Relativitätstheorie

Science

• Nach Einstein: Die Suche nach der nächsten Theorie der Schwerkraft Warum können Einsteins Gravitationstheorie und die Quantenphysik nicht beide bis ins Kleinste stimmen? Erkunden Sie, wo die beiden aufeinanderprallen, welche konkurrierenden Ideen sie vereinen könnten – von Strings und Schleifen bis zu einem Raum, der aus Verschränkung gewoben ist –, ob ein Schwarzes Loch Information vernichtet und eine Herausforderung für Einstein auf der Skala von Galaxien. Das meiste davon ist noch offen: Statt eine Antwort vorgesetzt zu bekommen, die noch niemand hat, wägen Sie die Kandidaten anhand der Belege ab – einschließlich der Experimente, die manche Ideen bereits ausgeschlossen haben.
• Schwerkraft krümmt Raum und Zeit: Allgemeine Relativitätstheorie Warum schweben Astronauten, obwohl die Schwerkraft dort oben fast so stark ist wie am Boden? Folgen Sie Einstein vom fallenden Aufzug bis zur Schwerkraft als gekrümmter Raumzeit, in der ein Apfel vor allem deshalb fällt, weil die Zeit näher am Boden langsamer vergeht. Sehen Sie dann, wie die Idee überprüft wurde: Sternenlicht, das bei der Sonnenfinsternis von 1919 abgelenkt wurde, die Uhrenkorrektur, die GPS funktionieren lässt, Wellen in der Raumzeit und ein Stern, der am Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie vorbeirast.
• Die Raumzeit aus der Nähe: Die Geometrie hinter der Relativität Wenn es nicht der Ruck beim Umkehren ist – warum kommt die Raumfahrerin dann jünger nach Hause als ihr Zwilling? Zeichnen Sie Raum und Zeit auf Karopapier, und die Antwort ergibt sich aus dem Bild, zusammen mit schräg gekippten „Jetzt“-Linien und der einen Uhrenablesung, auf die sich alle Beobachter einigen – mit nichts Schwierigerem als einfacher Arithmetik. Sehen Sie dann, warum die Gezeiten und nicht das Fallen das wahre Kennzeichen gekrümmter Raumzeit sind, fassen Sie Einsteins Gleichung in einfache Worte und lernen Sie Horizonte ohne jedes Schwarze Loch kennen: vom Horizont hinter einer beschleunigenden Rakete bis zu einem Horizont für Schall in einem Becken mit strömendem Wasser.
• Die Zeit dehnt sich: Spezielle Relativitätstheorie und E = mc² Warum kehrt ein Astronaut von der Raumstation ein paar tausendstel Sekunden jünger zurück als alle am Boden? Gehen Sie von einer überraschenden Tatsache aus – dass Licht an allen mit derselben Geschwindigkeit vorbeizieht – und erarbeiten Sie, warum bewegte Uhren langsamer gehen, warum bewegte Dinge schrumpfen, warum sich nichts auf Lichtgeschwindigkeit bringen lässt und was E = mc² über das Sonnenlicht, die Kernkraft und das Gewicht Ihres eigenen Körpers aussagt. Entdecken Sie die Relativität dann dort, wo Sie sie am wenigsten erwarten: in der Anziehungskraft eines Magneten und in der Farbe von Gold.
• Zeitreisen, der Pfeil der Zeit und Einsteins Grenzen Könnte jemals jemand die Vergangenheit besuchen? Einsteins Gleichungen erlauben auf dem Papier Zeitschleifen – also wägen Sie das Großvaterparadoxon, Wurmlöcher und die vorgeschlagenen Auswege ab, fragen Sie, warum die Zeit nur vorwärts läuft, obwohl fast jedes physikalische Gesetz rückwärts genauso gut funktioniert, und finden Sie heraus, wo die Theorie selbst an ihre Grenzen stößt – vieles davon ist bis heute umstritten. Unterwegs lernen Sie den Patentbeamten kennen, der Raum und Zeit neu erdachte, und drei Vorhersagen seiner eigenen Theorie, an denen er selbst zweifelte.