Hallo!
Tja, wenn das alles so einfach wäre…
Einstein hat mal gesagt, Bildung sei die Summe aller Vorurteile, die man bis zum 18. Lebensjahr erwirbt. Ein solches Vorurteil ist die Idee, dass Raum und Zeit eine universelle, also vom Betrachter unabhängige Bedeutung hätten.
Wenn es einem gelingt, sich von dieser Vorstellung zu trennen, dann ist das gesamte Gebäude der speziellen Relativitätstheorie in sich sehr logisch, aber es gibt kein Patentrezept dafür, wie man dieses intuitive (aber leider falsche) Wissen ablegen kann.
Mir haben Minkowski-Diagramme sehr beim Verständnis geholfen. D. h. man beschränkt sich auf ein Universum, in dem es nur eine räumliche Dimension gibt: vor oder zurück. Dann verläuft die Zeit sozusagen senkrecht dazu. Jeder Punkt in dieser zweidimensionalen Raumzeit verkörpert ein Ereignis. Sagen wir der Koordinatenursprung ist ein Bahnsteig um 24 Uhr Bahnhofszeit. Das Gleis stellt die x-Achse dar. die t-Achse läuft senkrecht dazu. Durch diesen Bahnhof fährt ein Zug. Ein Betrachter im Zug hat sein eigenes Koordinatensystem. Für ihn ist der Koordinatenursprung die Lokomotive um 24 Uhr Bordzeit. Wenn ich nun in dem Minkowski-Diagramm alle Punkte des Bahnhofs verbinde, wo sich die Lokomitive zu verschiedenen Zeiten befindet, erhalte ich die t’-Achse für den Lokführer, die gegenüber der t-Achse von mir leicht geneigt ist. Verbinde ich alle Ereignisse, die für den Lokführer gleichzeitig stattfinden mit einer Geraden, dann habe ich außerdem die x’-Achse. Was der Intuition nun widerspricht: die x-Achse und die x’-Achse fallen nicht zusammen; zu deutsch: Was ich für gleichzeitig halte, ist für den Lokführer nicht gleichzeitig. Warum ist das so? Stellen wir uns vor, dass am Anfang und am Ende des Bahnsteigs ein Blitzlicht steht, das genau um 24 Uhr Bahnhofszeit aufleuchtet. Dann erblickt der Lokführer natürlich das Licht zuerst, auf das er zufährt. Für ihn erfolgt das Aufleuchten also gar nicht zeitgleich. (Nach der klassischen Galileischen Physik würde der Lokführer schließen, dass sich das Licht von Lampe A schneller ausbreitet, als das Licht von Lampe B. Das widerspricht aber der Elektrodynamik un den Versuchen von Michelson und Morley: Licht breitet sich für jeden Beobachter mit der gleichen Geschwindigkeit aus.)
Das Ergebnis: Jedes Ereignis ist gekennzeichnet durch seinen Ort und seine Zeit. Die genauen Koordinaten hängen von der Lage der Koordinatenachsen ab (auf deutsch: vom Betrachter). Daraus lassen sich schon alle Teile der Relativitätstheorie ableiten: Lorentz-Kontraktion, Zeitdilatation, das Zwillings-Paradoxon, die Lorentz-Transformation, das Raumzeit-Intervall, die Begriffe „Vergangenheit“, „Zukunft“, „Gegenwart“ und „Anderswo“ bis hin zur Masse-Energie-Äquivalenz.
Um es konkreter auf Deine Frage zu formulieren: Es gibt keine Ursache für die merkwürdigen Phänomene der Relativitätstheorie. Dass wir sie als „merkwürdig“ empfinden, liegt an unserem falschen intuitiven Verständnis von Raum und Zeit.
(Mach Dir keine Sorgen: Keiner, wahrscheinlich nicht einmal Einstein selbst, fand es von vorneherein besonders naheliegend so zu denken. Aber man gewöhnt sich daran)
Michael
P.S.: Wenn Du der Beschreibung des Minkowski-Diagramms gefolgt bist, ist Dir vielleicht aufgefallen, dass die Neigung der t’-Achse nichts anderes ist, als das Weg-Zeit-Diagramm der Lokomotive. Die Neigung ist um so größer, je größer die Geschwindigkeit der Lok ist. Viel weniger intuitiv nachvollziehbar ist die Neigung der x’-Achse. Das liegt an der Wahl der Maßstäbe für x und t. Im Minkowski-Diagramm ist die t-Achse in Sekunden geeicht (wie gewohnt), aber die x-Achse in Lichtsekunden. Eine Lichtsekunde ist 300.000.000 m lang. Die Lok müsste schon extrem schnell sein, dass man im Minkowski-Diagramm ihre t’-Achse tatsächlich von der t-Achse unterscheiden könnte!