Zur mathematischen Bedeutung von Albert Einstein

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Wer war Albert Einstein?

Albert Einstein war einer der bedeutendsten Physiker der Geschichte und gilt bis heute als Symbol für Genialität und wissenschaftlichen Fortschritt. Geboren wurde er am 14. März 1879 in Ulm (Deutschland) und wuchs in München auf.

Wand mit Graffiti von Mann mit ausgestreckter Zunge. — Albert Einstein ist auch heute noch weltberühmt. |Quelle: Collab Media

Schon früh zeigte er ein großes Interesse an Naturwissenschaften und Mathematik. Nach seinem Studium in Zürich veröffentlichte er im Jahr 1905 mehrere bahnbrechende Arbeiten, die später als sein „Annus mirabilis“ (Wunderjahr) bekannt wurden.

Er sagte einst:

Phantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt.
Albert Einstein

Dabei prägte er die Mathematik und ihre Entwicklung. 1933 emigrierte Einstein in die USA, wo er bis zu seinem Tod 1955 in Princeton lehrte und forschte.

Neben seiner wissenschaftlichen Arbeit war er auch gesellschaftlich engagiert und setzte sich für verschiedene Ziele ein:

Frieden

Humanismus

Rechte von Minderheiten

Heute gilt Albert Einstein nicht nur als Schöpfer grundlegender physikalischer Theorien, sondern auch als eine der prägendsten Persönlichkeiten des 20. Jahrhunderts. Albert Einstein: Mathematiker, Physiker, Wissenschaftler.

Wichtige Beiträge und Theorien von Albert Einstein

Albert Einstein hat die Physik wie kaum ein anderer geprägt. Seine Arbeiten lieferten nicht nur neue Antworten auf grundlegende Fragen zu Raum, Zeit und Energie, sondern bilden bis heute die Basis für viele wissenschaftliche und technische Entwicklungen.

⚡️Er war weniger ein „Erfinder“ im technischen Sinn, sondern vor allem Theoretiker und Physiker, der mit seinen Ideen die Wissenschaft revolutionierte.

Im Folgenden zeigen wir seine wichtigsten Beiträge und Theorien, die die Welt der Wissenschaft und mathematische Gleichungen und Formeln nachhaltig verändert haben.

Die Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie gehört zu den bekanntesten und einflussreichsten Arbeiten von Albert Einstein. Sie besteht aus zwei Teilen:

Spezielle Relativitätstheorie (1905)

Allgemeine Relativitätstheorie (1915)

Beide haben unser Verständnis von Raum, Zeit und Gravitation grundlegend verändert. Schauen wir uns das Ganze genauer an.

Die spezielle Relativitätstheorie

Einstein zeigte, dass Raum und Zeit nicht absolut sind, sondern relativ zum Bewegungszustand eines Beobachters. Eine der berühmtesten Folgerungen ist die Gleichung, die Einstein 1905 aufstellte:

E = mc²

Die Albert Einstein Formel lässt sich übersetzen mit "Energie ist gleich Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat" und beschreibt, dass Masse und Energie äquivalent sind. Das bedeutet, dass ein Körper umso mehr Energie freisetzt, je schneller er sich bewegt.¹

Frau schreibt mit Kreide auf Tafel voller Formeln. — Die Relativitätstheorie ist wohl die bekannteste Entdeckung von Albert Einstein. |Quelle: JESHOOTS.COM

Die Formel basiert auf der überraschenden Entdeckung, dass die Gesetze der Physik überall gleich sind, ganz unabhängig vom Bezugsrahmen. Er stellte die Behauptung auf, dass die Bewegung zu einer Verlangsamung der Zeit führt. Damit stellte er den absoluten Charakter von Raum und Zeit in Frage.

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Wenn man zwei Stunden lang mit einem Mädchen zusammensitzt, meint man, es wäre eine Minute. Sitzt man jedoch eine Minute auf einem heißen Ofen, meint man, es wären zwei Stunden. Das ist Relativität.
Albert Einstein

Diese Theorie erklärt viele Phänomene in der modernen Physik, etwa die Funktionsweise von Teilchenbeschleunigern oder die enorme Energiefreisetzung in Atomreaktionen.

Die allgemeine Relativitätstheorie

Mit dieser Theorie, die er 1915 entwickelte, erweiterte Einstein seine Überlegungen um die Gravitation. Er beschrieb, dass Masse und Energie den Raum und die Zeit krümmen und dass diese Krümmung als Gravitation wahrgenommen wird.

Universelle Gravitation

Einstein berief sich mit der Relativitätstheorie auf die These von Isaac Newton zum Gesetz der universellen Gravitation. Den Begriff der Gravitation widerlegte Einstein und erklärte, dass jede Bewegung eines Objekts durch die Konfiguration der sogenannten Raumzeit bestimmt wird.

Ihm zufolge zieht nicht die Sonne die Erde an, sodass sich diese um die Sonne bewegt. Vielmehr erzeugt die Sonne eine Störung der Raumzeit und diese Anomalie zwinge die Erde, sich um die Sonne drehen.

Seine Erkenntnisse prüften auch die Art des Matheunterrichts.

Dabei geht es um Größenordnungen und Dimensionen, die für unser menschliches Fassungsvermögen nur sehr schwer vorstellbar sind.

Dadurch konnten viele bislang ungelöste Fragen erklärt werden, wie die Umlaufbahn des Planeten Merkur oder die Ablenkung von Lichtstrahlen durch große Massen (Gravitationslinse).

Fotoelektrischer Effekt

Der fotoelektrische Effekt ist eines der Phänomene, das Albert Einstein im Jahr 1905 erklärte und wofür er 1921 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Dabei geht es um folgendes: Wenn Licht auf eine Metalloberfläche trifft, können aus dem Metall Elektronen herausgelöst werden. Vor Einsteins Erklärung war unklar, warum dieses Phänomen nicht mit der klassischen Physik zu verstehen war.

Das hatte eine große Bedeutung:

Diese Erkenntnis legte den Grundstein für die Quantenphysik.
Sie war entscheidend für die Entwicklung moderner Technologien wie Solarzellen, Fotodetektoren und lichtempfindliche Sensoren.
Der fotoelektrische Effekt wird bis heute in Forschung und Technik genutzt.

Einstein zeigte, dass Licht nicht nur eine Welle ist, sondern sich auch wie ein Teilchen verhält. Er nannte diese Energiepakete Lichtquanten (heute: Photonen). Nur wenn ein Photon genügend Energie hat, kann es ein Elektron aus dem Metall herausschlagen.

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Brownsche Bewegung

Die Brownsche Bewegung beschreibt die zufällige, ruckartige Bewegung kleiner Teilchen in einer Flüssigkeit oder in einem Gas. Das Phänomen wurde bereits 1827 von dem Botaniker Robert Brown beobachtet, aber erst Albert Einstein lieferte 1905 die physikalische Erklärung dafür.

Mikroskopisches Bild von blauer Flüssigkeit mit Blasen. — Dank Einstein konnte man die Existenz von Molekülen beweisen. |Quelle: Daniele Levis Pelusi

Einstein konnte zeigen, dass die scheinbar unregelmäßigen Bewegungen der Teilchen durch die Kollisionen mit Molekülen der Flüssigkeit oder des Gases verursacht werden. Damit lieferte er einen entscheidenden experimentellen Beweis für die Existenz von:

Atomen

Molekülen

Die Existenz waren zu dieser Zeit noch nicht allgemein anerkannt. So konnte die atomare Struktur der Materie bestätigt werden.

Bose-Einstein-Kondensat

Das Bose-Einstein-Kondensat ist ein spezieller Aggregatzustand der Materie, den Albert Einstein 1924/25 gemeinsam mit dem indischen Physiker Satyendra Nath Bose theoretisch vorhersagte.

Ein BEC entsteht, wenn bestimmte Teilchen – sogenannte Bosonen – bei extrem niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden. In diesem Zustand verhalten sich alle Teilchen wie ein einziges „Superteilchen“und nehmen denselben quantenmechanischen Zustand ein.

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