Allgemeine Relativitätstheorie

Erst mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie gelang es Einstein, Relativität und Gravitation zusammenzuführen – und das nur, weil er eine alteingesessene physikalische Idee aufgab: Raum und Zeit sind mitnichten eine Hintergrundstruktur, eine passive Bühne für den Trubel des Weltgeschehens. Stattdessen ist die Raumzeit dynamisch, wird durch die in ihr enthaltene Materie verzerrt und beeinflusst ihrerseits, wie sich die Materie bewegt. Diese Wechselwirkung zwischen Raumzeitstruktur und Materie ist Einsteins geometrische, relativistische Theorie der Schwerkraft.

Die neue Theorie macht überraschende Vorhersagen. Beispielsweise, dass auch Licht durch Gravitation abgelenkt wird – heute in einer Vielzahl astronomischer Beobachtungen nachgewiesen -, aber auch die Existenz von so exotischen Objekten wie Schwarzen Löchern oder von Gravitationswellen, denen spätere Abschnitte von Einstein Online gewidmet sind.

Allgemeine Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 1: Einsteins geometrische Gravitation

Die Schlüsselidee von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie besteht darin, Gravitation nicht als Kraft zu betrachten, sondern als eine Eigenschaft der Geometrie von Raum und Zeit. Mit Hilfe der folgenden vereinfachten Analogie, in der die Rolle der vierdimensionalen Raumzeit von einer zweidimensionalen Fläche übernommen wird, lassen sich einige Aspekte der neuen Sichtweise illustrieren. Stellen Sie sich leeren […]

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Allgemeine Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 2: Der kosmische Reigen

Nicht nur, dass die Bahnen von Materieteilchen durch Verzerrungen der Raumzeit beeinflusst werden – die Anwesenheit der Materie ist es, die ihrerseits diese Verzerrungen erst hervorruft! In Einsteins Universum spielt sich damit ein immerwährender Reigen ab, bei dem Materie und Raumzeit sich gegenseitig beeinflussen: Eine gegebene Materieanordnung verzerrt die Geometrie der Raumzeit (und das, nebenbei […]

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Allgemeine Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 3: Planet auf Abwegen

Die erste Überprüfung der Allgemeinen Relativitätstheorie durch astronomische Beobachtungen betraf freilich eine Situation, in der sich Newtonsche und Einsteinsche Vorhersagen nur sehr wenig unterscheiden. Schauplatz ist unsere direkte kosmische Nachbarschaft, Prüfstein die Bahnbewegung des Merkur, des innersten Planeten unseres Sonnensystems. Gemäß der vor-einsteinschen Physik (in diesem Falle: gemäß der Keplerschen Bahngesetze, die sich aus der […]

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Allgemeine Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil 4: Verbogene Lichtstrahlen

Im Gegensatz zum Newtonschen Bild der Gravitation ergibt sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie direkt, dass auch Licht von der Gravitation beeinflusst wird. Ebenso wie die Bewegung frei fallender Materie, wird auch die Lichtausbreitung durch Geodäten bestimmt: Licht folgt den geradesten in einer gekrümmten Raumzeit möglichen Raumzeitbahnen. Beispielsweise werden Lichtstrahlen, die an einem massiven Körper vorbeiführen, […]

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Allgemeine Relativitätstheorie / Einsteiger-Tour Teil Fazit

Ziel dieses Kapitels war es, zumindest einen ungefähren Eindruck von den Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu liefern. Einsteins Gravitationstheorie führte die Physiker zu einer Reihe neuer Phänomene und Modellvorstellungen. Die wichtigsten davon – Gravitationswellen, Schwarze Löcher, die Urknallmodelle – werden in den nachfolgenden Kapiteln behandelt. Im Rahmen von Einstein für Einsteiger geht es dementsprechend weiter […]

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