Wenn irgendwer irgendwo die allgemeine Relativitätstheorie erklären möchte ohne dabei Formeln zu verwenden, dann taucht mit Sicherheit immer ein Bild auf: Das Gummituch, auf das Gewichte gelegt werden. Die Gewichte verformen das Tuch, genau so wie Massen die Raumzeit verformen. Und lässt man dann Murmeln auf dem Gummituch rollen, dann wird ihre Bahn durch das Gewicht und das verformte Tuch verändert, genau so wie die gekrümmte Raumzeit die Bewegung von Himmelskörpern bestimmt. Bei genauerer Betrachtung ist diese Analogie natürlich nicht exakt. Das Gummituch ist ein zweidimensionales Modell des Raums und der Gummituch-Raum krümmt sich in die dritte Raumdimension. In der Realität ist der Raum aber dreidimensional und krümmt sich nicht in irgendeinen anderen Überraum hinein. Und wenn die Raumzeit gekrümmt wird, dann ist es eben die Raumzeit und nicht nur der Raum. Den Effekt den die Anwesenheit von Masse auf den Verlauf der Zeit hat kann man mit dem Gummituchmodell natürlich nicht visualisieren.
Wenn man dieses Modell also zu Demonstrationszwecken verwendet muss man sich dieser Grenzen bewusst sein und darauf achten, dass das Publikum keine völlig falschen Vorstellungen von der Raumzeit bekommt. Andererseits: Welche Vorstellung soll man denn eigentlich haben? Unsere Gehirne sind nicht dafür ausgelegt, uns eine vierdimensionale Raumzeit vorzustellen. Wir können sie mathematisch behandeln, aber nicht intuitiv visualisieren. Das Gummituch ist vermutlich die beste Analogie, die wir haben; auch wenn sie nicht perfekt ist.
Was man alles aus dem Gummituch herausholen kann, zeigt der Physik-Lehrer Don Burns von der Los Gatos High School in Kalifornien. Bei einem Workshop für Physiklehrer hat er sein selbstgebasteltes Modell des Gummituchuniversums vorgestellt und damit ziemlich beeindruckende Dinge gezeigt. Ich finde ja besonders die beiden Murmeln toll, die sich gegenseitig umkreisen während sie die große Masse im Zentrum umkreisen. Und das Experiment mit den gegenläufigen Murmeln das zeigt, wie sich die Himmelskörper während der Planetenentstehung alle auf die gleiche Umlaufrichtung geeinigt haben. Hier ist das Video:
Was halten die mitlesenden Physiklehrerinnen und Physiklehrer davon? Würdet ihr so ein Experiment im Unterricht einsetzen (falls allgemeine Relativitätstheorie überhaupt bei euch auf dem Lehrplan steht; zu meiner Schulzeit hab ich davon im Physikunterricht nichts gehört)? Wenn nein, warum nicht? Wie demonstriert ihr die Gravitation im Universum?
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