Alle Vertiefungsthemen
Spezielle Relativitätstheorie
Noble Relativität
Überblick über die Physik-Nobelpreise zur relativistischen Physik
Die Unselbstverständlichkeit des Jetzt
Warum es nötig ist, den Begriff der Gleichzeitigkeit zu definieren und wie man dabei vorgehen kann
Ist das Ganze die Summe seiner Teile?
Wie aus Einsteins berühmter Formel folgt, dass das Ganze in punkto Masse und Energie oft weniger ist als die Summe seiner Teile
Relativität und Satellitennavigation
Wie man mit Hilfe von Funksignalen und Satelliten seine Position bestimmen kann – und was die Relativitätstheorien damit zu tun haben
Von der Lichtuhr zur Zeitdilatation
Ein einfaches Gedankenexperiment mit Lichtuhren – Uhren, in denen Licht als Taktgeber dient – erlaubt die Herleitung der Zeitdilatation
Wellen in Bewegung: der Dopplereffekt
Wie sich Bewegung auf Wellen (oder andere periodische Signale) auswirkt – in der klassischen Physik und in der Speziellen Relativitätstheorie
Die Dialektik der Relativität
Wie der Begriff der Relativität Aussagen zusammenführen kann, die sich auf den ersten Blick widersprechen
Von E = mc² zur Atombombe
Was Einsteins berühmteste Formel mit Kernfusion, Kernspaltung und Atombombe zu tun hat – und was nicht
Zeitbestimmung mit Radiosignalen – von der Funkuhr zur Satellitennavigation
Wie man mit Hilfe eines Radioempfängers (und einiger Zusatzinformationen) jederzeit und überall den genauen Zeitpunkt bestimmen kann
Zeitdilatation und Wanderschaft
Wie man sich die Relativität der Gleichzeitigkeit und die Zeitdehnung anhand einer einfachen geometrischen Analogie veranschaulichen kann
Die problematischen Zwillinge
Warum das so genannte Zwillingsparadoxon nur scheinbar paradox ist
Wie Zeit gemacht wird
Wie die international gültige Weltzeit UTC bestimmt wird – und was die Relativitätstheorie dabei für eine Rolle spielt
Zwillinge und Wanderer
Wie man sich die Situation des raumreisenden Zwillings anhand einer einfachen geometrischen Analogie veranschaulichen kann
Allgemeine Relativitätstheorie
Das Singularitäten-Theorem (Physiknobelpreis 2020)
Roger Penrose erhielt 2020 eine Hälfte des Nobelpreises für Physik. Er hatte gezeigt, dass Schwarze Löcher eine robuste Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie sind.
Messung der Lichtablenkung mit Radioteleskopen
Die Ablenkung von Licht durch die Sonne können Forschende mit hoher Genauigkeit messen – mithilfe der Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Mit dieser radioastronomischen Methode lassen sich Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überprüfen.
Multi-Messenger-Astrophysik und numerische Relativitätstheorie
Bei Neutronenstern-Verschmelzungen werden nicht nur Gravitationswellen, sondern auch elektromagnetische Signale ausgesandt. Die Multimessenger-Astrophysik wertet diese unterschiedlichen Signale gemeinsam aus und könnte so Antworten auf grundlegende Fragen der Physik liefern.
Noble Relativität
Überblick über die Physik-Nobelpreise zur relativistischen Physik
Das Reich der relativistischen Hydrodynamik
Wie Physiker relativistische Fluide und die damit zusammenhängenden Phänomene modellieren – von Supernovae und Jets bis zu verschmelzenden Neutronensternen.
Einstein und die Seifenblasen
Überraschende Querverbindung zwischen der Raumzeitgeometrie und Seifenblasen: geometrische Minimalisierungsprobleme
Kabine, Schwerkraft und Rakete: Das Äquivalenzprinzip
Näheres zu dem Prinzip, das am Anfang von Einsteins Überlegungen zu Relativität und Gravitation stand
Lichtablenkung durch Gravitation
Informationen zu einer der grundlegenden Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie: Der Lichtablenkung im Gravitationsfeld
Masse und Mehr
Welche Eigenschaften die Gravitationswirkung von Materie bestimmen, und inwiefern das Konsequenzen für die Stabilität von Sternen und für das Universum als Ganzes hat
Raumzeitsingularitäten
Über die vielleicht sonderbarste Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie – pathologische Grenzen der Raumzeit, so genannte Singularitäten.
Relativität und Satellitennavigation
Wie man mit Hilfe von Funksignalen und Satelliten seine Position bestimmen kann – und was die Relativitätstheorien damit zu tun haben
Schritt für Schritt von Newton zu Einstein
Wie sich die Abweichungen der Newtonschen von der Einsteinschen Theorie – und der Übergang von der einen zur anderen Theorie – systematisch erfassen lassen.
Von der Kraft zum Feld
Über einen nicht nur für die Gravitationsphysik zentralen Begriff – den des Feldes.
Die Gravitation der Gravitation
In Einsteins Theorie ist Gravitation ihrerseits eine Gravitationsquelle. Das führt zur so genannten Nichtlinearität der Theorie – der Gravitationseinfluss zweier Körper ist nicht einfach nur die Summe der Einzeleinflüsse!
Ein Prüfstand für die Allgemeine Relativitätstheorie
Über ein Modell, in dessen Rahmen sich systematisch beschreiben lässt, wie gut (oder schlecht) Einsteins Theorie mit der Beobachtung übereinstimmt.
Gravitationswellen
Die Gravitationswellen-Detektoren der dritten Generation
Ab den 2030ern sollen Gravitationswellenobservatorien der dritten Generation das All belauschen. Sie sind um ein Vielfaches empfindlicher als die aktuellen Detektoren und könnten so eine Reihe neuer Erkenntnisse über die unsichtbare Seite des Universums liefern.
Gravitationswellendetektoren liefern 56 Kandidaten für kosmische Kollisionen
In gemeinsamen Messkampagnen, sogenannten Beobachtungsläufen, lauscht das weltweite Netzwerk von Gravitationswellendetektoren nach Signalen aus dem All. Am dritten Beobachtungslauf „O3“, der am 1. April 2019 startete, beteiligten sich die beiden LIGO-Detektoren in den USA, Virgo in Italien und GEO600 in Deutschland. Sie machten eine Reihe vielversprechender Beobachtungen.
Kontinuierliche Gravitationswellen
Hundert Millionen Neutronensterne sind in den Tiefen unserer Galaxie verborgen – im elektromagnetischen Spektrum sind sie nicht sichtbar. Doch mithilfe der Gravitationswellen, die sie aussenden, könnten wir sie aufspüren.
Von Gravitationswellen und kugelförmigen Hühnern
Informationen über eine Klasse von einfachen Modelluniversen – jedes ein expandierender Kosmos, der mit Gravitationswellen gefüllt ist
Mit LISA Gravitationswellen im Weltall beobachten
Im Jahr 2035 soll die Laser Interferometer Space Antenna (LISA) als Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ins All starten und dort bislang unzugängliche Gravitationswellen von vielen neuen Quellen beobachten.
Ohren in aller Welt
Übersicht über die Gravitationswellendetektoren, die sich zur Zeit in Betrieb oder im Aufbau befinden
Einstein@Home – Gravitationswellenjagd für alle
Informationen zu einem Projekt, bei dem sich private Nutzer mit ihren Computern an der Suche nach Gravitationswellen beteiligen können – vielleicht ja auch Sie?
Licht als Maßstab
Zum Funktionsprinzip von interferometrischen Detektoren wie bei GEO600 und LIGO
Schwingende Körper
Zum Funktionsprinzip der „Klassiker“ unter den Gravitationswellendetektoren, der Resonanzdetektoren
LISA – Horchposten im All
Über die neuste Version des bislang ehrgeizigsten Projektes der Gravitationswellenjäger – einen Detektor im Weltraum
Beobachtung der Gravitationswellen von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher
Albert Einstein sagte ihre Existenz bereits im Jahr 1916 vorher, am 14. September 2015 wurden sie erstmals direkt nachgewiesen: Gravitationswellen. Zwei große interferometrische Detektoren der LIGO Scientific Collaboration mit wesentlichen Beiträgen deutscher Forschender spürten das als „GW150914“ bezeichnete Signal auf. Die Welle stammt von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher und ist die erste direkte Beobachtung dieser exotischen Objekte.
Das Zirpen der Neutronensterne
Einige Gravitationswellensignale lassen sich nicht nur veranschaulichen – sondern sogar hörbar machen
Die Wellennatur der Gravitationswellen
Illustrationen, die zeigen, dass Gravitationswellen tatsächlich Wellen sind – und nicht nur Gravitationsschwingungen
Advanced LIGO
aLIGO besteht aus den zwei derzeit empfindlichsten Gravitationswellen-Detektoren in der Welt, deren hochpräzise Messungen moderne Spitzentechnologie erfordern.
Weiße-Zwerg-Doppelsterne als Gravitationswellenquelle
Doppelsterne aus Weißen Zwergen, ihre Eigenschaften und die Rolle, die sie für den geplanten weltraumgestützten Gravitationswellendetektor LISA spielen.
Schwarze Löcher & Co.
Das Singularitäten-Theorem (Physiknobelpreis 2020)
Roger Penrose erhielt 2020 eine Hälfte des Nobelpreises für Physik. Er hatte gezeigt, dass Schwarze Löcher eine robuste Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie sind.
Multi-Messenger-Astrophysik und numerische Relativitätstheorie
Bei Neutronenstern-Verschmelzungen werden nicht nur Gravitationswellen, sondern auch elektromagnetische Signale ausgesandt. Die Multimessenger-Astrophysik wertet diese unterschiedlichen Signale gemeinsam aus und könnte so Antworten auf grundlegende Fragen der Physik liefern.
Tiefe Blicke ins Zentrum der Milchstraße
Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße verrät sich durch die Sternbewegungen in seiner Nähe. Mit dem Very Large Telescope Interferometer lassen sie sich mit hoher Genauigkeit beobachten.
Wie das Event-Horizon-Teleskop Schwarze Löcher ablichtet
Mit dem Event-Horizon-Teleskop beobachten Forschende Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien mit hoher Auflösung.
Schritt für Schritt ins Schwarze Loch
Was ein Raumfahrer sieht, der einem Schwarzen Loch nahe kommt – zu nahe, wenn er Pech hat.
Was Eiskunstläufer, Planeten und Neutronensterne gemeinsam haben
Zur so genannten Drehimpulserhaltung und einigen ihrer physikalischen Konsequenzen für Neutronensterne, Schwarze Löcher und für die Materiescheiben darum herum
Wie viele verschiedene Arten von Schwarzen Löchern gibt es?
Langfristig gesehen gibt es nur einige wenige Arten von Schwarzen Löchern – dieser Text erklärt, welche, und wie es zu der Vereinfachung kommt
Glühende Scheiben: Wie Schwarze Löcher ihre Nachbarschaft zum Leuchten bringen
Wie der Umstand, dass Schwarze Löcher so effektiv dabei sind, Materie anzuziehen, zu einigen der spektakulärsten Leuchterscheinungen im Universum führt
Warum man Wärme sehen kann
Der Zusammenhang zwischen Temperatur und dem Aussenden elektromagnetischer Strahlung – und die Konsequenzen für Sterne, Materiescheiben um Schwarze Löcher, und für die Kosmologie
Aktive Schwarze Löcher: Ultraheiße Leuchtfeuer im All
Was Astronomen davon sehen, wenn Schwarze Löcher ihre Umgebung aufheizen und so zum Leuchten bringen
Rollentausch von Raum und Zeit
Wie Raum und Zeit im Inneren eines Schwarzen Lochs in gewisser Weise die Rollen tauschen – und wie dies zu der definierenden Eigenschaft Schwarzer Löcher führt: dass nichts aus ihnen entkommen kann.
Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern?
Über die Möglichkeit, mit der nächsten Generation von Teilchenbeschleunigern winzige Schwarze Löcher erzeugen und nachzuweisen zu können
Im Herzen der Milchstraße
Informationen zu dem uns nächsten supermassiven Schwarzen Loch – dem Zentralobjekt unserer eigenen Galaxis
Kosmologie
Der doppelte Urknall
Über die doppelte Bedeutung des Wortes „Urknall“ in der Kosmologie
Die Suche nach dem Quanten-Anfangszustand des Universums
Über Versuche, mit Hilfe verschiedener Ansätze zur Quantengravitation den Anfang unseres Weltalls zu verstehen
Elemententstehung im frühen Universum
Überblicksinformationen zur Entstehung der leichten Atomkerne kurz nach dem Urknall
Kosmischer Schall und die Krümmung des Raums
Wie sich die Raumgeometrie unseres Universums aus der kosmischen Hintergrundstrahlung ablesen lässt
Den Urknall überspringen
Das kollabierende und anschließend wieder expandierende Universum, dass die Schleifen-Quantengravitation an die Stelle des herkömmlichen Urknalls setzt
Die Form des Raums
Die verschiedenen Möglichkeiten, die Einsteins Theorie für die Raumgeometrie unseres Universums zulässt
Gleichgewicht und Veränderung
Informationen zu dem Wettstreit zwischen thermodynamischem Gleichgewicht und Expansion, der die Elementhäufigkeiten im frühen Universum bestimmt
Warum man Wärme sehen kann
Der Zusammenhang zwischen Temperatur und dem Aussenden elektromagnetischer Strahlung – und die Konsequenzen für Sterne, Materiescheiben um Schwarze Löcher, und für die Kosmologie
Der Blick in die chemische Vergangenheit
Wie Astronomen die Elementhäufigkeiten im frühen Universum rekonstruieren, um entsprechende Vorhersagen der Urknallmodelle zu überprüfen
Der mathematische Kosmos
Warum die Fragen nach Entstehung und Entwicklung der Welt als Ganzes eine Sache nicht nur der Physiker und Astronomen, sondern auch der Mathematiker ist.
Die gebändigte Dichte
Wie die Schleifen-Theorie der Quantengravitation den absurden Zustand unendlicher Dichte überwinden könnte, den Urknall, der in der Einsteinschen Relativitätstheorie am Anfang des Universums steht.
Relativität und Quanten
Die Suche nach dem Quanten-Anfangszustand des Universums
Über Versuche, mit Hilfe verschiedener Ansätze zur Quantengravitation den Anfang unseres Weltalls zu verstehen
Extradimensionen – und wie man sie versteckt
Warum unser Universum zusätzlich zu Länge, Breite, Höhe weitere Raumdimensionen besitzen könnte, ohne dass wir davon im Alltag etwas merken.
Schauspiel auf veränderlicher Bühne: Hintergrundunabhängigkeit und Quantengravitation
Zu der Frage, ob es in einer Theorie der Quantengravitation vorgegebene, absolute Hintergrundstrukturen geben kann
Den Urknall überspringen
Das kollabierende und anschließend wieder expandierende Universum, dass die Schleifen-Quantengravitation an die Stelle des herkömmlichen Urknalls setzt
Die eingebettete Welt
Ist unsere dreidimensionale Welt in einen höherdimensionalen Raum eingebettet?
Von der Ordnung zur Geometrie: Kausalmengen
Ein Überblick über den so genannten Kausalmengen-Ansatz zur Formulierung einer Theorie der Quantengravitation
Die gebändigte Dichte
Wie die Schleifen-Theorie der Quantengravitation den absurden Zustand unendlicher Dichte überwinden könnte, den Urknall, der in der Einsteinschen Relativitätstheorie am Anfang des Universums steht.
Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern?
Über die Möglichkeit, mit der nächsten Generation von Teilchenbeschleunigern winzige Schwarze Löcher erzeugen und nachzuweisen zu können
Extradimensionen auf der Spur
Wie sich zusätzliche Raumdimensionen nachweisen lassen könnten – und warum der Umstand, dass unsere Erde um die Sonne kreist dafür von Bedeutung ist
Eine Frage der Sichtweise
Warum Dinge, die uns kompliziert scheinen, in einem Universum mit Extradimensionen ganz einfach sein könnten
Auf allen möglichen Wegen zum Ziel
Zu den so genannten Pfadintegralen, einem wichtigen Konzept der Quantentheorie
Webmuster des Raums: Spin-Netzwerke
Zu den mikroskopischen Strukturen, die Raum und Zeit in der Theorie der Schleifen-Quantengravitation zugrunde liegen
