Alle Vertiefungsthemen

Schwarze Löcher, Kosmologie, Gravitationswellen – die Relativitätstheorie hat viele Facetten. Hier finden Sie eine Gesamtübersicht unserer Vertiefungsthemen, die interessante Teilaspekte von Einsteins Erbe beleuchten – grob nach Themen sortiert. Die Texte bauen nicht aufeinander auf und laden zum Stöbern ein. Günstig wäre es freilich, wenn Sie schon eine ungefähre Idee von den Grundlagen der Relativitätstheorie mitbrächten, in etwa auf dem Niveau unserer Einführung Einstein für Einsteiger.

Spezielle Relativitätstheorie

Grundlagen und Allgemeines zur Speziellen Relativitätstheorie

Noble Relativität

Überblick über die Physik-Nobelpreise zur relativistischen Physik

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Die Unselbstverständlichkeit des Jetzt

Warum es nötig ist, den Begriff der Gleichzeitigkeit zu definieren und wie man dabei vorgehen kann

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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

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Relativität und Satellitennavigation

Wie man mit Hilfe von Funksignalen und Satelliten seine Position bestimmen kann – und was die Relativitätstheorien damit zu tun haben

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Von der Lichtuhr zur Zeitdilatation

Ein einfaches Gedankenexperiment mit Lichtuhren – Uhren, in denen Licht als Taktgeber dient – erlaubt die Herleitung der Zeitdilatation

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Wellen in Bewegung: der Dopplereffekt

Wie sich Bewegung auf Wellen (oder andere periodische Signale) auswirkt – in der klassischen Physik und in der Speziellen Relativitätstheorie

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Die Dialektik der Relativität

Wie der Begriff der Relativität Aussagen zusammenführen kann, die sich auf den ersten Blick widersprechen

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Von E = mc² zur Atombombe

Was Einsteins berühmteste Formel mit Kernfusion, Kernspaltung und Atombombe zu tun hat – und was nicht

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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

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Zeitdilatation und Wanderschaft

Wie man sich die Relativität der Gleichzeitigkeit und die Zeitdehnung anhand einer einfachen geometrischen Analogie veranschaulichen kann

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Die problematischen Zwillinge

Warum das so genannte Zwillingsparadoxon nur scheinbar paradox ist

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Wie Zeit gemacht wird

Wie die international gültige Weltzeit UTC bestimmt wird – und was die Relativitätstheorie dabei für eine Rolle spielt

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Zwillinge und Wanderer

Wie man sich die Situation des raumreisenden Zwillings anhand einer einfachen geometrischen Analogie veranschaulichen kann

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Allgemeine Relativitätstheorie

Grundlagen und Allgemeines zur allgemeinen Relativitätstheorie

Noble Relativität

Überblick über die Physik-Nobelpreise zur relativistischen Physik

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Das Reich der relativistischen Hydrodynamik

Wie Physiker relativistische Fluide und die damit zusammenhängenden Phänomene modellieren – von Supernovae und Jets bis zu verschmelzenden Neutronensternen.

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Einstein und die Seifenblasen

Überraschende Querverbindung zwischen der Raumzeitgeometrie und Seifenblasen: geometrische Minimalisierungsprobleme

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Kabine, Schwerkraft und Rakete: Das Äquivalenzprinzip

Näheres zu dem Prinzip, das am Anfang von Einsteins Überlegungen zu Relativität und Gravitation stand

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Lichtablenkung durch Gravitation

Informationen zu einer der grundlegenden Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie: Der Lichtablenkung im Gravitationsfeld

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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

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Raumzeitsingularitäten

Über die vielleicht sonderbarste Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie – pathologische Grenzen der Raumzeit, so genannte Singularitäten.

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Relativität und Satellitennavigation

Wie man mit Hilfe von Funksignalen und Satelliten seine Position bestimmen kann – und was die Relativitätstheorien damit zu tun haben

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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.

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Von der Kraft zum Feld

Über einen nicht nur für die Gravitationsphysik zentralen Begriff – den des Feldes.

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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!

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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.

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Gravitation: Vom Fahrstuhl zur Raumzeitkrümmung

Was ist in Einsteins Theorie denn nun eigentlich Gravitation?

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Singularitäten als Raumzeit-Knetmaschinen

Über einige charakteristische Eigenschaften der Raumzeit in der Nähe einer Singularität – insbesondere die Verformungen, die jedes Objekt erfährt, welches der Singularität zu nahe kommt.

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Vom Äquivalenzprinzip zur Lichtablenkung

Wie sich aus dem Äquivalenzprinzip Rückschlüsse auf die Lichtablenkung im Schwerefeld ziehen lassen.

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Gravitationswellen

Mehr zu Gravitationswellen, ihrer Erzeugung und den Nachweismöglichkeiten

Ohren in aller Welt

Übersicht über die Gravitationswellendetektoren, die sich zur Zeit in Betrieb oder im Aufbau befinden

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Licht als Maßstab

Zum Funktionsprinzip von interferometrischen Detektoren wie bei GEO600 und LIGO

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Schwingende Körper

Zum Funktionsprinzip der „Klassiker“ unter den Gravitationswellendetektoren, der Resonanzdetektoren

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LISA – Horchposten im All

Über die neuste Version des bislang ehrgeizigsten Projektes der Gravitationswellenjäger – einen Detektor im Weltraum

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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.

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Das Zirpen der Neutronensterne

Einige Gravitationswellensignale lassen sich nicht nur veranschaulichen – sondern sogar hörbar machen

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Die Wellennatur der Gravitationswellen

Illustrationen, die zeigen, dass Gravitationswellen tatsächlich Wellen sind – und nicht nur Gravitationsschwingungen

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Advanced LIGO

aLIGO besteht aus den zwei derzeit empfindlichsten Gravitationswellen-Detektoren in der Welt, deren hochpräzise Messungen moderne Spitzentechnologie erfordern.

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Weiße-Zwerg-Doppelsterne als Gravitationswellenquelle

Doppelsterne aus Weißen Zwergen, ihre Eigenschaften und die Rolle, die sie für den geplanten weltraumgestützten Gravitationswellendetektor LISA spielen.

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Interferometrische Gravitationswellen­detektoren

Alle modernen Gravitationswellen-Detektoren basieren auf dem Prinzip eines Michelson-Interferometers. Doch wie funktionieren sie genau?

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Schwarze Löcher & Co.

Schwarze Löcher, Neutronensterne und Supernovae

Schritt für Schritt ins Schwarze Loch

Was ein Raumfahrer sieht, der einem Schwarzen Loch nahe kommt – zu nahe, wenn er Pech hat.

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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

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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

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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

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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

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Aktive Schwarze Löcher: Ultraheiße Leuchtfeuer im All

Was Astronomen davon sehen, wenn Schwarze Löcher ihre Umgebung aufheizen und so zum Leuchten bringen

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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.

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Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern?

Über die Möglichkeit, mit der nächsten Generation von Teilchenbeschleunigern winzige Schwarze Löcher erzeugen und nachzuweisen zu können

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Im Herzen der Milchstraße

Informationen zu dem uns nächsten supermassiven Schwarzen Loch – dem Zentralobjekt unserer eigenen Galaxis

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Kosmologie

Der Urknall und die Folgen

Der doppelte Urknall

Über die doppelte Bedeutung des Wortes „Urknall“ in der Kosmologie

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Die Suche nach dem Quanten-Anfangszustand des Universums

Über Versuche, mit Hilfe verschiedener Ansätze zur Quantengravitation den Anfang unseres Weltalls zu verstehen

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Elemententstehung im frühen Universum

Überblicksinformationen zur Entstehung der leichten Atomkerne kurz nach dem Urknall

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Kosmischer Schall und die Krümmung des Raums

Wie sich die Raumgeometrie unseres Universums aus der kosmischen Hintergrundstrahlung ablesen lässt

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Den Urknall überspringen

Das kollabierende und anschließend wieder expandierende Universum, dass die Schleifen-Quantengravitation an die Stelle des herkömmlichen Urknalls setzt

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Die Form des Raums

Die verschiedenen Möglichkeiten, die Einsteins Theorie für die Raumgeometrie unseres Universums zulässt

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Gleichgewicht und Veränderung

Informationen zu dem Wettstreit zwischen thermodynamischem Gleichgewicht und Expansion, der die Elementhäufigkeiten im frühen Universum bestimmt

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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

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Der Blick in die chemische Vergangenheit

Wie Astronomen die Elementhäufigkeiten im frühen Universum rekonstruieren, um entsprechende Vorhersagen der Urknallmodelle zu überprüfen

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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.

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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.

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Relativität und Quanten

Zur relativistischen Quantentheorie sowie zu Stringtheorie, Schleifengravitation und anderen Ansätzen, die Einsteinsche Gravitation und Quantentheorie zusammenzubringen

Die Suche nach dem Quanten-Anfangszustand des Universums

Über Versuche, mit Hilfe verschiedener Ansätze zur Quantengravitation den Anfang unseres Weltalls zu verstehen

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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.

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Schauspiel auf veränderlicher Bühne: Hintergrundunabhängigkeit und Quantengravitation

Zu der Frage, ob es in einer Theorie der Quantengravitation vorgegebene, absolute Hintergrundstrukturen geben kann

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Den Urknall überspringen

Das kollabierende und anschließend wieder expandierende Universum, dass die Schleifen-Quantengravitation an die Stelle des herkömmlichen Urknalls setzt

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Die eingebettete Welt

Ist unsere dreidimensionale Welt in einen höherdimensionalen Raum eingebettet?

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Von der Ordnung zur Geometrie: Kausalmengen

Ein Überblick über den so genannten Kausalmengen-Ansatz zur Formulierung einer Theorie der Quantengravitation

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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.

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Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern?

Über die Möglichkeit, mit der nächsten Generation von Teilchenbeschleunigern winzige Schwarze Löcher erzeugen und nachzuweisen zu können

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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

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Eine Frage der Sichtweise

Warum Dinge, die uns kompliziert scheinen, in einem Universum mit Extradimensionen ganz einfach sein könnten

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Auf allen möglichen Wegen zum Ziel

Zu den so genannten Pfadintegralen, einem wichtigen Konzept der Quantentheorie

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Webmuster des Raums: Spin-Netzwerke

Zu den mikroskopischen Strukturen, die Raum und Zeit in der Theorie der Schleifen-Quantengravitation zugrunde liegen

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