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ALBERT EINSTEIN, der 1905 die spezielle Relativitätstheorie veröffentlichte, stellte selbst die wichtigste Inhalte dieser Theorie in vielen Vorträgen und Veröffentlichungen dar. Dabei versuchte er die Grundgedanken der neuen Theorie in möglichst einfacher und gut überschaubarer Weise zu formulieren. Ein Beispiel dafür sind die nachfolgenden Auszüge aus einer Arbeit von ihm, die 1916 unter dem Titel „Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie“ veröffentlicht wurde.

Die von Albert Einstein entwickelte spezielle Relativitätstheorie führte zu neuen Vorstellungen von Zeit und Raum. Die Äquivalenz von Masse und Energie ist die Grundlage für das Verständnis von Kernumwandlungen und den damit verbundenen energetischen Prozessen. Die von Einstein vorhergesagte Ablenkung von Licht an großen Massen wurde durch astronomische Beobachtungen bestätigt. Moderne Kommunikationstechnik wie GPS wäre ohne Kenntnis der Relativitätstheorie nicht möglich gewesen. Im Test können Sie Ihre Kenntnisse über ausgewählte Bereiche der Relativitätstheorie prüfen.

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In der klassischen Physik wird von einer absoluten Zeit ausgegangen, die überall gleichmäßig verläuft. In der speziellen Relativitätstheorie dagegen ist der Zeitbegriff zu relativieren. Die Zeit ist nicht absolut, sondern es gilt vielmehr: Eine bewegte Uhr geht langsamer als eine ruhende Uhr. Ein physikalischer Vorgang dauert in seinem Ruhesystem nicht so lange wie der gleiche Vorgang in einem dazu bewegten System. Diese Erscheinung wird als Zeitdilatation bezeichnet.

Die Relativität der Zeitmessung wird häufig am Beispiel von Zwillingen diskutiert, die sich in zueinander bewegten Inertialsystemen befinden und wegen der Zeitdilatation unterschiedlich schnell altern. Bezeichnet wird diese Erscheinung als Zwillingsparadoxon.

Auf der Sonne beobachtet man verschiedene Aktivitätserscheinungen. Zu den Formen der Sonnenaktivität gehören Sonnenflecken, Sonnenfackeln, Protuberanzen und Eruptionen. Diese verschiedenen Aktivitätserscheinungen sind teilweise miteinander verbunden und treten periodisch gehäuft auf.

Unser Planetensystem oder Sonnensystem besteht aus einem Stern im Zentrum, 9 großen Planeten, mehr als 100 Monden, zahlreichen Planetoiden, Kometen, Meteoroiden sowie gas- und staubförmigen Stoffen im interplanetaren Raum. Insgesamt besitzt des Planetensystem eine flache Grundstruktur, da die Bahnen der größeren Himmelskörper dieses Systems nahezu in einer Ebene verlaufen.

Wäre die Erde eine unbewegte Kugel, würden sich die globalen Windsysteme vom Äquator zu den Polen hin ausrichten:
Die Sonneneinstrahlung ist am Äquator am höchsten. Die am Äquator auftretenden Strahlungsgewinne führen zur Erwärmung der Luft und lassen sie aufsteigen. Über dem äquatorialen Tiefdruckgebiet würde die Luft dann nord- und südwärts zu den Polen hin abströmen.
Durch die Erdrotation kann es aber einen solchen geschlossenen Kreislauf der Luftmassen zwischen Äquator und Polen, die sogenannte HEADLEY-Zelle, nicht geben. Die Zelle bzw. der Kreislauf existiert lediglich im Raum zwischen dem Äquator und etwa 30° nördlicher und südlicher Breite und wird als Passatzirkulation bezeichnet.
Die HEADLEY-Zelle ist allerdings nicht nur in ihrer Breitenausdehnung begrenzt. Durch die Erdrotation tritt zusätzlich eine scheinbare Kraft auf, die die auf der Nordhalbkugel vom Äquator weg wehenden Winde nach Osten und die zum Äquator hin wehenden Winde nach Westen ablenkt. Auf der Südhalbkugel sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt. Diese ablenkende Kraft heißt CORIOLIS-Kraft.

Die Sonne ist der uns am nächsten stehende Stern. Sie liefert die Energie, durch die Leben auf der Erde überhaupt erst entstehen und sich entwickeln konnte. Aufgrund der relativ geringen Entfernung sind viele Daten der Sonne recht genau bekannt. Sie sind in Übersichten dargestellt.

Es gibt eine Vielzahl physikalischer Systeme, bei denen geringfügige Änderungen in den Anfangsbedingungen erhebliche Auswirkungen haben können. Ein einfaches Beispiel dafür ist das Fallenlassen eines Blattes Papier. Es fällt je nach dem Ausgangszustand in sehr unterschiedlicher Weise nach unten – es verhält sich chaotisch. Trotzdem wirken auch in diesem Falle physikalische Gesetze. Man bezeichnet das Verhalten solcher Systeme als deterministisches Chaos. Ihre Beschreibung erfolgt nicht nichtlinearen Gleichungen.

Die Weltmeere sind ein gewaltiger Speicher erneuerbarer Energien. Bei der Nutzung der thermischen und kinetischen Energie der Ozeane steht der Mensch jedoch noch am Anfang. Bislang arbeiten nur wenige Gezeiten- und Wellenkraftwerke erfolgreich. Auch bei der Entwicklung von Temperaturgefällekraftwerken, die gleichzeitig zur Meerwasserentsalzung genutzt werden können, muss noch viel Pionierarbeit geleistet werden.

Die Erde ist einer der neun großen Planeten in unserem Sonnensystem und steht der Sonne relativ nahe. Sie ist der einzige Himmelskörper, auf dem sich höhere Formen des Lebens entwickeln konnten. Als Planet und Himmelskörper im Sonnensystem kann die Erde mit zum Forschungsgegenstand der Astronomie gezählt werden, insbesondere was ihre Bewegungen und ihre Daten betrifft. Die Wissenschaft, die sich aber vorrangig mit der Erde beschäftigt, ist die Geografie.

Erde und Erdmond, meist kurz als Mond bezeichnet, sind enge kosmische Partner. Sie bewegen sich seit ihrer Entstehung gemeinsam um die Sonne. Während die Erde der Planet des Lebens ist, herrschen auf dem Mond Bedingungen, unter denen sich nicht einmal primitive Einzeller entwickeln konnten. Der Mond ist der einzige Himmelskörper außerhalb der Erde, den Menschen bisher besuchten.

Im Spektrum von sehr weit entfernten Galaxien beobachtet man auffällige Linienverschiebungen der Spektrallinien gegenüber dem Spektrum einer ruhenden Vergleichsquelle. Auf ähnliche Weise wie bei den Radialgeschwindigkeiten der Sterne müssen diese Linienverschiebungen im Spektrum der Galaxien als radiale Bewegungen interpretiert werden. Sehr weit entfernte Galaxien bewegen sich von uns fort. Diesen Effekt bezeichnet man als Galaxienflucht.

Die Fernrohrbeobachtungen GALILEO GALILEIs (1564-1642) darf man als entscheidenden Wendepunkt am Beginn der Erforschung der Galaxis ansehen. GALILEI richtete um das Jahr 1610 zum ersten Mal ein Fernrohr auf das diffus leuchtende Band der Milchstraße und konnte es in einzelne Sterne auflösen.
Damit erhob sich die Frage, weshalb die Sterne in einem flachen Band konzentriert sind und an anderen Stellen des Himmels in wesentlich geringer Anzahl auftreten.

Die Kugelgestalt der Erde war lange umstritten. Seit der griechischen Antike bis weit ins Mittelalter hinein wurde von der Kirche und Gelehrten die Erde als kreisrunde Scheibe betrachtet. Erst nach wissenschaftlichen Berechnungen, indirekten Beweisen und den ersten Weltumseglungen setzten sich die wahren Auffassungen über die Gestalt der Erde endgültig durch.

Ein Blick zum Sternhimmel lässt erkennen, dass die einzelnen Sterne stark voneinander abweichende Helligkeitseindrücke im menschlichen Auge hervorrufen. Bezüglich der vom menschlichen Auge wahrgenommenen visuellen Helligkeit, die auch als scheinbare Helligkeit bezeichnet wird, ist der Stern Sirius von Mitteleuropa aus der hellste Stern, den wir am Himmel sehen.

Das HERTZSPRUNG-RUSSELL-Diagramm, benannt nach dem dänischen Astronomen EJNAR HERTZSPRUNG (1873-1967) und dem amerikanischen Astronomen HENRY NORRIS RUSSELL (1877-1957), ist das bekannteste Zustandsdiagramm der Astrophysik. Auf den Achsen sind die Leuchtkraft und die Oberflächentemperatur aufgetragen. Jeder Stern wird als Punkt abgebildet. In diesem Diagramm treten typische Häufungsgebiete auf, die unmittelbar mit bestimmten Stadien der Sternentwicklung verbunden sind.

Die Vorstellung vom Hüllenbau („Sphären“) der Erde ist sehr alt.
Heute wird der Hüllenbegriff vor allem in den Geo- und Biowissenschaften für stofflich-energetische Bereiche an der Erdoberfläche verwendet, für die zugleich bestimmte Erscheinungsformen der Materie einschließlich ihrer Prozesse charakteristisch sind. Die wesentlichsten Teilhüllen sind zugleich die Gegenstände bestimmter Wissenschaften. Die Geografie untersucht die Landschaftshülle (Geosphäre). Das ist der Durchdringungsbereich vieler Teilhüllen unmittelbar beidseitig der Erdoberfläche.

Das kosmologische Prinzip beschreibt die wichtigste Arbeitshypothese der Kosmologie. Es gründet sich auf die bisherigen Erfahrungen, die bei der Erforschung der Struktur und der Bewegungsverhältnisse im Universum gesammelt worden sind. Es lautet:
Im Universum existiert kein Punkt, der in irgend einer besonderen Weise physikalisch ausgezeichnet ist.

Als Milchstraßensystem oder Galaxis bezeichnet man das Sternsystem, in dem sich unsere Sonne befindet. Das Milchstraßensystem ist also die kosmische Heimat der Menschheit. Unser Sternsystem gehört zur Gruppe der Spiralgalaxien. Es beherbergt etwa 100 Milliarden Sterne, darüber hinaus verschiedene Typen von Sternhaufen und interstellare Materie. Wie bei vielen anderen Spiralgalaxien kann man auch im Milchstraßensystem einige großräumige Strukturelemente deutlich voneinander unterscheiden. Zu diesen zählen die Scheibe mit den Spiralarmen, das Zentralgebiet und der galaktische Halo.

Als Mond bezeichnet man den natürlichen Begleiter eines Planeten oder eines Planetoiden. Im engeren Sinn versteht man unter der Bezeichnung „Mond“ den Trabanten der Erde.
Allein im Jahre 2000 hat man 23 Monde neu entdeckt. Damit erhöhte sich die Gesamtanzahl der bekannten Planetenmonde auf 91 (Stand: Januar 2001). Zu Beginn des Jahres 2003 betrug diese Anzahl bereits über 100. Offensichtlich hält die Entdeckungsserie neuer Monde gegenwärtig an, eine feste Obergrenze für die Zahl der natürlichen Planetenbegleiter im Sonnensystem anzugeben, ist daher kaum möglich.

Der uns nächste Stern ist die Sonne, die sich in einer mittleren Entfernung von 149,6 Millionen Kilometern (1 astronomische Einheit, 1 AE) von der Erde entfernt befindet. Der neben der Sonne nächste Stern ist Proxima Centauri, der 1,30 pc oder $\mathrm{2,70}\cdot {10}^5\text{AE oder 4}\text{,04}\cdot {\text{10}}^{\text{16}}\text{m}$ von uns entfernt ist, also 270.000-mal so weit wie die Sonne.

Unter dem Begriff Rotverschiebung versteht man die Verschiebung von Spektrallinien hin zu größeren Wellenlängen. Handelt es sich hierbei um Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, dann bedeutet ihre Vergrößerung, dass sie näher an den Spektalbereich rücken, der von Menschen als rotes Licht wahrgenommen wird. Grundsätzlich muss man zwischen verschiedenen Arten der Rotverschiebung unterscheiden.

Schwarze Löcher sind Bereiche des Weltraums, aus denen keinerlei Strahlung entweichen kann. In der klassischen Physik kann man sich zur Erklärung dieses Effektes vorstellen, dass die Fluchtgeschwindigkeit, die zum Verlassen dieser Objekte notwendig wäre, größer als die Lichtgeschwindigkeit ist.

In der Natur kann man die Ausbildung vielfältiger Strukturen (Kristalle, Zellen, Wirbel, Wolkenformen) beobachten. Dabei bilden sich unter bestimmten Bedingungen aus zunächst unstrukturierten oder wenig strukturierten Zuständen Strukturen heraus. Da diese Vorgänge von selbst ablaufen, wenn die erforderlichen Bedingungen vorliegen, spricht man von Selbstorganisation. Die Theorie der Selbstorganisation, die ab etwa 1970 entwickelt wurde, bezeichnet man auch als Synergetik. Gegenstand der Synergetik ist die Erforschung der spontanen Bildung von Strukturen. Selbstorganisation bedeutet eine Erhöhung der Ordnung im System, die mit einer Entropieminderung verbunden ist.