im inneren der Atome Elektronen so schnell bewegen, dass sich ihr Massenzuwachs auf die Lichtabsorptionsfähigkeit des Goldes auswirkt. Wäre dies nicht der Fall hätte Gold die selbe Farbe wie Silber. Auch der flüssige Aggregatzustand von Quecksilber (Hg) kann durch den relativistischen Effekt erklärt werden (Siehe unten). Ebenfalls faszinierend ist die Tatsache, dass, laut Einstein, die Zeit für bewegte Systeme im vergleich zum ruhenden Beobachter langsamer vergeht. Ein sehr gutes Beispiel ist der GPS-Sattelit, der sich mit 3,85km/s um die Erde bewegt. Das ist zwar nicht mal eine Näherung an die Lichtgeschwindigkeit, aber reicht aus um diesen Effekt zu beobachten. Insgesamt gehen die Uhren im GPS-Satteliten 38 Mikrosekunden/Tag vor. Würde man die Relativitätstheorie bei der Ortsbestimmung mit dem GPS nicht berücksichtigen, würde innerhalb von einer Woche eine Fehler von 80km entstehen. Selbstverständlich werden die Uhren auf der Erde und die im Satteliten so eingestellt, dass solche Fehler nicht entstehen.

Wer noch mehr über die Relativitätstheorie und ihre Effekte erfahren möchte, dem empfehle ich ein klasse Youtube Video

Warum ist Quecksilber flüssig?

Als Element der 12. Gruppe des PSE besitzen Quecksilberatome komplett gefüllte s- und d-Orbitale, was eine sehr stabile und energetisch günstige Konstellation bedeutet. Das Leitungsband ist dadurch leer. Bei den leichteren Homologen Zink und Cadmium, die in derselben Gruppe des PSE wie Quecksilber stehen, jedoch bei Raumtemperatur fest sind, ist der energetische Unterschied zwischen dem Valenzband zum Leitungsband so gering, dass Elektronen problemlos vom Valenz- ins Leitungsband springen können, wodurch eine Metallbindung zustande kommt. Die kernnahen 1s-Elektronen des Quecksilbers bewegen sich mit 58% der Lichtgeschwindigkeit und erfahren somit einen Massezuwachs von 23%, was ebenfalls eine Verkleinerung des Bahnradius der 1s-Elektronen um 23% zufolge hat und somit eine Orbitalkontraktion. Insgesamt ist der Radius der Hg-Atome dadurch kleiner als erwartet. Besetzte Orbitale werden so näher an den Kern herangezogen, sowie auch das Valenzband des Quecksilbers. Unbesetzte Orbitale, das Leitungsband, werden nicht näher an den Kern gezogen, was zu einer besonders großen Energiedifferenz zwischen Valenz- und Leitungsband führt, die bei Zink und Cadmium deutlich geringer ist. So können kaum Elektronen das Valenzband verlassen, wodurch die Metallbindung außergewöhnlich schwach ausfällt. Dies erklärt zugleich auch die Flüchtigkeit und die für Metalle untypische schlechte Leitfähigkeit des Quecksilbers.

4 Replies to “Lisa und die Relativitätstheorie”

  1. Relativistische Massen gibt es nicht

    Eine relativistische Masse gibt es nicht, weil die Masse nicht von der Geschwindigkeit abhängig ist. Wenn eine Person auf der Erde eine Masse von 80 kg hat, dann gilt dieser Wert überall im Universum. Würde sich diese Person in ein Raumschiff begeben, das anschließend mit 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit durchs All fliegt, nimmt diese Person nicht ein einziges Gramm an Masse zu. Wieso auch? Diese Person hat ja keine Nahrung zu sich genommen.

    Die Masse entspricht dem Ausmaß an Materie bzw. Antimaterie eines Körpers. Eine relativistische Zunahme der Masse aufgrund einer höheren Geschwindigkeit ist somit Unsinn. Weil sich an der Menge der Materie bzw. Antimaterie bei der Person während der Reise im Raumschiff nichts geändert hat, kann sich auch die Masse der Person nicht geändert haben. (Wegen der höheren Geschwindigkeit ändert sich nur die Wirkung.)

    Wenn sich eine Person auf eine Waage stellt, misst sie (nicht die Masse, sondern) ihr Gewicht – von z. B. 784 Newton. Diese Gewichtskraft von 784 Newton zeigt aber keine Waage an, weil jede Waage automatisch durch 9,8 dividiert. Als Ergebnis erhält man die Masse von 80 kg, da die Fallbeschleunigung auf der Erdoberfläche rund 9,8 m/s² im Vakuum beträgt.

    (Gewichts)-Kraft = Masse · Beschleunigung F = m · a

    Masse = (Gewichts)-Kraft / Beschleunigung m = F / a

    784 Newton
    —————– = 80 kg
    9,8 m/s²

    Auf dem Mond erzielt dieselbe Person durch die geringere Anziehungskraft des Erdtrabanten eine Gewichtskraft von lediglich 129,76 Newton. Eine Erdwaage wäre auf dem Mond nutzlos, weil auf der Mondoberfläche eine Fallbeschleunigung von 1,622 m/s² im Vakuum herrscht. Eine richtig geeichte Mondwaage dividiert also stets durch den Wert 1,622, wodurch man wieder die Masse von 80 kg für die Person erhält.

    129,76 Newton
    ——————— = 80 kg
    1,622 m/s²

    Die Erde und ihr Mond sind fast allen Geschwindigkeiten im Universum im gleichen Ausmaß ausgesetzt – wie der Geschwindigkeit der Milchstraße, der Umkreisungs-Geschwindigkeit um das Galaxie-Zentrum, der Reisegeschwindigkeit um die Sonne. Die einzigen Ausnahmen stellen die zusätzliche Umkreisungs-Geschwindigkeit des Mondes um die Erde und die Rotation der Erde dar. Und weil der Mond mit höherer Geschwindigkeit um die Erde kreist, als die Erde um ihre Achse rotiert, hat der Mond eine höhere Gesamtgeschwindigkeit als die Erde aufzuweisen. Da der Mond immer eine höhere Gesamtgeschwindigkeit hat, müsste laut Relativitätstheorie die gemessene bzw. berechnete Masse jener Person auf der Mondoberfläche mehr als 80 kg ausmachen. Entweder ist die obige Berechnung bzw. die Messung auf dem Mond nicht korrekt, oder die Relativitätstheorie ist falsch. Sonderbar ist, dass ein bekennender Relativist die obige Berechnung sowie die Erläuterung von Gewicht und Masse als richtig bezeichnet hat. Jetzt kann sich jeder selbst seinen Reim darauf machen.

  2. Die relativistische Zunahme von Masse gibt es nicht

    Die Formel für die relativistische Masse:

    m‘ = m / sqrt(1 – v²/c²)

    Wenn jemand der halben Lichtgeschwindigkeit ausgesetzt wäre, würde seine Masse angeblich um 15,47 Prozent zunehmen.

    m‘ = m / sqrt(1 – (c/2)²/c²) = m / sqrt(1 – 0,25) =

    m‘ = m / 0,866 … = m · 1,1547 …

    Falls etwas mit Lichtgeschwindigkeit flöge, würde sich dessen Masse ins Unendliche erhöhen.

    m‘ = m / sqrt(1 – c²/c²) = m / sqrt(1 – 1) = m / 0 = unendlich

    Allerdings ist nur Strahlungsenergie mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs, die keine Masse besitzt – obwohl von relativistischer Seite (auch) das Gegenteil behauptet wird.

    Bekannt ist, dass unsere Milchstraße mit immenser Geschwindigkeit durch den Weltraum reist. Aber der Wert dieser hohen Geschwindigkeit ist den Experten nicht bekannt. Wie ist es dann möglich, dass wir in der Lage sind, die Masse (z. B. eines Menschen) auf Erde oder auf dem Mond genau zu bestimmen? Wie ist es möglich, dass die Masse desselben Menschen trotz unterschiedlicher Gesamtgeschwindigkeit auf Mond- bzw. Erdoberfläche identisch ist?

    Die Geschwindigkeit der Erde auf ihrer Reise um die Sonne variiert zwischen 29,3 km/s und 30,3 km/s. Wenn diese Geschwindigkeit bei 29,3 km/s liegt, müssten die Menschen laut Relativitätstheorie weniger Masse aufweisen, als wenn diese Geschwindigkeit eher bei 30,3 km/s liegt. Warum ist diesbezüglich noch nie eine Masse-Unterschied registriert worden?

    Die Masse eines Elektrons beträgt 9,109 382 … · 10 hoch -31 kg. Man stelle sich das vor: Es ist machbar, auf 10 hoch -31 (und noch kleinere Werte) genau zu messen! Aber die Experten sind nicht fähig, den relativistischen Masse-Unterschied bei verschiedenen Umlaufgeschwindigkeiten der Erde um die Sonne festzustellen. Warum wohl? Und hat man diese Masse des Elektrons bei einer Umlaufgeschwindigkeit von 29,3 km/s oder eher bei 30,3 km/s erhalten?

    Die Antwort auf diese Fragen ist sehr einfach: Da die relativistische Massenzunahme (bei steigender Geschwindigkeit) ein offenkundiger Quatsch ist, wird die gesamte Relativitätstheorie völlig unglaubwürdig. Sogar Einstein hat in einem Brief festgehalten, man möge nicht mit der relativistischen Masse, sondern mit der Ruhe-Masse* rechnen, da sich sonst unzutreffende Resultate ergeben. Alleine dies ist wie ein Eingeständnis, dass mit der relativistischen Masse etwas nicht stimmen kann. (* ‚Ruhe‘-Masse gegenüber wen oder was, wenn doch die Erde stets in Bewegung ist? Hier liegt ein grundlegender Denkfehler vor, der nie beachtet wurde!)

    1. Ziemlich verrückt, dass trotz deines überzeugenden Beweises ein Atomkraftwerk trotzdem mit E=mc² funktioniert. Vielleicht… läuft es nur so lange, wie du nicht verrätst, dass die Relativitätstheorie falsch ist? Also pssst! 😀

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