| Vortragender: | Dr. Walter Dickmann |
| Institution: | HPG Sonneberg |
| Datum: | Montag, 25. März 2024 |
| Zeit: | 14:00 - 14:45 Uhr |
| Raum: | V3 |
| Beitrags-Nr.: | VP 25-001 |
Die allgemeine Relativitätstheorie (ART) stellt neben dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik das Fundament der modernen Physik dar. In den Bewegungsgleichungen der ART, den Einsteinschen Feldgleichungen, ist die Verknüpfung zwischen der Geometrie der Raumzeit und der Energie-Impuls-Verteilung formuliert. Diese Geometrie wird durch ein einziges Feld vollständig beschrieben, nämlich durch den metrischen Tensor. In hinreichend kleinen Raumbereichen ist die Raumzeit näherungsweise flach und geht so in die Minkowski-Metrik der speziellen Relativitätstheorie (SRT) über.
Der übliche Physikunterricht in der Sek 2 behandelt die SRT anhand der Phänomene „Zeitdilatation“ und „Längenkontraktion“, während Minkowski-Diagramme und die ihnen zugrunde liegende Metrik außen vor bleiben. Die isolierte Betrachtung dieser Phänomene führt zu scheinbaren Widersprüchen wie dem Zwillingsparadoxon, deren Auflösung in diesem beschränkten Rahmen nur unvollständig erfolgen kann. In diesem Beitrag wird eine vollständigere Einführung der SRT für Schüler der Sek 2 präsentiert, welche von den beiden Einsteinschen Postulaten in wenigen deduktiven Schritten zur hyperbolischen Geometrie der Minkowski-Metrik führt. Die hierfür notwendigen Grundkenntnisse (elementare Geometrie und Weg-Zeit-Diagramme) sind den Schülern seit der Mittelstufe bekannt. Resultierend wird ein Verständnis für Minkowski-Diagramme entwickelt, mit deren Hilfe nicht nur die Phänomene „Zeitdilatation“ und „Längenkontraktion“, sondern die vollständige Lorentz-Transformation, relativistische Geschwindigkeitsaddition und die Auflösung scheinbarer Paradoxa geometrisch erklärt werden. Ferner wird ein eventuell später im Rahmen eines Studiums erfolgender rigoroser Einstieg in die SRT, ART oder Differenzialgeometrie erleichtert, da das Konzept der Metrik und ihr definierender Charakter für die Geometrie eines Raumes anschaulich verstanden sind.