Lexikon

Teilgebiet der Physik, das die Struktur und Anwendungen von Einsteins Relativitätstheorien – der Speziellen und insbesondere der Allgemeinen Relativitätstheorie – mit Hilfe von Computersimulationen erforscht.

Kernstück der Allgemeinen Relativitätstheorie sind die Einsteingleichungen. Sie beschreiben den Zusammenhang zwischen bestimmten Materieeigenschaften einerseits und geometrischen Eigenschaften der Raumzeit andererseits. Ein Modelluniversum, in dem die Materie die Raumzeit in genau jener Weise verzerrt, wie es die Einsteingleichungen vorschreiben – und in dem die Raumzeit umgekehrt in genau der vorgeschriebenen Weise die Bewegung der Materie beeinflusst – bezeichnet man als Lösung der Einsteingleichungen. Einige einfache Lösungen lassen sich direkt in Form von einfachen Formeln angeben („exakte Lösungen“). Andere Lösungen, insbesondere solche, die komplizierteren Materiekonfigurationen entsprechen, lassen sich nur angeben, wenn man Raum, Zeit und Materie mit Hilfe von Computern simuliert („numerische Lösungen“) – solche Simulationen durchzuführen ist eine Hauptaufgabe der numerischen Relativitätstheorie.

Die numerische Relativitätstheorie hat bereits zu einer Reihe interessanter Erkenntnisse etwa über die Eigenschaften von Schwarzen Löchern und Gravitationswellen geführt, beispielsweise was die Gravitationswellen betrifft, die erzeugt werden, wenn zwei Schwarze Löcher zusammenstoßen und miteinander verschmelzen. Weiterhin verdanken wir den numerischen Methoden wertvolle Informationen über die Vorhersagen, die sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie über die Eigenschaften der Raumzeit nahe der Singularitäten im Inneren Schwarzer Löcher gewinnen lassen (siehe das Vertiefungsthema Singularitäten als Raumzeit-Knetmaschine).