Die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie Albert ... - feliz.de

Universität Hannover 

Institut für Soziologie 

Seminar: Naturwissenschaft und Technik 

Dozent: Lutz Hieber 

Referent: Felix Tietje 

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Moderne physikalische Theorie – ein allgemeinverständliches Beispiel: 

Gliederung: 

Die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie 

Albert Einsteins 

1. Zur Person Albert Einstein (1879-1955) 

2. Die Relativitätstheorie 

2.1 Die spezielle Relativitätstheorie 

2.2 Die allgemeine Relativitätstheorie 

3. Literaturverzeichnis 

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1. Zur Person Albert Einstein (1879-1955) 

Albert Einstein wurde am 14. März 1879 in Ulm geboren. Seine Jugend verbrachte er in 

München, wo sein Vater zusammen mit seinem Onkel eine Fabrik für elektrische Geräte 

gegründet hatte. Einstein lernte erst mit drei Jahren sprechen, der Unterricht in der Volksschule 

war ihm zuwider und er hatte Probleme mit dem Klassenlehrer. Er verließ 1894 vorzeitig und 

ohne Abschluss das Gymnasium. Allerdings zeigte er ein außergewöhnliches Wissen über die 

Vorgänge in der Natur sowie die Fähigkeit, schwierige mathematische Auffassungen zu 

verstehen. Mit zwölf Jahren lernte er autodidaktisch die euklidische Geometrie. 

1895 bewarb er sich an der Eidgenössischen Polytechnischen Hochschule (später ETH) in Zürich, 

fiel jedoch durch die Aufnahmeprüfung. Daraufhin machte er an der Kantonsschule in Aarau sein 

Abitur nach und immatrikulierte sich kurze Zeit später am Polytechnikum. Studienziel war das 

Diplom eines Fachlehrers für Mathematik und Physik. Einstein begnügte sich damit, ein 

mittelmäßiger Student zu sein, und beendete im Juli 1900 erfolgreich sein Studium mit der 

Diplomprüfung. 

Am 6. Januar 1903 heiratete er gegen den Willen der Familien Mileva Maric, eine ehemalige 

Kommilitonin. 

Nach kurzer Lehrertätigkeit fand Einstein von 1902 bis 1909 eine Stelle als technischer Vorprüfer 

am Eidgenössischen Amt für geistiges Eigentum (Patentamt) in Bern. Trotz der Arbeit im 

Patentamt arbeitete er weiter auf dem Gebiet der theoretischen Physik. Im April 1905 reichte 

Einstein seine Dissertation Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen an der Universität in 

Zürich ein. Im gleichen Jahr veröffentlichte er fünf bahnbrechende Arbeiten in der Fachzeitschrift 

„Annalen der Physik“, die die Grundlagen der Physik um 1900 revolutionierten. 

Drei dieser Arbeiten sollen hier kurz erwähnt werden: In dem ersten Artikel Über einen die 

Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt stellte 

Einstein u.a. den Satz auf, dass elektromagnetische Strahlung aus Lichtquanten bzw. Photonen 

bestehen muss. Obwohl diese Theorie u.a. den photoelektrischen Effekt erklärte, wurde sie von 

anderen Physikern – vorneweg vom Pionier der modernen Physik, Max Planck – zuerst 

abgelehnt, später dann jedoch bestätigt. Mit dieser Arbeit wurde die Grundlage einer 

Quantentheorie der Strahlung gelegt, und ausdrücklich für sie erhielt Einstein den Nobelpreis im 

Jahre 1921. 

Der Artikel Zur Elektrodynamik bewegter Körper enthält die Prinzipien der speziellen 

Relativitätstheorie, auf die weiter unten noch detaillierter eingegangen werden soll. Es folgt kurze 

Zeit später der Artikel Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig. Er 

enthält die berühmte Formel von der Äquivalenz von Masse und Energie: E = m · c 2 . 

Durch diese Arbeiten hat Einstein die wissenschaftliche Welt auf sich aufmerksam gemacht. 

Anfang 1908 wurde Einstein an der Berner Universität habilitiert; Ende des Jahres hielt er seine 

erste Vorlesung. Da er sich nun ganz der Wissenschaft widmen wollte, kündigte Einstein im 

Oktober 1909 seine Stelle am Patentamt und nahm im gleichen Monat eine Tätigkeit als 

außerordentlicher Professor für theoretische Physik an der Universität Zürich auf. 1911 wurde 

Einstein als ordentlicher Professor an die Deutsche Universität Prag berufen, dem er auch Folge 

leistete. Aber schon ein Jahr später kehrte er in die Schweiz zurück, da er nun einen Ruf an die 

Züricher ETH erhielt. 

Auf Einsteins Leistungen aufmerksam geworden, holten Max Planck und der Physikochemiker 

Walther Nernst den jungen Einstein 1914 nach Berlin. Dort machte man ihn zum Mitglied der 

Preußischen Akademie der Wissenschaften, er erhielt eine Professur ohne Lehrverpflichtung an 


der Universität Berlin und wurde zum Direktor des gerade gegründeten Kaiser-Wilhelm-Instituts 

für Physik berufen. 

Im Gegensatz zum beruflichen Erfolg Einsteins traten vermehrt Probleme in der Ehe auf. Sie 

führten dazu, dass seine Frau im Juni 1914 mit den Söhnen wieder nach Zürich zurückkehrte. Im 

Februar 1919 wurde die Ehe geschieden. Ab 1917 litt Einstein an verschiedenen Krankheiten und 

dadurch an einer allgemeinen Schwäche, die bis 1920 andauerte. Während dieser Zeit wurde er 

von seiner Cousine Elsa Löwenthal gepflegt. Die beiden kamen sich näher und am 2. Juni 1919 

heirateten sie. 

In den Jahren 1909 bis 1916 arbeitete Albert Einstein an einer Verallgemeinerung der speziellen 

Relativitätstheorie, die er im März 1916 in dem Artikel Die Grundlage der allgemeinen 

Relativitätstheorie veröffentlichte. 

In den Jahren 1921 bis 1923 reiste er viel, u.a. nach Amerika, England, Frankreich, Japan und 

Palästina. Seit dieser Zeit nahm er auch immer häufiger zu politischen Fragen Stellung, wobei er 

einen pazifistischen Standpunkt einnahm. 1922 wurde Einstein Mitglied der Völkerbundkommission 

für Intellektuelle Zusammenarbeit. Als Gegner jeder Art von Gewalt förderte 

Einstein pazifistische Bewegungen wo er konnte. Außerdem unterstützte er die Zionisten. Er 

setzte sich sehr für die geplante Hebräische Universität in Jerusalem ein, der er auch per 

Testament seinen gesamten schriftlichen Nachlass vererbte. Im November 1952 erhielt Einstein 

sogar das Angebot, Staatspräsident von Israel zu werden, was er jedoch ablehnte, mit der 

Begründung, er sei zu naiv für die Politik. Später äußerte er: „Gleichungen sind wichtiger für 

mich, weil Politik für die Gegenwart ist, aber eine Gleichung ist etwas für die Ewigkeit.“ 

Als Einstein und seine Frau im Dezember 1932 zu einer Vortragsreise in die USA reisten, hatten 

sich die politischen Verhältnisse in Deutschland stark verändert. Bei den Wahlen 1932 etablierten 

sich die Nationalsozialisten als stärkste politische Partei und im Januar 1933 kam es zur 

nationalsozialistischen Machtergreifung. Bedingt durch die politischen Machtverhältnisse und die 

damit verbundenen Geschehnisse im Nazi-Deutschland nach 1933 hat Albert Einstein nie wieder 

deutschen Boden betreten. Im März 1933 erklärte er seinen Austritt aus der Preußischen 

Akademie der Wissenschaften und brach alle Kontakte zu deutschen Institutionen ab, mit denen 

er zu tun hatte. Die Nazis plünderten Einsteins Haus und zogen sein Bankguthaben ein. 

Albert Einstein fand eine neue Heimat in den USA. Er arbeitete ab November 1933 am Institute 

for Advanced Study in Princeton, New Jersey. Im Dezember 1936 starb Einsteins Frau Elsa. 

Seit 1939 wütete in Europa der Krieg. Aus Angst davor, dass in Deutschland an der Entwicklung 

einer Atombombe gearbeitet wird, schrieb Einstein am 2. August 1939 einen Brief an den 

amerikanischen Präsidenten Franklin Roosevelt, um ihn auf die Möglichkeit einer atomaren 

Gefahr hinzuweisen. In dem Brief wies er den Präsidenten auf die militärische Bedeutung der 

Atomenergie hin und mahnte, dieses Problem ernst zu nehmen. Er gab ihm die Anregung, dass 

auch die USA ihre kerntechnischen Forschungen forcieren sollten. Dies war die einzige 

Beteiligung Einsteins im Zusammenhang mit der Atombombe. Noch bevor die erste Atombombe 

explodierte, warnte Einstein öffentlich vor den Gefahren eines Atomkrieges und schlug eine 

internationale Kernwaffenkontrolle vor. 

Am 1. Oktober 1940 wurde Einstein als amerikanischer Staatsbürger vereidigt, behielt jedoch die 

Schweizer Staatsbürgerschaft. 1946 schlug Einstein in einem offenen Brief an die Vereinten 

Nationen die Bildung einer Weltregierung vor, in der er die einzige Möglichkeit für einen 

dauerhaften Frieden sah. Diese Bestrebungen verstärkte er in den darauffolgenden Jahren. 


Im August 1948 starb Einsteins erste Frau Mileva Maric in Zürich, er selbst musste sich im 

Dezember des gleichen Jahres einer Unterleibsoperation unterziehen. Im März 1950 verfasste er 

sein Testament. Noch 1953 schrieb Einstein die letzte Fassung der Relativitätstheorie. Am 18. 

April 1955 starb er im Alter von 76 Jahren. 

Einstein erhielt im Laufe seines Lebens ca. 25 Ehrendoktortitel und den Nobelpreis für Physik im 

Jahre 1922. Er ist wohl der berühmteste Naturwissenschaftler des 20. Jahrhunderts. Sein Leben 

war, wie er selbst über sich aussagte, „hin- und hergerissen zwischen Politik und Gleichungen.“ 

Einsteins politische Auffassungen, wie auch seine wissenschaftlichen Arbeiten, waren meist 

zunächst alles andere als populär. Er wurde Zeit seines Lebens angegriffen – was ihn jedoch nicht 

aus der Ruhe brachte, oder daran hinderte, offen seine Meinung zu sagen. 

„Woher kommt es, dass mich niemand versteht und jeder mag?“ Albert Einstein, 1944 

2. Die Relativitätstheorie 

Die Relativitätstheorie ist eine physikalische Theorie über die Struktur von Raum und Zeit. Sie 

wird unterschieden in die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. 

Die spezielle Relativitätstheorie behandelt Fragen von sich gegeneinander mit konstanter 

Geschwindigkeit bewegenden Bezugssystemen. Sie führte zu einer Neufassung der Begriffe 

Raum und Zeit und beruht auf dem Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und auf dem 

Relativitätsprinzip, das die Unmöglichkeit der Bestimmung einer absoluten Bewegung postuliert, 

d.h. ein sich bewegendes Objekt kann immer nur in Relation zu etwas anderem gesehen werden 

(das sich auch in einer Bewegung befindet). Des Weiteren zog sie neue Vorstellungen von Masse 

und Energie nach sich. 

Die allgemeine Relativitätstheorie untersucht relativ zueinander beschleunigte Bezugssysteme 

sowie den Einfluss von Gravitationsfeldern auf Uhren und Maßstäbe. Ist die spezielle 

Relativitätstheorie für den Laien noch zu verstehen – die allgemeine Relativitätstheorie ist es 

nicht mehr, weshalb sie auch in diesem kurzen Referat nicht vollständig erläutert werden kann 

und nur kurz erwähnt werden soll. 

Es war zudem für Einstein schwierig, wegen der geringen relativistischen Effekte bei niedrigen 

Bezugsgrößen, seine Theorie im Experiment zu bestätigen. Zum Beispiel die von Einsteins 

allgemeiner Relativitätstheorie besagte Tatsache, dass eine bewegte Uhr langsamer geht als eine 

ruhende, konnte erst mit Hilfe hochgenauer Messapparaturen (Präzisionsuhren, sog. 

„Atomuhren“) und schnell fliegenden Flugzeugen im Jahre 1971 experimentell nachgewiesen 

werden. 

Die spezielle Relativitätstheorie formulierte Einstein vor der allgemeinen Relativitätstheorie; die 

spezielle Relativitätstheorie ist jedoch vollständig in der allgemeinen Relativitätstheorie 

enthalten. Die spezielle Relativitätstheorie ist ein Spezialfall der allgemeinen Relativitätstheorie. 

Die allgemeine Theorie beschäftigt sich kurz gesagt mit der Gravitation, oder allgemeiner, mit 

beschleunigten Bezugssystemen; die spezielle Relativitätstheorie hingegen mit Inertialsystemen. 

Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, in dem keine Kräfte wirken, also z.B. die 

Schwerelosigkeit im All, oder näherungsweise der Freie Fall. Einstein kam zu der Idee der 

speziellen Relativitätstheorie, als er einen Maler traf, der vom Dach gefallen war. Er fragte den 

Mann, wie er sich während des freien Falles gefühlt habe. Der Mann antwortete, es sei ein Gefühl 

der Schwerelosigkeit gewesen, er habe geglaubt, zu schweben. 


Was es zunächst schwierig macht, Einsteins Relativitätstheorien zu verstehen, ist, dass ihre 

Aussagen mit den Sinnesorganen kaum zu begreifen ist. Für die Orientierung im Raum hat der 

Mensch ein Gleichgewichtsorgan im Innenohr („die drei Bögen“, ausgerichtet in drei senkrecht 

zueinander stehenden Richtungen – wie ein dreidimensionales Koordinatensystem in x-, y-, und 

z-Richtung). Doch ein Sinnesorgan für die Zeit haben wir nicht. Zeit ist ein menschliches 

Konstrukt. Wir haben zwar eine "innere Uhr", aber diese ist leicht zu täuschen. Wir können 

Veränderungen wahrnehmen und daraufhin die Zeit schätzen, wir können sie mit Apparaturen 

messbar machen – doch die Wahrnehmung und Bedeutung von Zeit ist von Gesellschaft zu 

Gesellschaft, und auch von Individuum zu Individuum sehr unterschiedlich. Die Eigen-Zeit spielt 

eine wichtige Rolle in der Relativitätstheorie. 

Die Relativitätstheorie führte zu einem neuen wissenschaftlichen Verständnis von Raum und 

Zeit; sie reformierte das newtonsche Weltbild. Einsteins Theorie rüttelte damit an den 

Fundamenten der Physik, wenn nicht sogar der gesamten abendländischen Welt. Die absolute 

Angabe von Orts- und Zeitangaben verliert endgültig ihre Bedeutung. Einstein zeigte, dass es nur 

sinnvoll ist, zeitliche und räumliche Maßstäbe zweier Beobachter relativ zueinander zu 

vergleichen. 

2.1 Die spezielle Relativitätstheorie 

Der Begründer der klassischen Mechanik, Isaac Newton, formulierte die Gravitationslehre, die 

ihre Gültigkeit bis heute beibehalten hat. Ein Apfel fällt vom Baum, weil die Erde den Apfel 

anzieht. Der Mond verschwindet nicht in den Weiten des Alls, weil die Erde ihn anzieht; die 

Fliehkraft des Mondes bei der Bewegung um die Erde verhindert seinen Absturz. Die Gravitation 

ist nach Newton eine anziehende Kraft, die proportional der Masse der beteiligten Körper 

zunimmt und im Quadrat der Entfernung abnimmt. 

In der Zeit vor Einstein nahm man einen absoluten Raum und eine absolute Zeit an. Newton 

bezeichnete das Universum als einen absoluten Raum, der für sich allein vorhanden ist und ohne 

Bezug auf irgendeinen Gegenstand existiert. Dieser Weltraum wurde unendlich groß gedacht und 

mit unendlich vielen Sternen besetzt. Dies musste in Newtons Theorie so sein, um ein 

Zusammenfallen des Raumes auszuschließen: In einem endlichen Raum würden die 

Gravitationskräfte der Gestirne die gesamte darin enthaltene Masse an einem Punkt 

zusammenziehen. 

Genauso betrachtete Newton die Zeit als absolute Zeit im absoluten Raum: Sie ist unbeeinflusst 

von Gegenständen und deren Bewegung. Unter einer absoluten Zeit kann man sich folgendes 

vorstellen: Alle Uhren gleicher Bauweise gehen überall im Weltraum und für jeden Beobachter 

gleich schnell. Einsteins Theorie führt jedoch zu der Konsequenz: Der Gang einer Uhr ist von 

ihrem Bewegungszustand oder dem Schwerefeld eines Himmelskörpers abhängig. 

Nach Newtons Vorstellung sind innerhalb des absoluten Raumes bewegliche Teile enthalten, die 

er als relative Räume bezeichnete. Mit Hilfe der relativen Räume konnte man Bezugssysteme 

bilden und damit Naturvorgänge beschreiben. Eine besondere Form von Bezugssystemen stellen 

die Inertialsysteme dar. Dies sind geschlossene Bezugs- oder Koordinatensysteme, in denen sich 

ein Körper mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ohne von außen hinzukommende Kräfte (also 

auch Körper mit der Geschwindigkeit 0, im Ruhezustand). Für diese Systeme gelten bestimmte 

Gesetzmäßigkeiten, z.B. das Trägheitsprinzip. 


Eine zentrale Aussage der galilei-newtonschen Mechanik ist das Relativitätsprinzip der 

Mechanik. Es besagt, dass alle konstanten Geschwindigkeiten relativ sind, es gibt kein absolutes 

Bezugssystem, das einem erlauben würde, eine Geschwindigkeit absolut festzulegen. Die 

gleichförmige Bewegung eines Körpers kann niemals absolut, sondern immer nur in Bezug eines 

anderen Körpers festgestellt werden. Wenn also ein Zug sich räumlich von einem Bahnhof 

entfernt, spielt es im Ergebnis keine Rolle, ob man annimmt, dass sich der Zug bewegt und der 

Bahnhof am selben Ort bleibt (der Zug bewegt sich relativ zum Bahndamm) oder ob der Zug 

konstant ist und der Bahnhof sich bewegt (der Bahndamm bewegt sich relativ zum Zug). 

Das newtonsche Weltbild behielt viele Jahre lang seine Gültigkeit. Man begann, sich Gedanken 

über die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen zu machen, insbesondere der Eigenschaften 

des Lichts. Man stellte sich vor, dass das Licht eine Welle ist, wie der Schall, und ein Medium 

zur Ausbreitung benötigte: den Äther. Äther wurde hypothetisch als eine sehr feine, dünne 

Substanz gedacht, die den gesamten, absoluten Raum (also auch ein erzeugtes Vakuum) ausfüllt. 

Durch immer genauere Versuche und Messungen erkannte man, dass das Licht nicht unendlich 

schnell ist, sondern sich mit einer sehr hohen, aber endlichen Geschwindigkeit durch Anregung 

des Äthers fortpflanzt. 1801 bestätigte Thomas Young experimentell die Welleneigenschaft von 

Licht mit seinem Doppelspaltversuch. Die Interferenzeigenschaften des Lichtes wurden entdeckt. 

Die Lichtgeschwindigkeit wurde jedoch noch nicht als Konstante gesehen. Erst in der zweiten 

Hälfte des 19. Jahrhunderts gab es an der Äthertheorie erste Zweifel. Als die Messungen der 

Lichtgeschwindigkeit immer genauere Ergebnisse lieferten, und sie schließlich als konstant 

angesehen werden musste, gerieten diese Vorstellungen ins Wanken. 

Die Wurzeln der speziellen Relativitätstheorie liegen in einem Widerspruch zwischen dem 

Relativitätsprinzip der Mechanik und der Maxwellschen Theorie der Elektrodynamik: 

Maxwell entwickelte zwischen 1864 und 1865 die Theorie der Elektrodynamik – die berühmten 

Maxwellschen Gleichungen. Diese Gleichungen zur Beschreibung elektrischer und magnetischer 

Felder haben die Eigenart, dass sie ihre Form unabhängig vom gewählten Bezugssystem 

beibehalten. Die vier Gleichungen (Einstein machte daraus später zwei Gleichungen, da er Raum 

und Zeit zu einer Einheit zusammenfasste) vereinheitlichen elektrische und magnetische Felder 

und ergeben als wesentliche Konsequenz, dass sich die elektromagnetischen Wellen des Lichtes 

mit konstanter Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. 

Nach der newtonschen Theorie der Mechanik sollte jedoch die Lichtgeschwindigkeit keineswegs 

konstant sein. Hierzu zwei Beispiele: Das erste Beispiel handelt von zwei Steinwürfen: Beim 

ersten Wurf wird der Stein aus dem Stand geworfen, beim zweiten Mal schleudert ihn der Werfer 

aus einem fahrenden Auto heraus. Im zweiten Fall fliegt der Stein mit der Geschwindigkeit des 

Wagens plus der Wurfgeschwindigkeit. 

Nun übertragen wir dieses Beispiel auf die Geschwindigkeit von Licht: In diesem Beispiel 

nehmen wir zwei Lampen (L und L'). Lampe L' bewegt sich gegenüber Lampe L mit der 

Geschwindigkeit v. Der Beobachter befindet sich relativ zur Lampe L in Ruhe. Der Beobachter 

sollte nun nach der klassischen Theorie der Mechanik zwei unterschiedliche 

Lichtgeschwindigkeiten messen (c und c'): Wäre die Lichtgeschwindigkeit der Lampe L = c, 

dann sollte die Lichtgeschwindigkeit von L' nach Newton und Galilei c' = c + v sein. 

Die klassische Mechanik vor Einstein stand also im Widerspruch zu der Maxwellschen Theorie. 


Dieser Sachverhalt wurde 1887 durch das amerikanische Michelson-Morley-Experiment 

bestätigt: Der Physiker Edward Morley bestimmte mit Hilfe eines Interferometers, das der 

Physiker Albert Michelson entwickelt hatte, die Lichtgeschwindigkeit mit einer besonders hohen 

Genauigkeit. Da sich das Licht (nach damaligen Vorstellungen) durch den Äther bewegt, muss 

die Geschwindigkeit des Lichtes von der Bahnrichtung der Erde abhängen. Das Michelson- 

Morley-Experiment sollte nun genau bestimmen, mit welcher Relativgeschwindigkeit sich die 

Erde durch den Äther bewegt. Mit Hilfe dieser sehr empfindlichen Interferenzversuche hätten 

Geschwindigkeitsunterschiede des Lichtes festgestellt werden sollen – es wurde jedoch 

nachgewiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist. 

Man nutzte für das Experiment die Bewegung der Erde aus, indem man das Licht einmal in 

Bewegungsrichtung der Erde und einmal entgegengesetzt laufen ließ. Die Erde bewegt sich mit 

etwa 30 km/s um die Sonne. Diese Bewegung hätte zur Folge, dass die Lichtgeschwindigkeit, 

gemessen einmal zur Bahnrichtung und ein anderes Mal gegen die Bahnrichtung, um den Betrag 

von 30 km/s variieren müsste. Die von einer Lichtquelle ausgesandten Strahlen werden von einer 

halb verspiegelten Glasplatte in zwei Teilbündel aufgespalten. Jedes Teilbündel durchläuft einen 

Strahlengang, wobei ein Strahlengang parallel und der andere senkrecht zur Bewegungsrichtung 

der Erde steht. Diese Arme des Interferometers sind beide gleich lang. Am Ende des jeweiligen 

Strahlenganges werden die Teilbündel durch Spiegel reflektiert und gelangen über die halb 

verspiegelte Platte zur Überlagerung. Das dabei entstehende Interferenzmuster lässt sich über ein 

Fernrohr beobachten. Nach den Vorstellungen der beiden Physiker Michelson und Morley sollten 

dabei unterschiedliche Laufzeiten der reflektierten Strahlenbündel auftreten, die 

Interferenzmuster sollten zueinander verschoben sein. Im ersten Fall müsste die 

Lichtgeschwindigkeit um die Geschwindigkeit der Erde erhöht sein, im zweiten erniedrigt. Das 

Versuchsergebnis war negativ; eine Bewegung der Erde durch den Äther war nicht 

nachzuweisen. Das Ergebnis ließ den Schluss zu, dass es einen ruhenden Äther, wie ihn die 

Hypothese von Newton forderte, überhaupt nicht gibt. Zumindest aber war damit bewiesen, dass 

sich Licht auf der Erde in allen Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet. 

Das Michelson-Morley-Experiment 


Dieses Experiment diente als historische Grundlage der speziellen Relativitätstheorie von Albert 

Einstein. Er postulierte 1905: Die Naturgesetze der Wissenschaft müssen für alle Beobachter in 

gleicher Weise gelten, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der sie sich bewegen. Er nahm 

in seiner Theorie an, dass es im gesamten Universum nur konstante Geschwindigkeiten relativ 

zueinander gibt. Das traf schon auf Newtons Gesetze der Mechanik zu, doch Einstein dehnte das 

Prinzip auch auf Maxwells Theorie und die Lichtgeschwindigkeit aus: Alle Beobachter müssen 

die konstante Lichtgeschwindigkeit messen, wie schnell auch immer sie sich bewegen. 

Für das obige Lampenbeispiel bedeutet dies: Egal aus welchem Bewegungszustand das Licht 

„abgefeuert“ wird, es bewegt sich immer mit derselben Lichtgeschwindigkeit c durchs Vakuum. 

Die Lichtgeschwindigkeit wird heute mit c = 299 792 458 m/s im Vakuum angegeben. Sie ist 

eine Konstante, unabhängig vom Bewegungszustand des Beobachters, d.h. jeder Beobachter, egal 

wie schnell er sich bewegt, wird die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen. Dies klingt paradox 

und entspricht nicht unserer alltäglichen, mechanischen Vorstellung von Geschwindigkeiten. Die 

Messung der konstanten Lichtgeschwindigkeit zieht einige logische Konsequenzen mit sich, die 

das Weltbild damaliger Physiker stark erschütterte und der newtonschen Zeit- und 

Raumvorstellung ein Ende machte. 

Geschwindigkeit ist ein Bewegungszustand, der einen zurückgelegten Weg in einer bestimmten 

Zeit darstellt. Wir haben also den Maßstab Zeit und den Maßstab Weg. Kombiniert man die 

beiden Maßstäbe mit einer konstanten Lichtgeschwindigkeit, kommt man zu der Erkenntnis, dass 

die Zeit und der Raum für jeden Beobachter eine eigene Skala besitzt, je nach Bewegungszustand 

des Beobachters. 

Der Raum und die Zeit verlieren damit ihre Absolutheit. Raum und Zeit müssen in der 

Vorstellung gedehnt und gestaucht werden, so dass die Lichtgeschwindigkeit in der Rechnung 

immer gleich ist. Raum und Zeit sind nicht mehr voneinander getrennt zu betrachten, sie werden 

kombiniert zur vierdimensionalen Raumzeit. 

Bezogen auf das obige Lampenbeispiel: Wenn man bei der ruhenden Lampe L = c misst, bei 

der bewegten Lampe L' aber auch die Konstante c, muss die vierdimensionale Raumzeit 

modifiziert werden, damit das Gesamtsystem stimmig bleibt. Die Zeit der bewegten Lampe läuft 

langsamer, als die der ruhenden. 

Diese ungewohnte Vorstellung von Einstein traf natürlich zuerst auf Widerstand. Er stellte mit 

der Theorie ein komplettes Weltbild in Frage, indem er sagte, Raum und Zeit sind für jeden 

Beobachter ausschließlich relativ zu betrachten, je nach Bewegungszustand. 

Alltäglich zu empfinden ist diese Relativität jedoch nicht, da die relativistischen Effekte der 

Zeitverlangsamung ("Zeitdilatation") und Streckenverkürzung ("Längenkontraktion") erst bei 

sehr hohen Geschwindigkeiten für uns messbar werden, also in Maßstäben auftreten, die wir mit 

unseren eingeschränkten Sinnen nicht spüren können. Selbst wenn sich die Lampe aus dem 

obigen Beispiel mit 30 000 km/s bewegen würde (also 10 % der Lichtgeschwindigkeit), würde 

die Zeit nur unmerklich langsamer laufen: Würde die ruhende Lampe 60 Minuten stehen, wäre 

die bewegte nur Lampe 59 Minuten und 42 Sekunden gealtert. 


Einstein bringt in der speziellen Relativitätstheorie nun noch eine weitere Größe mit ins Spiel: die 

Masse. Masse ist wie Raum und Zeit ebenfalls keine absolute Größe, sondern relativ. 

Hierzu ein weiteres Beispiel einer Gewehrkugel, die auf ein Stück Holz geschossen wird. Die 

Kugel trifft mit einer hohen Geschwindigkeit auf. Die Verformung des Holzes hängt von der 

Bewegungsenergie der Kugel ab. 

Nach der newtonschen Mechanik ist die Energie der Kugel = 0,5 · m · v 2 . Die Energie der 

Kugel steigt proportional mit ihrer Masse und im Quadrat ihrer Geschwindigkeit. Dieses Gesetz 

ist für niedrige Alltagsgeschwindigkeiten haltbar. Bewegt sich die Kugel jedoch mit einer 

Geschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit nahe kommt, verhält es sich anders: Die Masse 

der Kugel muss mit zunehmender Geschwindigkeit größer angenommen werden, da die 

Lichtgeschwindigkeit ja konstant ist. Als ruhender Beobachter sähen wir wegen der Zeitdilatation 

die Kugel langsamer einschlagen, als ein Beobachter, der sich mit hoher Geschwindigkeit auf das 

Brett zu bewegen würde. Die Kugel wird für beide Beobachter gleich tief in das Brett eindringen, 

obwohl die Kugel unterschiedlich schnell zu sein scheint. Der ruhende Beobachter muss von 

einer höheren Masse der Kugel ausgehen, um die gleiche Bewegungsenergie zu erhalten, die das 

Brett durchbohrt. 

Die Massenzunahme bei hoher Geschwindigkeit verhindert zusätzlich, dass irgendein Gegenstand 

die Lichtgeschwindigkeit erreicht, oder sie übertrifft. Mit zunehmender Masse muss für jede 

weitere Beschleunigung mehr Energie aufgewandt werden. Die zugeführte Energie bewirkt eine 

weitere Massenzunahme. Je näher man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto höher sind die 

eingesetzten Energien und Massenzunahmen, so dass man rechnerisch für das Erreichen der 

Lichtgeschwindigkeit eine unendlich hohe Energie und eine unendlich hohe Masse erhält. 

Objekte mit einer Ruhemasse werden die Lichtgeschwindigkeit nicht erreichen. 

Einstein hat mit seiner Theorie nicht nur Raum und Zeit miteinander verknüpft, sondern 

gleichzeitig die Masse mit der Energie. Die Äquivalenz von Masse und Energie kommt in 

Einsteins berühmter Formel zum Ausdruck: E = m · c 2 . Diese Formel ist also nichts anderes 

als die Umrechnung von Masse in Energie. Masse ist nach Einstein "gefrorene" Energie. 

Die Annahme einer konstanten Lichtgeschwindigkeit c halt also enorme Konsequenzen für die 

Vorstellungen von Raum, Zeit und Masse bzw. Energie. Für unser Alltagsempfinden erscheinen 

diese Konsequenzen ungewöhnlich. Da die relativistischen Effekte jedoch erst bei sehr hohen 

Geschwindigkeiten messbar auftreten, baut unsere Mechanik noch immer weitgehend auf 

Newtons Gravitationslehre. Ein Architekt wird schließlich auch nicht die Erdkrümmung bei der 

Planung eines Hauses berücksichtigen, obwohl schon lange bekannt ist, dass die Erde 

kugelförmig ist. Und obwohl wir alle wissen, dass die Erde um die Sonne kreist, sprechen wir 

noch immer vom „Sonnenaufgang“. 

Alles ist relativ. 

Wenn nun aber alles relativ ist, wie kann man überhaupt noch eine zutreffende Aussage über 

irgend etwas machen? Einsteins Lösung klingt einfach: Es ist immer möglich ein lokales 

Inertialsystem zu schaffen (also einen „freien Fall“), das eine Vergleichsmöglichkeit zu einem 

Nicht-Inertialsystem bietet. Der Begriff einer absoluten Raum-Zeit-Angabe ist sinnlos. 


2.2 Die allgemeine Relativitätstheorie 

Die für den Alltagsverstand teilweise unfassbaren Effekte seiner Theorie bewegten Einstein dazu, 

die Eigenschaften der Gravitation hinsichtlich seines neuen Weltbildes zu untersuchen. Er 

brauchte mehrere Jahre, um zu erkennen, wie die Raumzeitgeometrie „seines“ Universums 

vorzustellen ist. Nachdem Einstein Raum, Zeit, Masse und Energie neu definiert hatte, musste er 

Raumzeit nicht als völlig eben und geradlinig annehmen. Er erfand den Begriff der 

Raumkrümmung. 

Newtons Theorie besagte, dass ein Körper, der in Bewegung ist, sich immer und ewig in diesem 

Zustand befinden wird, solange keine neue Kraft auf ihn einwirkt. Einstein erweiterte diesen 

Gedanken und postulierte, dass jeder Körper sich auf immer und ewig durch die vierdimensionale 

Raumzeit bewegen wird. Ein Körper, der nicht beschleunigt wird, schlägt automatisch den 

längsten Eigenweg mit der längsten Eigenzeit durch die Raumzeit ein. Eine Beschleunigung 

durch Antrieb oder Gravitation wird die Raumzeit verbiegen, und somit eine Zeitdilatation und 

eine Längenkontraktion hervorrufen. 

Ein Körper bewegt sich auf dem kürzesten Weg, der sogenannten Geodäte, durch die Raumzeit. 

Einstein definiert die Raumzeit als ein vierdimensionales Gebilde, das durch Masse gekrümmt 

wird. 

Die Sonne ist eine Masse, die die Raumzeit um sich krümmt und so die Planeten um sich hält. 

Wird also ein Lichtquant im Schwerefeld der Sonne abgelenkt, so muss man nach Einstein diesen 

Effekt nicht als Wirkung einer Kraft verstehen. Das Lichtquant folgt nur dem durch die Masse 

der Sonne gekrümmten Raumverlauf. 

Die Geodäte der Erde durch die Raumzeit entspricht also der Bahn um die Sonne. Somit wird die 

Gravitation durch Einsteins Theorie eine geometrische Eigenschaft des Universums. 

Es fällt dem Menschen deshalb so schwer, Raum und Zeit als gleichberechtigte, miteinander 

verknüpfte Größen zu betrachten, weil wir kein Sinnesorgan für die Zeit besitzen und weil wir 

keine technischen Möglichkeiten haben, uns auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. 

Albert Einstein war ein theoretischer Physiker. Die Relativitätstheorie entstand in seinen Ideen. 

Die Konsequenzen seiner Grundüberlegungen brachte er zu Papier und stützte sie mit 

mathematischen Berechnungen. Das Ergebnis der Berechnungen stimmte mit der Wirklichkeit 

überein – die Relativitätstheorie sagte Naturerscheinungen voraus, die inzwischen durch 

Experimente bestätigt wurden. 


Die wichtigsten Konsequenzen noch einmal zusammengefasst: 

• Das Gesetz nach dem sich nichts schneller fortbewegen kann als das Licht 

• Die Äquivalenz von Masse und Energie, Einsteins berühmte Formel: E = m · c 2 

• Zeitdilatation: Bewegte Uhren gehen langsamer (relativ zu der ruhenden) 

• Zeitdilatation 2: Eine Uhr im Schwerefeld (z.B. dem der Sonne) geht relativ zu einer 

baugleichen Uhr in der Schwerelosigkeit langsamer 

• Längenkontraktion: Vergleicht ein Beobachter z.B. ein vorbeifliegendes Lineal mit 

seinem ruhenden (gleichlangen) Lineal, so erscheint das bewegte verkürzt 

• Längenkontraktion 2: Längeneinheiten im Schwerefeld (z.B. dem der Sonne) sind relativ 

zu denen in der Schwerelosigkeit verkürzt 

• Lichtablenkung: Licht wird im unmittelbaren Schwerefeld (z.B. dem der Sonne) 

abgelenkt. Eine große Masse krümmt die Raumzeitmetrik. Diese Voraussage wurde 1919 

bei einer totalen Sonnenfinsternis in Afrika experimentell bestätigt: Sterne, die sich 

räumlich betrachtet hinter der Sonne befinden sollten, wurden sichtbar. 

• Rot-Grün-Verschiebung: Bewegt sich ein Stern z.B. von der Erde weg, so erscheint sein 

Licht in den roten Bereich des Spektrums verschoben. 

Astronomische Beobachtungen und die Erforschung des Verhaltens von Elementarteilchen am 

Rande der Lichtgeschwindigkeit in Teilchenbeschleunigern konnten Einsteins Relativitätstheorie 

wiederholt bestätigen. 

Es gibt allerdings Konflikte mit einer anderen großen Theorie des 20. Jahrhunderts: der 

Quantentheorie. Einige Konsequenzen der Quantentheorie sind mit der Relativitätstheorie nicht 

vereinbar. Eine Überwindung dieser Konflikte und die Vereinigung dieser beiden großen 

physikalischen Theorien könnte theoretisch zur „Weltformel“ führen. Ein Ansatz zur 

Vereinigung ist die Superstringtheorie, die Elementarteilchen als kleine Fäden beschreibt und 

zudem nicht bloß vier, sondern mindestens elf Dimensionen postuliert. 

Eine Darstellung der Grundzüge der Quanten- und der Superstringtheorie kann hier nicht mehr 

geleistet werden. Die Quantenmechanik bezieht sich heute auf die Mikroebenen der Welt, 

während die Relativitätstheorie die makroskopischen Eigenschaften beschreibt. Eine Vereinigung 

dieser beiden Theorien würde das Große und das Kleine erklären können. 


3. Literaturverzeichnis 

• Einstein, Albert: Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie, Jerusalem 1956 

• Relativitätstheorie, Microsoft Encarta Enzyklopädie, 1998 

• Hawking, Stephen: Eine kurze Geschichte der Zeit, 1995 

• Overhaus, Christian: Die Relativitätstheorie, 1999 

(home.t-online.de/home/ch.ov/Relativitat.PDF , 02.06.02) 

• Unrau, Boris Relativitätstheorie für alle, 

(http://www.einsteins-erben.de/relativitaetstheorie_fuer_alle.htm , 01.06.02) 

• Kassner, Klaus: Schnellkurs Relativitätstheorie, Magdeburg 1999 

(http://www.hjp.at/science/rt/ , 01.06.02) 

• Biographische Informationen: Küpper, Hans-Josef: Einstein 

(http://www.einstein-website.de/ , 31.05.02) 

http://www.feliz.de/html/einstein1.htm

Die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie Albert ... - feliz.de

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