Allgemeine Relativitätstheorie

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Allgemeine Relativitätstheorie

Beitrag von Tinkabella am Fr Jun 18, 2010 7:56 pm

1915 - 10 Jahre nach der Veroeffentlichung der Speziellen RT (SRT ) - stellte Einstein eine neue Theorie vor, die die Grundfesten der damals bekannten Physik aufs Aeusserste erschuetterte. Als 4 Jahre spaeter bei einer Sonnenfinsternis die in der ART vorhergesagte Lichtablenkung im Gravitationsfeld erstmals auch durch Messungen bestaetigt wurde, sorgte das auf den Titelseiten der grossen Tageszeitungen weltweit fuer Schlagzeilen. Was aber ist so ungewoehnlich an der ART, dass sich die Leute auf der Strasse damit auseinandersetzten?
Mit wenigen Worten ausgedrueckt, besagen die Feldgleichungen der ART, dass Materie den sie umgebenden Raum beeinflusst, ihn kruemmt. Dieser gekruemmte Raum wiederum beeinflusst die Bewegung der Materie, also z.B. eines Sterns oder eines Planeten. Man kann sich diese Wirkung anhand eines einfachen Modells veranschaulichen: man nehme eine gespannte Gummihaut und lege einen Tichtennisball darauf. Der Ball hat nur eine sehr geringe Dichte, also auch wenig Masse und beeinflusst die Form der Unterlage kaum. Jetzt nehme man einen Tennisball, der dieselbe Groesse hat. Er ist aber wesentlich schwerer und drueckt eine Delle in die Unterlage. Wenn er ueber die elastische Unterlage gerollt wird, wirkt sich diese Verformung auch auf seine Bewegung aus. Zuletzt nehme man eine Bleikugel derselben Groesse wie der Tischtennisball. Sie kruemmt die Gummihaut noch mehr - oder zerreisst sie sogar *g*. Uebertragen auf den Kosmos bedeutet das:
Je kompakter (d.h. je dichter) ein Objekt ist, desto staerker kruemmt es die umgebende Raumzeit. Ein Beispiel: Unsere Sonne ist - vom astronomischen Standpunkt aus gesehen - ein recht unauffaelliger, geradezu langeweiliger Stern. Auch sie kruemmt den umgebenden Raum etwas - allerdings ist der Effekt sehr gering. In ca. 5 Mrd. Jahren wird sich unsere Sonne zu einem Weissen Zwerg entwickeln. Ein weisser Zwerg ist ein Stern von der Groesse eines Planeten (etwas merkurgross-erdgross), aber dieser Stern kann die Masse eienr Sonne haben. Er ist also sehr viel dichter als alles, was wir von der Erde her kennen und kruemmt die Raumzeit entsprechend staerker. Betraegt die Restmasse des sterbenden Sterns mehr als 1.4 Sonnenmassen (sog. Chandrasekhar-Grenze), so wird sich der Stern zu einem noch dichteren Objekt entwickeln - einem Neutronenstern: ca. 15-20 km im Radius, aber in diesem kleinen Volumen eine Masse von mehr als einer Sonnenmasse konzentriert! Weisse Zwerge und Neutronensterne sind aus astronomischen Beobachtungen hinreichend bekannt. Anders sieht es mit noch exotischeren Objekten aus: mit schwarzen Loechern (dazu wird es ein eigenes Thema geben). Hier sei nur soviel zu ihnen gesagt: Sie stehen u.a. am Endpunkt der Entwicklung sehr massereicher Sterne und kruemmen den umgebenden Raum so stark, das ab einer bestimmten Entfernung nicht einmal Licht entweichen kann.
Ihre Existenz ist eine direkte Folge der ART.

Noch einmal zusammengefasst: Materie kruemmt den sie umgebenden Raum, der wiederum die Bewegung der Materie beeinflusst. Genau das sagen die Einsteinschen Feldgleichungen aus. Untersucht man sie genauer (was in einer Sisyphusarbeit endet), so stellt man eine ganze Reihe von Konsequenzen fest. Hier seien nur die wichtigsten genannt:
-Kosmologie: Das Universum ist nicht statisch, d.h. nicht unveraenderlich. Der Raum zwischen den Galaxien dehnt sich aus (oder schrumpft) - je nach Modell.

-Lichtablenkung im Gravitationsfeld: Das Licht eines entfernten Sterns wird im Gravitationsfeld eines von uns aus gesehen vor dem Stern stehenden Objektes abgelenkt. Stark gravitierende Objekte koennen wie Linsen wirken und das Licht sehr weit entfernter Objekte verstaerken; aber deren Abbild dabei auch verzerren. Im extremsten Fall erscheint so ein hinter dem gravitierenden Objekt stehender Stern ringfoermig *g* (Einsteinring)

Periastrondrehung: Die Bahnen der Sterne in einem Doppelsternsystem sind keine geschlossenen Ellipsen, wie man es in der klassischen Physik erwarten wuerde, sondern eher Rosettenbahnen um den gemeinsamen Schwerpunkt. Der dem gemeinsamen Schwerpunkt naechste Punkt wandert - man spricht von einer Periastrondrehung.


Gravitationswellen: Doppelsternsysteme, explodierende Sterne u.a. senden Gravitationswellen aus, d.h. Wellen der Raumzeit selber. Im Fall von Doppelsternsystemen fuehrt das zum Energieverlust des Systems und damit zu einem allmaehlichen Einspiralen. Ein direkter Nachweis der GWs steht noch aus, daran wird zur Zeit mit verschiedenen Detektoren fieberhaft geforscht (Geo600 in Hannover, LIGO in Amerika, Virgo in Italien, TAMA in Japan ... den australischen Detektor vergesse ich immer *g*) Einen indirekten Nachweis lieferten Beobachtungen des Doppelpulsars PSR 1913+16 durch Hulse und Taylor - darauf gab es Anfang der 1990er Jahre den Nobelpreis.

Es gibt noch jede Menge anderer Effekte, aber die aufzuzaehlen, wuerde vielleicht doch zu weit fuehren. *g*

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Re: Allgemeine Relativitätstheorie

Beitrag von Angelina am So Jan 16, 2011 12:50 pm

HAllo SIster
Sorry, daß ich diesen Thread noch nicht gelesen habe.

Immerhin halte ich ja auch selber Vorträge zum Thema Astronomie und Astrophysik.

Du hast es echt sehr gur erklärt.
Hat mir gut gefallen.

Ich selber finde die Zeitdilitation(-Dehnung) und die "Gleichzeitigkeit der Ereignisse, als die krasseste Konsequenz, dieser speziellen Relativitätstheorie.

Allerdings find ich den nächsten Schritt der auf dieses Theorie folgt noch faszinierender, die Qauntenphysik.
Gruß
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