3.3 Exkurs: Allgemeine Relativitätstheorie

nach Albert Einstein 1905

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Die spezielle Relativitätstheorie gilt nur für gleichmäßige Geschwindigkeiten und ohne Gravitationseinfluss. Die allgemeine Relativitätstheorie bezieht Beschleunigung und Gravitation ein. Hieraus ergeben sich die Urknalltheorie, das stetig expandierende Universum, schwarze Löcher und die Möglichkeit von parallelen Universen.

1. Gravitation und Beschleunigung sind identisch.

Versuch: Ein Forscher steht in seinem Labor auf der Erde. In seinen Experimenten wird er nie herausbekommen, ob seine Versuche durch die Gravitation der Erde beeinflusst werden oder ob er an einem Haken hängt und von einer Rakete mit konstanter Beschleunigung durch das Universum geflogen wird und so die Beschleunigung die gleiche Wirkung wie die Gravitation hat.

2. Gravitation dehnt die Zeit.

Versuch: Der Forscher wird in seinem Labor an einem langen Seil im Kreis herumgewirbelt. Er bemerkt eine Kraft, die nach außen gerichtet ist (Zentrifugalkraft). Ihm erscheint diese Zentrifugalkraft wie gewöhnliche Gravitationskraft. Vom Standpunkt eines außen stehenden Beobachters, müssen die Uhren im Labor langsamer gehen, da sich nach der speziellen Relativitätstheorie die Zeit für bewegte Uhren langsamer geht. Da Beschleunigung und Gravitation nicht zu trennen sind, haben beide einen verlangsamenden Effekt auf die Zeit. Z.B. im starken Gravitationsfeld im inneren der Sonne läuft die Zeit pro Jahr 5 Minuten langsamer als auf der Erde.

3. Massen krümmen den Raum.

Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass eine Dehnung der Zeit auch immer mit einer Stauchung des Raumes einhergeht. Somit verlangsamt die Gravitation die Zeit und verdellt den Raum. Jede Masse verformt durch ihre bloße Anwesenheit den Raum in ihrer Umgebung. Also alle Objekte mit Masse krümmen den Raum zu einer Delle. Vorstellung: Den Raum kann man sich als Gummituch vorstellen, auf der schwere Kugeln liegen. Je schwerer die Kugel, desto stärker dellt sie das Gummituch ein. Eine rollende Murmel auf dem Gummituch kullert dann in die Vertiefungen des Gummituches die von den anderen Massen eingedellt wurden. Wer das Gummituch nicht sieht, hat den Eindruck, dass die großen Massen die kleinen Massen (Murmel) anziehen.

Massen krümmen den Raum

Two-dimensional analogy of space–time distortion. Matter changes the geometry of spacetime, this (curved) geometry being interpreted as gravity. White lines do not represent the curvature of space but instead represent the coordinate system imposed on the curved spacetime, which would be rectilinear in a flat spacetime. www.wikipedia.org

4. Schwarze Löcher

sind hochverdichtete Massen, in deren Umgebung die Zeit still steht und Licht ansaugen. Der Raum wird so stark gekrümmt, dass das vorbeifliegende Licht stak abgelenkt wird und ein Beobachter mehrer Perspektiven auf einmal sehen kann.

5. Massen lenken das Licht ab.

Planeten und Sterne dellen durch ihre Masse den Raum ein. Vorbeifliegendes Licht fliegt nicht geradeaus, sondern in einer Kurve gemäß der Dellen der Gummimatte in einer Kurve. Dies konnte 1919 bei einer Sonnenfinsternis nachgewiesen werden. So konnte ein Stern gesehen werden, obwohl er hinter der Sonne liegt. Das Licht ging nicht geradeaus

Raumzeit:

Raum und Zeit sind keine Dimensionen mehr, die unabhängig voneinander existieren. Sie sind keine absoluten Größen, sondern sind selbst dynamisches Objekt, eine eigene physikalische Größe.

Die Zeit- und die 3 Raumkoordinaten sind eng miteinander verwoben und bilden eine 4-dimensionale Raumzeit. Diese Raumzeit kann in Abwesenheit von Materie flach sein. Raumzeit ist jedoch im Allgemeinen durch Massen gekrümmt. Besonders ausgeprägt ist die Krümmung der Raumzeit bei Schwarzen Löchern.

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