Das Einsteinmobil - die Exponate

Eine Filmstation mit vier Filmen gibt eine erste Einführung in die Spezielle Relativitätstheorie. Ausgehend von einer Person, die einen Ball dribbelt, wird in kleinen Schritten zu dem bekannten Lichtuhrargument für Zeitdilatation und Längenkontraktion hingeführt. Zielgruppe für die Filme sind SchülerInnen ab der 8. Klasse und Rückmeldungen aus den Schulen bestätigen, dass diese Gruppe mit den Filmen erfolgreich arbeiten kann.

Zur Speziellen Relativitätstheorie gibt es zwei interaktive Exponate. Das eine ist das "relativistische Fahrrad", das im Einstein-Jahr 2005 bereits in verschiedenen Ausstellungen zu erleben war. Die Idee der Simulation: In einer virtuellen Welt, in der die Lichtgeschwindigkeit nur 30 Kilometer pro Stunde beträgt, kann bereits ein Fahrradfahrer annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen. SchülerInnen sitzen auf einem Trimmrad, mit dem sie beschleunigen, bremsen und lenken. Vor sich sehen sie auf einer Leinwand in Echtzeit den Anblick, den die Innenstadt von Tübingen auf einer fast lichtschnellen Fahrt bieten würde. Abbildung 1 zeigt drei Einzelbilder aus der Simulation.


Abb. 1: Die Tübinger Marktgasse, in Ruhe gesehen (links), sowie aus der Bewegung bei 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (Mitte) und 95 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (rechts). Die drei Bilder sind am selben Ort aufgenommen. Bilder: Marc Borchers, aus [ 3].

Das Fahrradfahren in der virtuellen Welt ist einfach, denn das Programm verhindert Kollisionen und Stürze. Anders beim zweiten interaktiven Exponat. Mit dem relativistischen Flugsimulator, der wie üblich mittels Joystick gesteuert wird, kann man fast lichtschnell über eine Insellandschaft fliegen. Eine sanfte Landung trotz der verzerrten Wahrnehmung in dieser virtuellen Welt ist eine echte Herausforderung!

Wie die verzerrten Bilder von Fahrradfahrt und Flugsimulator durch Lichtlaufzeiteffekte zustandekommen, erklärt eine weitere Serie von Filmen. Sie ist, wie die erste Filmserie, schrittweise aufgebaut, verwendet kurz und einfach gehaltene Untertitel und setzt ein Physikverständnis etwa auf dem Niveau der 8. Klasse voraus.

Eine dritte Serie aus etwas längeren Filmsequenzen schließlich gibt eine Einführung in Grundgedanken der Allgemeinen Relativitätstheorie: gekrümmter Raum, gedehnte Zeit und Lichtablenkung im Schwerefeld werden anhand von Computersimulationen, Animationen und Astrofotos beschrieben und erläutert.

Abb. 2: In der Computersimulation wird ein Schwarzes Loch vor die Aufnahme eines Galaxienclusters gesetzt - das Hintergrundbild erscheint verzerrt. In der interaktiven Simulation kann das Schwarze Loch nach Belieben über das Bild geschoben werden. (Hintergrundbild: Der Galaxienhaufen Abell 2218, Space Telescope Science Institute (STScI))

Zu diesem Themenbereich gehört das dritte interaktive Exponat. Darin blicken wir auf ein Bild, z. B. ein Astrofoto, und setzen in der Simulation zwischen das Bild und uns ein Schwarzes Loch. Die Lichtablenkung am Schwarzen Loch lässt das Hintergrundbild verzerrt erscheinen (Abbildung 2). Das Schwarze Loch kann mit der Maus über das Bild bewegt werden, außerdem besteht eine Auswahl unter Schwarzen Löchern verschiedener Masse sowie unter verschiedenen Hintergrundbildern. Insbesondere kann man anwesende Personen hinter das Schwarze Loch stellen, indem man das Bild anwählt, das eine an den Computer angeschlossene Kamera im Raum gerade aufnimmt.

Überblick über die Exponate