Relativitätstheorie Formeln: Folgen & Einstein Varianten
Die Formeln der Relativitätstheorie haben tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis von Raum, Zeit und der Natur des Universums. Sie haben eine Vielzahl ...
Relativitätstheorie Formeln: Folgen & Einstein Varianten

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# Relativitätstheorie Formeln

Wende dich dem faszinierenden Studium der Relativitätstheorie Formeln zu und entdecke die rätselhaften Aspekte der [Physik](/schule/physik/), die die Wahrnehmung von Raum und Zeit revolutioniert haben. Durch die detaillierte Untersuchung der Formeln der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie erhältst du ein tieferes Verständnis für ihre weitreichenden Auswirkungen und Interpretationen. In den folgenden Passagen vertiefst du dein Wissen über den relativistischen Dopplereffekt und lernst die Notwendigkeit der Anwendung der Relativitätstheorie Formeln in der Praxis kennen. Betrachte die Formeln, die ein Eckpfeiler der modernen Physik sind und beginne, die Welt aus einem neuen Blickwinkel zu betrachten.

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsangabe

## Einführung in die Relativitätstheorie Formeln

Die Relativitätstheorie, eine fundamental wichtige Theorie in der [Physik](/schule/physik/), wurde von [Albert Einstein](/schule/physik/beruehmte-physiker/albert-einstein/) im beginnenden 20. Jahrhundert entwickelt. Es gibt zwei Arten von Relativitätstheorien: die **[Spezielle Relativitätstheorie](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/)** und die **Allgemeine Relativitätstheorie**. Beide sind wichtig, um die Grundlagen des Universums zu verstehen. In diesem Text wirst du einige der grundlegenden Formeln in der Relativitätstheorie kennenlernen.

Die **Relativitätstheorie** ist eine Theorie der Physik, die beschreibt, wie sich der Raum und die Zeit zueinander verhalten, insbesondere in Bezug auf die Bewegung von [Materie](/schule/physik/astronomie/materie/) und Energie.

### Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie Formeln

Die Formeln der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) sind wichtig, um zu verstehen, wie Raum und Zeit bei hohen Geschwindigkeiten interagieren. Sie basieren auf zwei Postulaten: Erstens, die Gesetze der Physik sind in allen Inertialsystemen gleich. Zweitens, das Licht bewegt sich im leeren Raum mit einer konstanten Geschwindigkeit, unabhängig von der Geschwindigkeit der Lichtquelle.

- \\\[E=mc^2\\\]: Diese wohl bekannteste Formel der Relativitätstheorie stellt eine Beziehung zwischen Energie \\(E\\), Masse \\(m\\) und Lichtgeschwindigkeit \\(c\\) her.
- \\\[\\Delta t = \\gamma \\Delta t\_0\\\]: Diese Formel, auch als [Zeitdilatation](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/zeitdilatation/) bekannt, erklärt, wie die Zeit für einen bewegten Beobachter langsamer verläuft.
- \\\[L=L\_0/\\gamma\\\]: Die [Längenkontraktion](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/laengenkontraktion/), beschrieben durch diese Formel, zeigt, dass die Länge eines Objekts in Bewegungsrichtung für einen bewegten Beobachter kürzer erscheint.

#### Physik: Einstein Relativitätstheorie Formeln

In der Physik wird man auf viele Formeln treffen, welche Einsteins Theorien betreffen. Hier sind einige, die man öfter sehen wird:

\\\[E=mc^2\\\]Energie-Masse-Äquivalenz\\\[D=\\gamma D\_0\\\]Raum-Zeit-Verzerrung (Dilatation)\\\[T=T\_0 \\gamma\\\][Zeitdilatation](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/zeitdilatation/)

### Allgemeine Relativitätstheorie Formeln: Ein Überblick

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) ist eine Erweiterung der Speziellen Relativitätstheorie und bezieht die Gravitation mit ein. Eine der grundlegenden Formeln ist die Einsteinsche Feldgleichung.

Die **Einsteinsche Feldgleichung** ist eine Reihe von zehn Gleichungen in Albert Einsteins allgemeiner Theorie der Relativität, die die grundlegenden Wechselwirkungen von Gravitation als Manifestation von Raumzeit-Krümmungen durch [Materie](/schule/physik/astronomie/materie/) und Strahlungsenergie darstellt.

#### Praktische Anwendungen der Allgemeinen Relativitätstheorie Formeln

Eine der bekanntesten Anwendungen ist die GPS-Technologie. Da die Erde eine [Masse](/schule/physik/mechanik/masse/) hat, krümmt sie den Raum und die Zeit, was laut ART für genaue Messungen berücksichtigt werden muss.

Wenn nicht für die ART, könnten Ungenauigkeiten von bis zu 7 Kilometern pro Tag in GPS-Systemen auftreten. Daher muss die in den Satellitenuhren vergehende Zeit mit der auf der Erde synchronisiert werden, indem die vom ART vorgeschriebenen Korrekturen vorgenommen werden.

Sowohl die spezielle als auch die allgemeine Relativitätstheorie gelten als zwei der schönsten Theorien in der Physik. Trotz ihrer scheinbaren Komplexität und Abstraktheit lassen sie sich auf elegante mathematische Formeln reduzieren und haben tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis von Raum und Zeit.

## Folgen der Relativitätstheorie Formeln

Die Formeln der Relativitätstheorie haben tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis von Raum, Zeit und der Natur des Universums. Sie haben eine Vielzahl von physischen Phänomenen präzise erklären können und sind die Grundlage für zahlreiche technologische Innovationen geworden.

### Auswirkungen und Interpretationen der Speziellen Relativitätstheorie

Die [Spezielle Relativitätstheorie](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/) (SRT) hat weitreichende Auswirkungen und stellt fundierte Grundannahmen über Raum und Zeit in Frage. Sie hat unser Verständnis von Energie, [Masse](/schule/physik/mechanik/masse/) und Bewegung revolutioniert. Gleichzeitig hat sie einige rätselhafte Phänomene eingeführt, wie die Zeitdilatation und die [Längenkontraktion](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/laengenkontraktion/), die durch Experimente bestätigt wurden und unser klassisches, alltägliches Verständnis von Raum und Zeit grundlegend verändern.

Ein Beispiel davon ist die Zeitdilatation: Die Zeit für einen bewegten Beobachter läuft langsamer im Vergleich zu einem ruhenden Beobachter. Diese Phänomene sind nicht nur theoretische Vorhersagen, sondern wurden durch eine Reihe von Experimenten verifiziert.

Zum Beispiel durch das berühmte [Zwillingsparadoxon](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/zwillingsparadoxon/), bei dem ein Zwilling auf der Erde bleibt, während der andere auf eine Weltraumreise geht und bei seiner Rückkehr jünger ist als sein auf der Erde gebliebener Zwilling. Dies zeigt die praktische Auswirkung der Zeitdilatation.

#### Folgerungen der Relativitätstheorie: Ein Vergleich

Die Auswirkungen und Vorhersagen der SRT und der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) unterscheiden sich in einigen wichtigen Aspekten. Während die SRT sich auf Systeme konzentriert, die sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zueinander bewegen, beschäftigt sich die ART mit Beschleunigungen und Schwerkraft. Daher umfasst sie auch Situationen, in denen Objekte durch Schwerkraft beeinflusst werden, wie [Planeten](/schule/physik/astronomie/planeten/), die [Sterne](/schule/physik/astronomie/sterne/) umkreisen, oder Licht, das ein [Schwarzes Loch](/schule/physik/astronomie/schwarzes-loch/) passiert.

**Spezielle Relativitätstheorie**Zeitdilatation und Längenkontraktion; Energie-Masse-Äquivalenz**Allgemeine Relativitätstheorie**Gravitationszeitdilatation und Raumzeitkrümmung; Schwarze Löcher und Gravitationswellen

### Impakt der Allgemeinen Relativitätstheorie Formeln

Die **Allgemeine Relativitätstheorie** (ART) ist eine Erweiterung der SRT, die die Natur der Schwerkraft beschreibt. Sie stellt eine Grundlage für unser modernes Verständnis des Universums dar, von der Bewegung der [Planeten](/schule/physik/astronomie/planeten/) bis hin zu den Eigenschaften von Schwarzen Löchern und dem [Urknall](/schule/physik/astronomie/urknall/).

Die Vorhersagen der ART wurden durch viele Experimente bestätigt und haben zahlreiche wissenschaftliche Durchbrüche ermöglicht. Ein beeindruckendes Ergebnis der ART ist die Existenz und das Verständnis von Schwarzen Löchern. Diese zeigen extreme Auswirkungen der Raumzeitkrümmung, da sie eine Masse in einem so kleinen Raum konzentrieren, dass nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.

#### Physik: Konsequenzen der Einstein Relativitätstheorie

Einsteins Relativitätstheorien haben unser Verständnis der Welt auf den Kopf gestellt. Sie haben unser Wissen über das Universum vertieft und revolutionäre Technologien ermöglicht. Ein weiteres beeindruckendes Phänomen, das durch die ART vorhergesagt wird, sind Gravitationswellen. Diese sind Verzerrungen der Raumzeit, die sich wie [Wellen](/schule/physik/mechanik/wellen/) ausbreiten und durch die heftige Bewegung massereicher Objekte verursacht werden.

Ein gutes Beispiel für die praktische Anwendung der ART ist die GPS-Technologie. Ohne Berücksichtigung der Effekte der Gravitationszeitdilatation, die durch die ART vorhergesagt werden, wären die Signale der GPS-Satelliten nicht genau genug, um unseren Standort genau zu bestimmen.

## Vertiefung der Relativitätstheorie Formel Erklärung

Nach dem ersten grundlegenden Verständnis der Formeln, die in der Relativitätstheorie verwendet werden, ist es wichtig, tiefer in die Materie einzudringen und die Bedeutung sowie die Tragweite dieser Formeln stärker zu beleuchten. Durch das bessere Verständnis der Theorien und Übersichten wird es auch möglich, diese in verschiedenen Kontexten korrekt anzuwenden und zu interpretieren.

### Vertiefung der Speziellen Relativitätstheorie Formeln

Die Formeln der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) haben zuerst für Verwirrung gesorgt, weil sie stark von der klassischen Physik abweichen. Doch gerade ihre modernen Annahmen sind es, die viele Phänomene, die die klassische Physik nicht zufriedenstellend erklären kann, plausibel machen.

Nehmen wir zum Beispiel die Formel für die Zeitdilatation \\\[ \\Delta t = \\gamma \\Delta t\_0 \\\]. Hierin wird dargelegt, dass die Zeit eines bewegten Beobachters langsamer vergeht im Vergleich zu einem ruhenden Beobachter, wobei \\(\\gamma\\) der Lorentz-Faktor ist, der von der Geschwindigkeit v des bewegten Beobachters abhängt. Diese Formel war bahnbrechend, da sie zeigte, dass Zeit kein universelles Maß ist, sondern relativ zur Geschwindigkeit des Beobachters.

Weiterhin ist die Formel für die Energie-Masse-Äquivalenz \\(E=mc^2\\) eine der bekanntesten und revolutionärsten Formeln, die Einstein entwickelt hat. Sie sagt uns, dass Masse in Energie umgewandelt werden kann und umgekehrt. Dies war eine bahnbrechende Erkenntnis, da sie zuerst das Konzept der [Atombombe](/schule/physik/kernphysik/atombombe/) und dann der Kernenergie eröffnet hat.

#### Konzepte: Der relativistische Dopplereffekt

Der relativistische Dopplereffekt ist ein weiteres faszinierendes Ergebnis der SRT, das sowohl in der Physik als auch in der [Astronomie](/schule/physik/astronomie/) weitreichende Anwendungen und Implikationen hat. Der Dopplereffekt beschreibt die Änderung der Frequenz einer Welle (beispielsweise [Schall](/schule/physik/mechanik/schall/) oder Licht) in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Beobachter und der Quelle der Welle.

In der speziellen Relativitätstheorie führt die Zeitdilatation dazu, dass es einen zusätzlichen Faktor gibt, der berücksichtigt werden muss, wenn die Quelle sich mit einer Geschwindigkeit nahe der [Lichtgeschwindigkeit](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/lichtgeschwindigkeit/) bewegt. Die Formel für den relativistischen Frequenzshift ist:

\\\[ f' = \\sqrt{\\frac{(1 - \\beta)}{(1 + \\beta)}} f \\\]

Hier repräsentiert \\( f' \\) die beobachtete Frequenz, \\( f \\) die ausgesendete Frequenz und \\( \\beta = v/c \\), wobei \\( v \\) die Geschwindigkeit der Quelle relativ zum Beobachter ist und \\( c \\) die Geschwindigkeit des Lichts ist. Diese Formel zeigt, dass die beobachtete Frequenz nicht nur von der Geschwindigkeit der Quelle, sondern auch von der Richtung der Bewegung abhängt.

Der **relativistische Dopplereffekt** hat breite Anwendungen in der Astrophysik und Kosmologie, insbesondere beim Studium von weit entfernten Sternen und [Galaxien](/schule/physik/astronomie/galaxien/). Er ist auch bei Technologien wie GPS wichtig.

### Allgemeine Relativitätstheorie: Formel und Verständnis

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) geht noch einen Schritt weiter und bezieht auch Beschleunigungen und Schwerkraft ein. Im Zentrum der ART steht die Einsteinsche Feldgleichung, eine äußerst komplexe Gleichung, die beschreibt, wie Materie und Energie die Raumzeit krümmen und die Gravitation verursachen. Ohne die Einsteinsche Feldgleichung und die Konzepte, die sie birgt, könnten Phänomene wie Schwarze Löcher, Gravitationswellen oder die Ausdehnung des Universums nicht erklärt werden.

Die Einsteinsche Feldgleichung besteht tatsächlich aus zehn verschiedenen Gleichungen und sieht in ihrer allgemeinsten Form sehr komplex aus. Sie kann jedoch vereinfacht dargestellt werden als:

\\\[ R\_{\\mu\\nu} - \\frac{1}{2}g\_{\\mu\\nu}R + g\_{\\mu\\nu}\\Lambda = \\frac{8\\pi G}{c^4}T\_{\\mu\\nu} \\\]

#### Physik: Die Notwendigkeit der Relativitätstheorie Formeln

Obwohl diese Gleichung sehr kompliziert aussieht, enthält sie die sehr tiefgreifende Aussage, dass Masse und Energie die Struktur von Raum und Zeit selbst verändern. Dieses Konzept ist außerordentlich wichtig, da es erklärt, wie Gravitation auf einer fundamentalen Ebene funktioniert.

Mit der Erklärung der Gravitation durch die ART konnte Einstein zeigen, dass die Newtonsche Theorie der Schwerkraft, die zwei Jahrhunderte lang als akzeptierter Standard galt, in Wahrheit eine Begrenzung hatte und nur als Näherungsgröße in Gebieten geringer Gravität galt. Für extrem große Massen oder bei extrem hoher [Beschleunigung](/schule/physik/mechanik/beschleunigung/) führt die Newtonsche [Mechanik](/schule/physik/mechanik/) jedoch zu Ergebnissen, die mit Beobachtungen nicht übereinstimmen. Die ART konnte diese Lücke schließen und brachte uns unserem Verständnis von Universalien erheblich näher.

## Relativitätstheorie Formeln - Das Wichtigste

- Relativitätstheorie: Theorie der Physik, entwickelt von [Albert Einstein](/schule/physik/beruehmte-physiker/albert-einstein/), die beschreibt, wie sich Raum und Zeit zueinander verhalten, besonders in Bezug auf die Bewegung von Materie und Energie.
- Spezielle Relativitätstheorie Formeln: Formeln, die Raum und Zeit bei hohen Geschwindigkeiten beschreiben, basierend auf zwei Postulaten. Beispiele zählen Energie-Masse-Äquivalenz (E=mc^2), Zeitdilatation (∆t = γ ∆t₀) und Längenkontraktion (L=L₀/γ).
- Allgemeine Relativitätstheorie Formeln: Erweiterung der Speziellen Relativitätstheorie. Beinhaltet die Einsteinsche Feldgleichung, die die grundlegenden Wechselwirkungen von Gravitation als Manifestation von Raumzeit-Krümmungen durch Materie und Strahlungsenergie darstellt.
- Relativistischer Dopplereffekt: Änderung der Frequenz einer Welle in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Beobachter und der Quelle der Welle. Von besonderer Bedeutung bei Geschwindigkeiten nahe der [Lichtgeschwindigkeit](/schule/physik/spezielle-relativitaetstheorie/lichtgeschwindigkeit/).
- Praktische Anwendungen der Relativitätstheorien: Neben einer tieferen Erklärung des Universums ermöglichten die Theorien auch technologische Innovationen, wie die GPS-Technologie, die durch die allgemeine Relativitätstheorie korrigiert werden musste.
- Folgen der Relativitätstheorie: Erlaubt eine präzise Erklärung einer Vielzahl von physischen Phänomenen und hat unser Verständnis von Raum, Zeit und der Natur des Universums beeinflusst.

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Was sind die Unterschiede zwischen der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie?

Die SRT beschäftigt sich mit Systemen, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, und enthüllt Phänomene wie die Zeitdilatation. Die ART hingegen behandelt Beschleunigungen und Schwerkraft, einschließlich der Auswirkungen auf Planeten und Licht, das ein Schwarzes Loch passiert. Sie beschreibt Gravitationszeitdilatation und Raumzeitkrümmung.

Was ist eine praktische Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie?

Ein Anwendungsbeispiel der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die GPS-Technologie. Ohne Berücksichtigung der Effekte der Gravitationszeitdilatation, die durch die ART vorhergesagt werden, wären die Signale der GPS-Satelliten nicht genau genug, um unseren Standort zu bestimmen.

Was ist ein praktisches Beispiel für die Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie?

Die GPS-Technologie ist ein praktisches Beispiel. Ungenauigkeiten in GPS-Systemen durch die Krümmung von Raum und Zeit durch die Erde werden durch ART-Korrekturen ausgeglichen.

Was sind die zwei Hauptpostulate der Speziellen Relativitätstheorie?

Die Gesetze der Physik sind in allen Inertialsystemen gleich und das Licht bewegt sich im leeren Raum mit einer konstanten Geschwindigkeit, unabhängig von der Geschwindigkeit der Lichtquelle.

Was beschreibt die Formel E=mc^2?

Die Formel E=mc^2 stellt eine Beziehung zwischen Energie (E), Masse (m) und Lichtgeschwindigkeit (c) her.

Was bedeutet die Zeitdilatation in der Relativitätstheorie?

Die Zeitdilatation besagt, dass die Zeit für einen bewegten Beobachter langsamer verläuft.

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##### Häufig gestellte Fragen zum Thema Relativitätstheorie Formeln

Was sagt E=mc^2 aus?

Die Formel E=mc^2 aus der Relativitätstheorie von Albert Einstein besagt, dass Energie (E) und Masse (m) ineinander umwandelbar sind. Die Konstante c^2 ist das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. Somit wird ausgedrückt, dass eine geringe Masse eine enorme Menge an Energie enthält.

Wie wichtig ist die Relativitätstheorie?

Die Relativitätstheorie ist von entscheidender Bedeutung, da sie unser Verständnis von Raum und Zeit grundlegend verändert hat. Sie ist unerlässlich in der modernen Physik und hat zahlreiche Anwendungen, von der Vorhersage von Gravitationswellen bis zur GPS-Technologie.

Wie wendet man die Relativitätstheorie an?

Die Relativitätstheorie wird angewendet, indem physikalische Phänomene in Bezug auf Raum, Zeit und Gravitation mit Formeln wie der Lorentz-Transformation (spezielle Relativitätstheorie) oder dem Einsteins Feldgleichungen (allgemeine Relativitätstheorie) analysiert werden. Diese Berechnungen erlauben präzise Vorhersagen über das Verhalten von Objekten bei hohen Geschwindigkeiten oder starken Gravitationsfeldern.

Was lässt sich mit der Relativitätstheorie herleiten?

Mit der Relativitätstheorie lassen sich Phänomene wie die Zeitdilatation, Längenkontraktion, Massenzunahme mit steigender Geschwindigkeit, die Äquivalenz von Masse und Energie (E=mc^2) und die Krümmung von Raum und Zeit durch Gravitation herleiten.

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Was sind die Unterschiede zwischen der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie?

A. Die SRT beschäftigt sich mit Systemen, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, und enthüllt Phänomene wie die Zeitdilatation. Die ART hingegen behandelt Beschleunigungen und Schwerkraft, einschließlich der Auswirkungen auf Planeten und Licht, das ein Schwarzes Loch passiert. Sie beschreibt Gravitationszeitdilatation und Raumzeitkrümmung.
B. Die SRT ist eine Erweiterung der ART und umfasst zusätzliche Aspekte wie Schwerkraft und beschleunigte Bewegungen. Die ART hingegen konzentriert sich auf konstante Geschwindigkeiten und geraden Linien.
C. Es gibt keine wesentlichen Unterschiede zwischen der SRT und der ART. Beide beschreiben die gleichen Phänomene und bauen auf denselben Grundannahmen auf.


D. Sowohl die SRT als auch die ART konzentrieren sich auf Systeme, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. Beide Theorien erklären die Phänomene der Zeitdilatation und Längenkontraktion.

Was ist eine praktische Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie?

A. Eine praktische Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie ist das Magnetresonanzbildgebung (MRT). Die ART ermöglicht es uns, dreidimensionale Bilder des menschlichen Körpers zu erstellen und Krankheiten zu diagnostizieren.
B. Eine praktische Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Atomkraftwerkstechnologie. Die ART liefert die Grundlagen für die Kernspaltung und erzeugt so die immense Energiemenge, die in Atomkraftwerken genutzt wird.
C. Ein Anwendungsbeispiel der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die GPS-Technologie. Ohne Berücksichtigung der Effekte der Gravitationszeitdilatation, die durch die ART vorhergesagt werden, wären die Signale der GPS-Satelliten nicht genau genug, um unseren Standort zu bestimmen.
D. Ein Anwendungsbeispiel der ART ist der Bau von Wolkenkratzern. Die Theorie erklärt, wie Gebäude der Schwerkraft widerstehen und sicher und stabil bleiben.

Was ist ein praktisches Beispiel für die Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie?


A. Die Verwendung von Quarzuhren zur Messung der genauen Zeit ist ein Anwendungsbeispiel der Allgemeinen Relativitätstheorie.
B. Die Berechnung von Winkelgeschwindigkeiten und Drehimpulsen in der kinematischen Physik ist ein Beispiel.

C. Die Anwendung der ART findet sich in der Strahlenbehandlung bei Krebs, um präzise Bereiche zu zielen.

D. Die GPS-Technologie ist ein praktisches Beispiel. Ungenauigkeiten in GPS-Systemen durch die Krümmung von Raum und Zeit durch die Erde werden durch ART-Korrekturen ausgeglichen.


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