Die rätselhafte Welt bei hohen Geschwindigkeiten

3. Die rätselhafte Welt bei hohen Geschwindigkeiten • Phantasie ist wichtiger als Wissen, • denn Wissen ist begrenzt. • Phantasie umgibt die ganze Welt. www-linux.gsi.de/~wolle

4. Am Äquator rotiert die Erde mit 1700km/h (1100km/h) Zum Vergleich: Der Mars dreht sich mit 87 000km/h Die Venus dreht sich mit 130 000km/h Die Erde dreht sich um die Sonne mit 108 000km/h Die Sonne dreht sich um das Zentrum der Milchstrasse mit 900 000km/h Die Milchstrasse gehört zu einer Gruppe von 10000 Galaxien. Wir bewegen uns durch den Supercluster Richtung der Konstellation Centaurus mit 2 000 000km/h Der Raum zwischen den Galaxien dehnt sich mit (18-72) 000 000km/h aus. Lichtgeschwindigkeit: 1 080 000 000km/h

5. Reisen mit fast Lichtgeschwindigkeit Nähert man sich Jupiter mit 80% Lichtgeschwindigkeit, so ist seine Farbe ins Blau verschoben. (Dopplereffekt)

7. Reisen mit fast Lichtgeschwindigkeit Bei 99% Lichtgeschwindigkeit sind die Saturnringe verzerrt, da das Licht von den verschiedenen Stellen unterschiedliche Zeit zu uns braucht.

9. Aberration: Winkelkompression der Lichtstrahlen zwischen dem ruhenden und bewegten Beobachter Verzerrung: Änderung der Gestalt und Position eines Objekts, da unterschiedliche Teile zu unterschiedlichen Zeiten gesehen werden

12. Eine Kugel (a) ist bei 95% Lichtgeschwindigkeit zu einem Ellipsoid kontrahiert (b). Wenn man die bewegte Kugel ansieht, erscheint sie kreisrund, dafür gedreht (c). "Klassisch" (d.h. ohne Längenkontraktion) berechnet, sieht die bewegte Kugel eher wie ein Zeppelin aus (d).

13. Der Würfel bewegt sich mit 95% Lichtgeschwindigkeit. www.tat.physik.uni-tuebingen.de/~tmueller/SRTVis

14. Der Doppler Effekt • Nähert sich das Polizeiautowerden die Schallwellen komprimiert und die Tonhöhe nimmt zu. • Entfernt es sich werden die Schallwellen gestreckt und die Tonhöhe nimmt ab.

15. Rotverschiebung (Doppler Effekt)

17. Edwin Abbott Abbott (1838-1926)

27. Zeitmessung

28. Zeitmessung Was ist Zeit? „Zeit ist das, was man an der Uhr abliest.“Albert Einstein

29. Zeitmessung bessere Fragestellung: Wie misst man Zeit? Zeiteinteilungdurchwiederkehrende Ereignisse

30. Zeitmessung Zeitmessung mittelsLichtuhr bewegteLichtuhrentickenlangsamer

31. Zeitmessung mit bewegten Uhren So lange sich zwei Personen nicht bewegen, bestätigen beide, dass ihre Uhren im gleichen Takt ticken. Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, denkt der ruhende Beobachter, dass die bewegte Uhr langsamer tickt als die eigene.

32. Geschwindigkeit v/c Zeitverzögerung 10% 0.995 20% 0.980 30% 0.900 40% 0.908 50% 0.893 60% 0.800 70% 0.714 80% 0.600 90% 0.436 99.9% 0.045

33. Darstellung im Raumzeit-Diagramm Eine Uhr bei 0% Lichtgeschwindigkeit Die gleiche Uhr bei 90% Lichtgeschwindigkeit

34. Relativität

35. Relativität vor Einstein Die Geschwindigkeit des Balls beträgt für Dave 40 ft/s Die Geschwindigkeit von Dave relative zu Nolan ist 50 ft/s So beträgt die Geschwindigkeit des Balls relative zu Nolan 90 ft/s Bei große Geschwindigkeiten 300,000,000 m/s für Dave, sind nicht gleich 300,000,000 m/s relative zu Nolan? Eine Sekunde für Dave sind nicht eine Sekunde für Nolan.

36. Das universelle Geschwindigkeitslimit • Abstände schrumpfen in Richtung der Bewegung • Massen werden größer mit der Geschwindigkeit • Nichts bewegt sich schneller als Licht

37. Fahrt mit einer Stassenbahn bei nahezu Lichtgeschwindigkeit: Der Scheinwerfereffekt erhellt die Szene voraus und verdunkelt die Szene nach hinten. www.anu.edu.au/Physics/Searle

38. chemische Energie • thermische Energie • kinetische Energie E = Energie (in Joule, J) m = Masse (kg) c = Lichtgeschwindigkeit (m/s)

39. Positron-Elektron Vernichtung e+e- Masse Lichtphotonen e— e+ • Paarerzeugung Lichtphoton Materie ↔ Energie

40. Diese Energie soll eine 100 Watt Glühlampe betreiben: Wie lange wird sie brennen?

41. Sonnenmasse: 2 1030 [kg] 75% Wasserstoff (H), 25% Helium (He) H He 7 1011 [kg/s] Energieertrag: 4 1026 [Ws] 1,4 [kWs/m2] erreicht die Erde Massenunterschied: 0,050 10-27 [kg] Energiegewinn: 0,45 10-11 [J] Energiegewinn: 28,3 [MeV]

42. Spaltung von 235U setzt eine Energie von ~200 MeV (0.000,000,000,032 J) frei. Eine sehr kleine Energiemenge? Es ist jedoch eine Energiemenge, die mehr als eine Million mal größer ist als bei der Verbrennung eines Petrolium-Moleküls in einem Automotor entsteht. Mit anderen Worten: Benutzt man einen Tank Benzin pro Woche, so würde die Spaltenergie eines Tanks 235U für 19000 Jahre ausreichen, bevor man nachtanken müßte!

43. Im Falle von 1000 kg235U Spaltung entsteht eine Masse von 1 kg, die in Energie umgewandelt wird. E=9 1016 J = 2.5 1010 kWh 2.8 109 kg Kohle sind notwendig, um die gleiche Energie zu produzieren.

44. Wenn wir in eine Strassenbahn eintauchen, so rotieren alle Teile unabhängig voneinander und es scheint, als ob sie von innen nach aussen verdreht werden. www.anu.edu.au/Physics/Searle