Inhalt

l. Kapitel Das Relativitätsprinzip ll Galileis Ausspruch 13 Licht 18 In den Tagen des Äthers 22 Der Satz von Galilei

in Gefahr 23 Der Satz von Galilei

behauptet sich 28 Zusammenfassung 28 Frage und Antwort

21 Atheratome 29 Der alte Ather

2.Kapitel Das zentrale Problem 35 Ein Schritt zurück 35 Das Problem 37 Möglichkeiten 38 Ein verrückter Plan 39 Zusammenfassung 40 Fragen und Antworten

37 Das Finanzamt 44 /m Kopfeines Physikers

3. Kapitel Die Büchse der Pandora

49 Gedankenexperimente 49 Synchronisierte

Bewegung 50 Unterschiedliche Zeit

54 Desynchronisierte Bewegung

57 Raumschrumpfen 59 Zusammenfassung 60 Fragen und Antworten

56 Keine seiWehe Kontraktion 68 Spiel mit Zeitverschiebung 71 Sehen oder messen?

4. Kapitel Die Messung der Konsequenzen

75 Zwei Arten von Geschwindigkeit

79 Langsame Zeit 82 Kosmischer Geschwindig-

keitsmesser 86 Frage und Antwort 87 Lichtwellen 88 Desynchronisierte Zeit

81 Weiß das Photon, daß sich die Lichtuhr bewegt?

86 Der Ather und was sich wirklich fortbewegt

91 Gekoppelte Uhren 94 Durchbruch durch die

Geschwindigkeitsgrenze

5. Kapitel DerMythos

97 Warum?

98 Gute und schlechte Mythen 101 Die Story 107 Seelenreisen 109 Zwei Formen der Zeit 110 Frage und Antwort 111 3D 113 AmAnfang 115 Was bewirkt die

Schrumpfung? 116 Fragen und Antworten 118 Der Beweis für den Mythos 120 Eine letzte Bemerkung 120 Frage und Antwort

99 Die Mythen der Bewegung 105 Durch Raum und Zeit

6. Kapitel DerUrknall 125 Genesis 127 Ein Blick zurück 129 Alter ist unmöglich 130 Der allerletzte Horizont

7. Kapitel DasdritteBein 133 Masse 134 Impuls 136 Schlagabtausch 140 Relative Masse 143 Energie hat eine Masse

141 Relativer Impuls 145 Impetus

8. Kapitel E=mc2

149 Äquivalente Energie, äquivalente Masse

150 «Masseratoren» 155 Ein weitverbreitetes

Mißverständnis 158 Ist Masse Energie?

154 Nur für Lehrer 160 E = md am Beispiel des

von einem bewegten Spiegel zurück­geworfenen Lichts

9. Kapitel Rätsel 167 Licht fällt 169 Kann c sich ändern? 170 Krise 170 Noch einmal:

Verlangsamung der Zeit 171 Gekrümmte Raumzeit

168 Schweres Licht 176 Wie langsam?

10. Kapitel Die Ursache der Schwerkraft 179 Der Ursprung der

Schwerkraft 181 Eine tolle Überraschung! 182 Wie schnell können

Sie fallen? 187 Ein Loch bis nach

Neuseeland 189 Im Erdinneren gefangen 191 Frage und Antwort 193 Entwischt 193 Textur statt Form

185 Der Fußboden geht in die Höhe

187 Die Erklärung Galileis 195 Schwerkraft durch Licht­

brechung

11. Kapitel Gekrümmter Raum 199 Kugel gegen Photon 202 Die Beule 206 Eine weitere Ursache 207 Der Effekt der Raumbeule

211 Fragen und Antworten 213 Alles hat Falten 215 Fragen und Antworten

218 Das Ziehen gerader Linien auf unebenen Oberflächen

12. Kapitel DieGrenzen von Raum und Zeit 221 Schwarze Löcher 228 Wurmlöcher und Brücken 230 Zwei Kosmologien 232 Frage

233 Antwort

222 Theoretisch abgeleitete schwarze Löcher

227 Wie man die Unendlichkeit darstellt

Anhang A: Geschwindigkeiten addieren

AnhangE: Eine andere Sichtweise

Index

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Abb. 1.11 Eine Welle ist eine Schlangen­linie, und sie kann nur existie­ren, wenn es etwas gibt, das sich schlängeln kann. Eine Welle kann das Ding nicht tra­gen, das die Wellenbewegung vollführt; man darf sie sich also nicht als eine durch den Raum fliegende geschlängelte Spa­ghettinudel vorstellen, weil Wellen (z. B. Schall-, Licht- oder Wasserwellen) einander durchdringen können, was Spaghettis nicht können. Der sich wellende Stoff muß bereits dasein, bevor die Welle an­kommt.

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und dadurch ihren Zusam­menhalt auf immer bewahren, da der Äther reibungslos wie eine Supraflüssigkeit gedacht wurde.* Wenn das Atom hinge­gen einmal zerstört werden sollte, würde die gesamte En­ergie (der Kreiselbewegung) freigesetzt. Damit nahm die alte Theorie des 19. Jahrhunderts also bereits vorweg, daß Ener­gie gewonnen werden kann, wenn es gelingt, Atome zu zer­stören! Der Äther war nicht einfach eine philosophische Verrücktheit. Er war ein Ar­beitsmodell, mit dem sich viele optische Erscheinungen wie Polarisation, Beugung, Bre­chung und Doppelbrechung quantitativ erklären ließen.

* Der Wirbel hält zusammen, weil der Innendruck kleiner als der Außen­druck ist. Er wird auch nicht zusam­mengedrückt, weil die Zentrifugal­kraft durch die Kreiselbewegung dem Druck der äußeren Flüssigkeit widersteht.

ltheratome, wie sie in einem Lehrbuch beschrieben wurden, das noch mein Vater benutzt hat. «Eine der neuesten Theorien, die zudem ganz besonders die Phantasie anregt, ist Lord Kelvins Theorie vom AtomwirbeL Mit Wirbelbewegung ist eine Bewegung gemeint, wie sie etwa bei einem Rauchring auftritt. Die von den Luftteilchen in einem sol­chen Rauchring verfolgte Bahn wird durch die gekrümmten Pfeile in Abb. 95 angedeutet, welche die Richtung angeben, in der die Luftteilchen, die einfach durch den Rauch sichtbar ge­macht werden, rotieren, während der gerade Pfeil die Richtung

anzeigt, in der sich der Ring als Ganzes bewegt. Es besteht ein äußerst wichtiger Unterschied zwischen dieser Form einer Be­wegung und einer Wellenbewegung. Obgleich sich bei der letz­teren die Wellen fortbewegen, bewegen sich die einzelnen Teil­chen des Mediums, innerhalb dessen die Welle sich ausbreitet, von ihrer ursprünglichen Position nur eine relativ kleine Strecke fort, wobei die Bewegung von einem Teilchen an das nächste weitergegeben wird. Bei einer Wirbelbewegung hingegen be­wegen sich die Teilchen des Mediums selbst fort, so daß sich die Luftteilchen, die ursprünglich den Rauchring gebildet haben, mit diesem fortbewegen. Die Eigenschaften einer Wirbelbewegung hat als erster von Helmholtz mit streng mathematischen Methoden untersucht und dabei folgendes festgestellt: Unter der Voraussetzung, daß das Medium der Wirbelbewegung reibungslos, jnk:ompressibel und homogen ist, gilt: 1. Eine Wirbelbewegung kann niemals er­zeugt oder, falls sie existiert, zerstört werden, so daß die Zahl der existierenden Wirbelbewegungen fest ist. Dies entspricht der Eigenschaft der Unzerstörbarkeit aller Materie. 2. Die rotieren­den Teile der Flüssigkeit, die den Wirbel bilden, behalten ihre Identität und sind permanent von den nicht-rotierenden Teilen der Flüssigkeit geschieden. 3. Diese Wirbelbewegungen müssen

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grade das Alter messen, und beide Zwillinge legen zwi­schen ihren Begegnungen 180 Grad zurück. Befänden sich die Zwillinge tief im leeren Weltraum, und bliebe Peter unbeweglich, während Danny sich auf einer langen Feder auf und ab be­wegte, dann wäre nach einiger Zeit Danny aufgrund der feh­lenden Einwirkung eines Schwerefeldes jünger als Pe­ter. Vielleicht bekommen Sie jetzt langsam ein Gefühl dafür, daß Gravitation mehr als nur eine Kraft ist.

Entwischt

Wenn unser um den Erdmittel­punkt schwingender Körper ei­nen so starken Impuls erhält, daß er den Erdtunnel wieder verläßt, ändert sich das Bild. Seine Bahn auf der Raumzeit­Oberfläche verläßt deren ku­gelförmigen Teil (Abb. 10.16). Damit vergrößert sich die Länge der Umlaufbahn auf der Raumzeit-Oberfläche, was be­deutet, daß der Körper für seine Schwingungen mehr Zeit benötigt als bisher. Ist der Impuls genügend groß, dann gelangt das Objekt nicht nur zurück an die Erdoberflä­che, sondern wird so weit ins All geschleudert, daß sich die Anziehungskraft der Erde nicht mehr bemerkbar machen kann, d. h., es gelangt in den zylindrischen Teil der Raum­zeit-Oberfläche (Abb. 10.17). In

dieser Situation fällt der Körper nicht mehr zurück; seine Bahn auf der Raumzeit-Oberfläche ist eine ewige Spirale- er ist ent­wischt. Erinnern wir uns daran, daß auf der entrollten Fläche des Zylinders eine Spirale zu einer Geraden durch die Raumzeit wird. Worauf es an­kommt ist die Bahn auf der Raumzeit-Oberfläche und nicht die (spiralförmige) Bahn im dreidimensionalen Raum.

Textur statt Form

Es ist wichtig, sich klar zu ma­chen, daß der Verlauf der Bahn von der Struktur der Oberflä­che selbst bestimmt wird, d. h. davon, in welcher Weise die Fäden, aus denen die Fläche gebildet wird, miteinander verknüpft sind, und nicht von der dreidimensionalen Form der Oberfläche. Die Form wurde gewählt, um die Ober­fläche zur Schau zu stellen und dem Leser das Verständnis leichter zu machen, so wie ein Kleid an einem Mannequin zur Schau gestellt wird, um dem Käufer den Kaufentschluß zu erleichtern. In einer Waschma­schine wird die dreidimensio­nale Form des Kleides verdreht und zerknautscht, aber seine Textur, wenngleich nur schwer wiederzuerkennen, hat sich da­durch nicht im geringsten ver­ändert. So wie man ein Kleid flach legen kann, indem man es beispielsweise faltet, so läßt sich auch die Raumzeit-Ober-

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