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Die Relativitätstheorie ist eine allgemeinere mathematische Struktur als die, auf der die klassische Mechanik beruht. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern mit Lichtgeschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit oder von Systemen mit enormen Massen und besteht aus zwei Teilen: der Theorie der speziellen Relativitätstheorie und der Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie. Die vom deutschen Physiker Albert Einstein, 2001, vorgeschlagene Theorie der speziellen Relativitätstheorie 1905 "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" basierend auf den wichtigen Beiträgen von Hendrick Lorentz und Henri Poincaré. Dieser Artikel argumentiert, dass die spezielle Relativitätstheorie die Inkonsistenz zwischen Maxwells Gleichungen und der klassischen Mechanik löst. Die Theorie basiert auf zwei Axiomen: Dass sich die Gesetze der Physik nicht mit einer Änderung des Trägheitsreferenzrahmens der Systeme ändern (4) und dass die Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum eine konstante Menge ist und nicht mit der Bewegung der Lichtquelle oder dem Betrachter verbunden ist. Die Verschmelzung dieser beiden Axiome führt zur Annahme einer Beziehung zwischen zwei getrennten Dingen in der klassischen Mechanik, nämlich Raum und Zeit, und kombiniert sie zu einer Struktur, die Raum-Zeit genannt wird.
Die Allgemeine Relativitätstheorie ist eine Theorie geometrischer Natur, die Albert Einstein einseitig zur Speziellen Relativitätstheorie und zum Newtonschen allgemeinen Gravitationsgesetz entwickelt hat. Diese Theorie besagt, dass die Schwerkraft als eine Krümmung in der Struktur der Raumzeit beschrieben werden kann, die durch Masse oder Energie verursacht wird. Mathematisch unterscheidet sich die allgemeine Relativitätstheorie von anderen modernen Theorien, die die Schwerkraft beschreiben, indem Einsteins Feldgleichungen verwendet werden, um den Raumzeitgehalt von Materie oder Energie und ihre Auswirkung auf ihre Krümmung zu beschreiben. Es hängt hauptsächlich vom Spannungsenergietensor (5) ab, der ein geometrisches Objekt ist, das durch seine Komponenten verschiedene physikalische Größen wie Dichte, Strömung, Energie, Impuls und Raumzeit beschreibt. Man kann sagen, dass der Spannungsenergietensor der Grund für die Existenz eines Gravitationsfeldes in einer bestimmten Raumzeit ist, allgemeiner als das, was die Masse allein im klassischen Newtonschen Gravitationsgesetz tut.
Eine der ersten Beobachtungen, die die Gültigkeit der allgemeinen Relativitätstheorie bestätigten, war, dass sie den Apogäum des anomalen Planeten Merkur mit einer Genauigkeit berechnen konnte, die die klassische Mechanik nicht erreichte. 1919 beobachtete der englische Astronom Arthur Stanley Eddington die Verschiebung des Sternenlichts in der Nähe der Sonnenscheibe während einer Sonnenfinsternis und bestätigte damit die allgemeine Relativitätsvorhersage der Biegung des Lichts unter dem Einfluss eines durch supermassive Objekte induzierten Gravitationsfeldes. Später tauchten in der Kosmologie viele Implikationen dieser Theorie auf, von denen einige die Beobachtungen bestätigten, aber sie ist immer noch Gegenstand von Kontroversen, einschließlich der Vorhersage von Lösungen für Einsteins Gleichungen des Urknalls, der Expansion des Universums, der Energie des Vakuums und der Schwarzen Löcher.
Der britische Physiker Paul Dirac stellte 1928 die Quantenmechanik in ihrer linearen und Wellenform in eine umfassendere Formulierung im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie. Entworfen wurde die Existenz von Antiteilchen vorhergesagt. Dies wurde 1932 experimentell mit der Entdeckung des Elektronen- oder Positronenantagonisten bestätigt.
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