Der Schulstoff
Vorgesehen sind Inhalte der Relativitätstheorie in der Schule nicht. Aber vermehrt tauchen Aufgaben auf, auch im Abitur, in denen die Energie relativistischer Teilchen berechnet werden muss.
Da tauchen dann Formeln aus der Speziellen Relativitätstheorie SRT auf, wie die Massenveränderlichkeit (siehe Bild) und die berühmte Gleichung E = m*c².
Hergeleitet wird aber nichts.
Und auf Inhalte der Allgemeinen Relativitätstheorie ART geht man nicht ein. Selbst die so wichtige Unterscheidung zwischen träger und schwererer Masse wird nicht besprochen.
Und wenn die Frage auftaucht, warum nichts schneller als Licht sein kann, zieht man sich schnell auf zwei Argumente zurück:
Massen werden bei Annäherung zur Lichtgeschwindigkeit unendlich groß und zur weiteren Beschleunigung benötigt man dann unendlich viel Energie. Die hat man nicht.
Da die Massenformel in der Schule nicht begründet wird (obwohl dies leicht geht), hilft das nicht wirklich weiter.
Und außerdem zieht die Begründung eher auf eine Unfähigkeit bei der Umsetzung hin und nicht auf ein grundlegendes Phänomen.
Die zweite Möglichkeit arbeitet mit der Auswirkung Zeitdilatation im bewegten System auf Längenmessungen und sieht für mich eher wie ein Zirkelschluss aus....
Die Kritik
Warum fallen alle Körper gleich schnell? Unterscheidet man die beiden vollkommen getrennten Materieeigenschaften Schwere und Trägheit, kann man nicht nur eine leicht verständliche Antwort geben, sondern ist auch ruckzuck in der ART und kann zumindest beschreiben, wie unser Alltagsgerät "Navi" in allen Smartphones und im Auto eine direkte Anwendung von SRT und ART sind.
Schnell erhält man das Äquivalenzprinzip und erkennt, dass die Gravitationskraft eine Scheinkraft in einem beschleunigten Bezugssystem ist, die auch durch Beschleunigungen kompensiert werden kann: in frei fallenden Körpern herrscht Schwerelosigkeit..
Endlich kommt Physikunterricht in der Gegenwart an.
Dazu habe ich ein eigenes Unterrichtskonzept entworfen, man findet es unter
https://newtonzueinstein.blogspot.com/
Ein aktueller begleiteter Zugang zum Schuljahr 2022/23 ist hier auf dieser Homepage auf der Unterseite zu "Physik".
Das Extrafutter
Ein für mich sehr befriedigende Antwort bietet Ulrich Walter, ehemals Astronaut und jetzt Professor für Astronautik.
Er geht auf das ein, was in einem bewegten System passiert, also IM Raumschiff. Dort ist eine Uhr. Die misst die Eigenzeit. Dort ist ein Lineal. Das misst die Eigenlänge. Und daraus kann man eine Eigengeschwindigkeit bestimmen.
Alle Eigenzeiten sind kürzer als alle anderen, von außen gemessenen Zeiten: Die Zeit im bewegten Raumschiff geht langsamer.
Alle Eigenlängen sind länger als alle anderen entsprechenden Längen für außenstehende Beobachter. Die beobachten von Außen eine Längenkontraktion.
Für die Eigengeschwindigkeit erhält man die Formel
c * arctanh(v/c).
Dabei ist arctanh die Umkehrfunktion vom Tangenshyberbolicus (siehe Bild)
Daraus ergibt sich: Wenn v sich der Lichtgeschwindigkeit c nähert (v/c wird 1) , dann wird die Eigengeschwindigkeit unendlich groß.
Und warum kann nichts schneller als Licht sein? Weil es keine Eigengeschwindigkeiten geben kann, die größer als Unendlich sind.
Photonen bewegen sich in unserer Welt mit c. Ihre Eigengeschwindigkeit ist unendlich groß. Das Universum erscheint für ein Photon deshalb ohne Ausdehnung. Es ist sozusagen gleichzeitig überall, aber nur in seinem Eigensystem. Das ist aber für das Photon die reale erfahrbare Welt.
Nichts ist so schnell wie Licht außer Licht...das ist keine Einschränkung sondern Ausdruck der besonderen Fähigkeiten von Licht alles miteinander zu verbinden.
Das habe ich etwas ausführlicher in einem eigenen Beitrag beschrieben:
(siehe auch weiter unten auf der Physik-Hauptseite: https://www.natur-science-schule.info/physik)
Diese Erklärung ist mathematisch in der Schule auch nicht nachvollziehbar. Sie zeigt aber, dass die Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit kein Manko der Welt ist, sondern eine logisch stringente Folgerung davon ist, das nichts schneller als unendlich schnell sein kann.