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Lexikon

Über 400 Begriffe rund um die Relativitätstheorie und ihre Anwendungen, von "absolute Bewegung" bis "Zwillingsproblem" - auswählbar z.B. über diese Buchstabenliste:

 Galaxie

Sterne sind keine Einzelgänger, sondern sind im All in der Regel in Ansammlungen von Millionen, Milliarden oder noch mehr Sternen vertreten, eben den Galaxien. Auch unsere Sonne ist Teil einer Galaxie, der Milchstrasse. Die griechische Form Galaxis wird in der Regel nur für unsere Milchstrasse verwandt.

Junge Galaxien können ein sehr turbulentes Dasein führen. Beispiele für junge, aktive Galaxienkerne sind Radiogalaxien und Quasare.

 Galaxienhaufen

Auch Galaxien sind keine Einzelgänger, sondern finden sich zu Haufen zusammen. Unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, ist beispielsweise Teil der so genannten Lokalen Gruppe. Der uns nächste größere Galaxienhaufen ist der so genannte Virgo-Haufen.

 Gamma-Ausbrüche

Astronomische Ereignisse, die sich durch extrem starke Energieblitze im Gammastrahlen-Bereich bemerkbar machen. Was sich dahinter verbirgt, ist noch ungeklärt; im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie sind diese Ereignisse interessant, weil einige davon auf verschmelzende Neutronensterne und/oder Schwarze Löcher zurückgehen könnten - und weil die Beobachtung von Gravitationswellen helfen müsste, zu entscheiden, ob dies tatsächlich der Fall ist.

 Gammastrahlen

Die höchstenergetische Form der elektromagnetischen Strahlung, mit Frequenzen von über 10 Trillionen Schwingungen pro Sekunde, entsprechend Wellenlängen von weniger als einem Hundertstel Milliardstel Meter.

 Gas

Im engeren Sinne: Zustandsform (Aggregatzustand) der Materie, bei der die Atome oder Moleküle wild durcheinanderfliegen, ohne aneinander gebunden zu sein. Die Bewegung der Gasmoleküle führt zu einem inneren Druck, ihre mittlere Bewegungsenergie ist das Maß für die Temperatur des Gases.

Vergleiche auch die anderen Aggregatzustände: Flüssigkeit, Festkörper, Plasma.

Im weiteren Sinne wird Gas auch für andere Gemische ungeordnet durcheinanderfliegender Teilchen gebraucht, etwa beim Elektronengas, dessen Druck einen Weißen Zwerg vor dem Kollaps bewahrt.

 gekrümmt
Siehe Krümmung.
 GEO600

Deutsch-britischer Gravitationswellendetektor mit dem Standort Ruthe (nahe Hannover). GEO600 ist ein interferometrischer Gravitationswellendetektor mit 600 Metern Armlänge.

Webseiten von GEO600

 Geodäte

Geradestmögliche Linie in einer Fläche oder einem allgemeineren Raum. In einer Ebene sind dies die Geraden, auf einer Kugelfläche die Großkreise

 geodätische Präzession

Siehe Präzession, geodätische

 Geoid

Eine gedachte "mittlere Oberfläche" der Ozeane, die die Erde bedecken; der übliche Bezugspunkt für Angaben der "Höhe über dem Meeresspiegel".

Aus relativistischer Sicht ist der Geoid interessant, da sich zeigen lässt, dass dieselbe Gleichgewichtsbedingung, welche die Lage des Wasserspiegels bestimmt (aus Sicht eines mit der Erde rotierenden Beobachters: Gravitations- und Zentrifugalkraft halten sich die Waage) dazu führt, dass die Summe der relativistischen Zeitdehnungseffekte (Zeitdehnung aufgrund der durch die Erdrotation bedingten Bewegung plus Zeitdehnung aufgrund des Gravitationsfeldes) für alle Uhren, die sich direkt auf dem Geoid befinden, denselben Wert hat. Der Geoid stellt daher eine natürliche Bezugsfläche für die Definition der internationalen Atomzeit TAI und der Weltzeit UTC (Coordinated Universal Time) dar; weitere Infformationen hierzu liefert das Vertiefungsthema Wie Zeit gemacht wird.

 Geometrie

Teilgebiet der Mathematik, das sich mit Flächen oder allgemeineren Räumen, darin definierbaren Objekten wie Punkten oder Linien und daraus konstruierbaren Gebilden wie Dreiecken beschäftigt.

 Geometrie, globale
Ein Großteil der Forschung zur Allgemeinen Relativitätstheorie beschäftigt sich mit einfachen Modelluniversen - von den Urknallmodellen bis zu einfachen Modellen für Schwarze Löcher. Im Gegensatz dazu beschäftigt sich die globale Geometrie mit sehr allgemeinen Raumzeiteigenschaften, etwa damit, wie sich Licht ausbreitet und was dies für die Kausalität bedeutet. So lassen sich allgemein gültige Aussagen ableiten; die berühmtesten darunter sind die so genannten Singularitätentheoreme, die zeigen, dass Raumzeitsingularitäten in der Allgemeinen Relativitätstheorie unter recht allgemeinen Bedingungen (im Inneren Schwarzer Löcher, am Anfangspunkt eines Urknalluniversums) unvermeidbar sind.
 Gerade

In einer Ebene, im dreidimensionalen Raum unserer Alltagserfahrung oder in allgemeineren flachen Räumen: Linie, die die kürzeste Verbindung zweier Punkte darstellt. Vergleiche Raumzeitgerade.

 Geschwindigkeit

In der Physik hat Geschwindigkeit zwei Aspekte: Erstens, wie im Alltag: wie schnell ist ein Objekt? Zweitens, etwas ungewohnter: in welche Richtung bewegt es sich? Physiker fassen diese beiden Informationen in einer einzigen Größe zusammen, einer "gerichteten Größe" oder einem "Vektor", den sie die Geschwindigkeit des Objekts nennen. Im Alltag ist mit Geschwindigkeit oft nur die Schnelligkeit gemeint, und der physikalische Sprachgebrauch ist daher etwas gewöhnungsbedürftig: Ein Auto, das mit 100 Stundenkilometern um die Kurve fährt, ändert seine Bewegungsrichtung und damit im Sprachgebrauch der Physiker auch seine Geschwindigkeit - obwohl es während der Kurvenfahrt immer gleich schnell ist.

 GeV

Siehe Elektronenvolt.

 Gewicht
Allgemein: Die Stärke der Gravitationskraft, die auf einen Körper wirkt. Da wir es im Alltag auf der Erdoberfläche mit einer Situation zu tun haben, in der die Gravitationskraft von Ort zu Ort nicht sonderlich variiert, und da die auf einen Körper wirkende Gravitationskraft in solch einer Situation nur noch von seiner Masse abhängt, wird der Unterschied zwischen Gewicht und Masse oft vernachlässigt - wenn das Gewicht eines Körpers angegeben wird, dann meist in einer Masseneinheit wie Kilogramm, obwohl das Gewicht strenggenommen in einer Krafteinheit wie Newton gemessen wird. Wer (und sei es nur in Gedanken) auf andere Himmelskörper reist, muss sich des Unterschiedes bewusst sein: Wenn ich ein Objekt von der Erde auf den Mond transportiere, bleibt seine Masse unverändert; sein Gewicht ist dagegen auf dem Mond rund sechs Mal geringer als auf der Erde.
 Gezeiteneffekte

Die Gravitationswirkung, die ein Objekt von andere Körpern erfährt, hängt üblicherweise davon ab, wo sich das Objekt befindet. Ein Beispiel: Von zwei identischen Objekten unter dem Gravitationseinfluss eines massereichen Körpers wird dasjenige Objekt stärker angezogen, das dem massereichen Körper näher ist. Alle Auswirkungen, die darauf zurückgehen, dass der Gravitationseinfluss solchermaßen von Ort zu Ort variiert, heißen Gezeiteneffekte.

Überall dort, wo die Gravitation als Kraft aufgefasst wird (etwa in der Newtonschen Gravitationstheorie) stecken hinter den Gezeiteneffekten Kraftdifferenzen - Differenzen der Gravitationskraft an einem und an einem zweiten Ort. Diese Kraftunterschiede heißen ihrerseits Gezeitenkräfte.

Hintergrund der Namensgebung ist der Umstand, dass auch die Gezeiten, Ebbe und Flut, auf die Ortsabhängigkeit der Gravitation zurückgehen - vereinfacht gesprochen werden die Ozeane auf der dem Mond zugewandten Erdseite stärker vom Mond angezogen als der Erdball, und der wiederum stärker als die Ozeane auf der abgewandten Erdseite.

Auch in Einsteins Beschreibung der Gravitation, in der Allgemeinen Relativitätstheorie, spielen Gezeitenkräfte eine wichtige Rolle - sie sind direkt mit einer geometrischen Eigenschaft der Raumzeit verknüpft, die Krümmung heisst. (Weitere Informationen hierzu bietet das Vertiefungsthema Gravitation: Vom Fahrstuhl zur Raumzeitkrümmung.) Besonders interesssant sind Gezeiteneffekte im Zusammenhang mit so genannten Singularitäten; siehe das Vertiefungsthema Singularitäten als Raumzeit-Knetmaschinen.

 Gigaelektronenvolt
Siehe Elektronenvolt.
 Gleichgewicht, thermodynamisches

Ein physikalisches System ist im thermodynamischen Gleichgewicht, wenn seine Energie gleichmäßig auf all die verschiedenen Möglichkeiten verteilt ist, wie die Systemkomponenten sich bewegen oder vibrieren können - Physiker nennen diese Möglichkeiten die "Freiheitsgrade" des Systems. Die Durchschnittsenergie pro Freiheitsgrad ist ein direktes Maß für die Temperatur des Systems.

Beispielsweise haben im thermodynamischen Gleichgewicht alle Teilchen eines Gases im Mittel die gleiche Bewegungsenergie.

Auch die Gesamtheit aller elektromagnetischen Felder ist ein physikalisches System. Befinden sich ein Körper und die umgebenden elektromagnetischen Felder im thermodynamischen Gleichgewicht, kommt es zu so genannter Wärmestrahlung (weitere Informationen hierzu bietet das Vertiefungsthema Warum man Wärme sehen kann).

Etwas komplizierter ist die Situation in Systemen, bei denen sich einzelne Komponenten umwandeln können - Beispielsweise eines Teilchengemisches, in dem Teilchen der Sorte A zu Teilchen der Sorte B zerfallen können, und umgekehrt. In solchen Systemen geht mit dem thermodynamischen Gleichgewicht ein bestimmter (freilich von der Temperatur abhängiger) Wert für die relativen Häufigkeiten der verschiedenen Teilchensorten einher. Diese Art von Gleichgewicht spielt eine wichtige Rolle im frühen Universum, wie es von den Urknallmodellen beschrieben wird; nähere Informationen liefert das Vertiefungsthema Gleichgewicht und Veränderung.

 Gleichzeitigkeit

Ein wichtiger Schritt Einsteins auf dem Weg zur Speziellen Relativitätstheorie war die Erkenntnis, dass Gleichzeitigkeit nichts Naturgegebenes ist sondern einer Definition bedarf. Nach seiner Definition kann man Uhren synchronisieren (also gleichzeitig die gleiche Zeit anzeigen lassen), indem man Lichtsignale zwischen ihnen hin und herschickt. Mehr dazu steht im Vertiefungsthema Die Unselbstverständlichkeit des Jetzt.

Zur praktischen Anwendung dieses Gleichzeitigkeitsbegriffs siehe das Vertiefungsthema Zeitbestimmung mit Radiosignalen - von der Funkuhr zur Satellitennavigation.

 Global Positioning System

Beispiel für ein Satellitennavigationssystem, ein System aus Satellitensendern und mobilen Empfängern, das es ermöglicht, die Position im Raum mit großer Präzision festzustellen. Wichtig etwa für Navigationssysteme für Flugzeug und Autos, und gleichzeitig eine industrielle Anwendung von Einsteins Spezieller und Allgemeiner Relativitätstheorie: Würden die Effekte, die diese Theorien für den Lauf bewegter Uhren in Gravitationsfeldern vorhersagen, nicht berücksichtigt, wäre die Positionsbestimmung unakzeptabel ungenau.

Auf das Funktionsprinzip von Satellitennavigationssystemen und ihren Bezug zur Relativitätstheorie wird in den Vertiefungsthemen Relativität und Satellitennavigation und Zeitbestimmung mit Radiosignalen - von der Funkuhr zur Satellitennavigation eingegangen.

 globale Geometrie
Siehe Geometrie, globale
 Gluon

Gluonen sind die Botenteilchen der Starken Kernkraft. Es gibt acht verschiedene Sorten von Gluonen.

Wie der Gluonenaustausch vor sich geht, beschreibt die so genannte Quantenchromodynamik, eine der relativistischen Quantenfeldtheorien des Standardmodells der Elementarteilchenphysik.

 Gold

Chemisches Element mit dem Symbol Au. Jeder Gold-Atomkern enthält 79 Protonen.

Goldkerne, ihrer Elektronen entkleidet, gehören zu den Sorten von Schwerionen, die in Teilchenbeschleunigern wie dem Relativistic Heavy Ion Collider zur Kollision gebracht werden, um die Eigenschaften von Materie kurz nach dem Urknall zu erforschen.

 GPA, GPB
Siehe Gravity Probe A, Gravity Probe B.
 Gravitation

In der klassischen Physik äußert sich die Gravitation als Gravitationskraft, als Fernkraft, aufgrund derer sich alle Körper, die eine Masse besitzen, gegenseitig anziehen (siehe Newtonsche Gravitation), Synonym: Schwerkraft. Das zugehörige Feld ist das Gravitationsfeld (wie Kraft und Feld zusammenhängen, beschreibt das Vertiefungsthema Von der Kraft zum Feld).

In Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie: Der Umstand, dass Materie, die Masse, Energie oder Druck besitzt die Raumzeit verzerrt und das diese Verzerrung umgekehrt auf die in der Raumzeit enthaltene Materie zurückwirkt.

Eine Einführung in die Grundideen der allgemeinen Relativitätstheorie liefert der Abschnitt Allgemeine Relativitätstheorie von Einstein für Einsteiger. Speziell dem Thema, was Gravitation in Einsteins Theorie denn nun eigentlich ist, widmet sich das Vertiefungsthema Gravitation: Vom Fahrstuhl zur Raumzeitkrümmung. Näheres dazu, welche Eigenschaften der Materie für ihre Gravitationswirkung entscheidend sind, bietet das Vertiefungsthema Masse und mehr.

 Gravitations-Rotverschiebung

Entsprechend der Allgemeinen Relativitätstheorie erfährt Licht, das sich von einem massereichen Körper (oder einer anderen Gravitationsquelle) entfernt, eine Rotverschiebung - seine Frequenz wird niedriger und die Energie des Lichts nimmt ab. Umgekehrt erfährt Licht, das auf einen massereichen Körper zufliegt, eine Blauverschiebung: seine Frequenz und Energie nehmen zu. Der Effekt lässt sich auch ohne Rückgriff auf den vollen Formalismus der Allgemeinen Relativitätstheorie aus dem schwachen Äquivalenzprinzip ableiten.

 Gravitationsfeld

Die Gesamtheit aller Gravitationseinflüsse, die ein oder mehrere Massekörper auf Objekte in ihrer Umgebung ausüben.

Genauer: An jedem Ort im Raum ist das Gravitationsfeld definiert über die Beschleunigung, die ein kleiner Testkörper, der sich an diesem Ort befände, aufgrund der Gravitationskräfte der ihn umgebenden Massen erfahren würde. Nähere Informationen dazu, wie Kraft und Feld zusammenhängen, gibt das Vertiefungsthema Von der Kraft zum Feld.

Das Gravitationsfeld ist außerdem ein direktes Maß dafür, wie stark das so genannte Gravitationspotential von einem Ort zum anderen variiert.

 Gravitationskonstante

Naturkonstante, die im Newtonschen Gravitationsgesetze als Proportionalitätsfaktor auftritt und damit so etwas wie die natürliche Stärke der Gravitation beschreibt. In den Einstein-Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie tritt sie analog als Proportionalitätsfaktor auf, der festlegt, wie stark Masse, Energie und ähnliche Materieeigenschaften Raum und Zeit verzerren. Symbol in Formeln: G.

 Gravitationskraft

Siehe Gravitation

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