Je mehr Löcher, desto weniger Käse

Platzpatrone abgefeuert wurde, mit Schallgeschwindigkeit in alle Richtungen – in Flugrichtung, aber auch entgegengesetzt dazu.
    Der sogenannte Dopplereffekt, der dazu führt, dass sich die Frequenz einer Schallquelle ändert, wenn sie sich auf uns zubewegt oder von uns weg, soll uns hier nicht interessieren. Er verändert den Klang, nicht jedoch die Schallgeschwindigkeit.
    Denn Schallwellen werden nicht schneller, nur weil die Schallquelle schnell fliegt. Aus Sicht des Piloten wird der Schall sogar langsamer: Die Wellen laufen mit 1200 km/h durch die Luft, das Flugzeug fliegt mit 800 km/h hinterher. Relativ zum Flugzeug sind die Schallwellen also nur 400 km/h schnell.
    Wenn der Pilot nach hinten schaut, dann wird der Schall hingegen scheinbar schneller. Die Wellen bewegen sich mit1200 km/h von dem Ort weg, an dem die Platzpatrone abgefeuert wurde. Und der Jet entfernt sich davon mit 800 km/h – macht zusammen 2000 km/h! Kurios, nicht?
Der mysteriöse Äther
    Jetzt kommen wir zurück zur Physik Ende des 19. Jahrhunderts. Damals glaubten fast alle Physiker, dass alle Wellen ein Trägermedium besitzen. Beim Schall kann das zum Beispiel Luft sein oder auch Wasser. Beim Licht nannte man dieses Trägermedium Äther. Über diesen ominösen Äther wusste man so gut wie nichts. Nur so viel: Er musste das gesamte Universum ausfüllen, also auch das Vakuum im All. Denn sonst würde das Licht der Sterne ja niemals bei uns auf der Erde ankommen.
    1881 führte der Physiker Albert Michelson in Potsdam ein Experiment durch, mit dem er den Äther nachweisen wollte. Dabei nutzte er aus, dass sich die Erde mit etwa 30 Kilometern pro Sekunde auf einer Bahn um die Sonne bewegt. In seinem Experiment lief ein Lichtstrahl parallel zur Bewegungsrichtung der Erde, ein anderer senkrecht dazu. Wenn es den Äther gibt, dann müssten beide Strahlen verschieden schnell unterwegs sein, glaubte Michelson. Doch das Experiment ergab keine Laufzeitunterschiede – auch die noch verfeinerten Messungen von Edward Morley im Jahr 1887 nicht.
    Die klassische Äthertheorie konnte also nicht stimmen. So kamen einzelne Physiker damals auf die Idee, dass die Erde sich zwar durch den Äther bewegt, der das gesamte Weltall ausfüllt, diesen aber womöglich an ihrer Oberfläche mit sich mitzieht. Eine andere, sehr sonderbar klingende Erklärung lieferte der Holländer Hendrik Lorentz: Die Materie werdein der Bewegungsrichtung der Erde minimal gestaucht, und zwar genau so viel, dass man keinen Laufunterschied beim Licht mehr messen könne, meinte er.
    Dann kam Albert Einstein. Er suchte nicht nach exotischen Erklärungen, um die Äthertheorie zu retten. Einstein machte die Sache ganz einfach, indem er annahm: Wo auch immer wir messen, Licht breitet sich stets mit konstanter Geschwindigkeit aus. Nichts kann sich schneller bewegen als Licht.
    Das Postulat von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist in der Relativitätstheorie so etwas wie das Axiom in der Mathematik. Sie erinnern sich: Die kleinste natürliche Zahl ist die Null – und jede natürliche Zahl hat genau einen Nachfolger. All das, was wir über natürliche Zahlen wissen, ergibt sich aus diesen Grundannahmen. Bei der Relativitätstheorie, einer stark mathematisch geprägten Theorie, funktioniert das ganz ähnlich.
    Sie haben sicher schon gehört, dass die Zeit in Raumschiffen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, langsamer vergehen soll als auf der Erde. Bekannt ist dies auch unter dem Namen Zwillingsparadoxon. Denn wenn ein Zwilling mit solch einem Raumschiff fliegt, altert er langsamer als sein Geschwisterkind auf der Erde.
    Dieses Phänomen werden wir nun mit einem einfachen Gedankenexperiment erklären. Der eine Zwilling, wir nennen ihn Paul, steht an einem Bahnhof. Der andere Zwilling, Sven, sitzt in einem superschnellen Zug, der gerade durch den Bahnhof rast. Der Zug hat die Geschwindigkeit v.
    Im Waggon, in dem Sven Platz genommen hat, steht eine sogenannte Lichtuhr. Sie besteht aus einer Lampe am Boden und einem Spiegel an der Decke. Wird die Lampe angeschaltet, läuft der Strahl nach oben zum Spiegel, wird reflektiert und kommt wieder zurück.

    Sven misst die Zeit, die der Lichtstrahl für diesen Weg braucht. Paul schaut sich das Experiment vom Bahnhof aus an und stoppt ebenfalls die Zeit, die der Strahl benötigt. Wir nehmen an, dass der Waggon die Höhe h hat.
    Für Sven sieht die Sache folgendermaßen aus: Der Strahl bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit senkrecht nach oben