Florian hat ja dankenswerterweise daran erinnert, dass die zentralen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) gestern ihren 100. Geburtstag hatten. Ich nehme das mal zum Anlass, um einen kleinen Überblick über die Artikel zum Thema zu geben, die ich hier im Blog geschrieben habe – und das sind schon ein paar.
Die ART beruht ja auf der speziellen Relativitätstheorie. In dieser Theorie hatte Einstein erkannt, dass Raum und Zeit eng zusammenhängen und letztlich nur gemeinsam betrachtet werden können, weil zwei Ereignisse, die für eine Beobachterin in einem bestimmten räumlichen und zeitlichen Abstand stattfinden, für eine andere Beobachterin andere räumliche und zeitliche Abstände haben können – ähnlich wie das, was für die eine links ist, für die andere rechts sein kann. Über die SRT habe ich auch gelegentlich etwas geschrieben, beispielsweise habe ich das mit den unterschiedlichen Abständen hier auseinandergedröselt, ein wenig über das weit verbreitete Missverständnis, dass die SRT keine Beschleunigungen erfassen kann, gab es in diesem Rätsel. Und warum alle Physikerinnen so sehr von der SRT überzeugt sind, habe ich in diesem Artikel erklärt. Auch der erste Artikel des Blogs hatte die SRT zum Thema, genauer gesagt, eine interessante (aber nicht unproblematische) Erweiterung.
Eine geniale Idee Einsteins, die zur ART beitrug, war, dass Raum und Zeit nicht nur relativ sind und zu einer Einheit, der Raumzeit zusammengefasst werden müssen, sondern dass diese Raumzeit sich auch noch verändern und an unterschiedlichen Orten (oder Zeiten) unterschiedliche Eigenschaften haben kann – die Raumzeit ist gekrümmt. Eine kurze, aber sehr anschauliche Erklärung findet ihr dazu in dem hier beschriebenen Video. Ausführlich habe ich die Frage, was eigentlich Raumzeitkrümmung ist, in dieser Artikelserie beantwortet:
Wie man die Raumzeit krümmt. Teil I: Spielereien mit Landkarten
Wie man die Raumzeit krümmt. Teil II: Warum der Sonnenradius “zu groß” ist
Wie man die Raumzeit krümmt. Teil III Negative Krümmung und ein Tipp zum Pizza-Essen
Wie man die Raumzeit krümmt. Teil IV: Raumzeit – was ist das eigentlich?
Wie man die Raumzeit krümmt. Teil V Warum es keine Schwerkraft gibt
Wie man die Raumzeit krümmt. Teil VI: Metrik Reloaded
Dabei habe ich zur Erklärung der Raumzeitkrümmung vor allem auf eine Analogie zu Landkarten zurückgegriffen.Falls ihr euch wundert, warum ich nicht die so oft gezeigte Analogie mit dem Gummituch, das durch Massen gekrümmt wird, verwendet habe – das erkläre ich hier und hier.
Raumzeitkrümmungen können sich in der ART auch durch den Raum (und die Zeit) ausbreiten – auch solche Gravitationswellen habe ich mal ein wenig erläutert, ebenso, wie ich mir Gedanken über die Expansion des Universums gemacht habe und darüber, warum die nicht dazu führt, dass alle Objekte auseinanderfliegen. Und weil die Krümmung der Raumzeit nicht so wahnsinnig anschaulich ist, habe ich auch mit verschiedenen anderen Ideen versucht – beispielsweise dem Raumzeitstaub.
Eine andere Idee zur Veranschaulichung verwendet dieser Artikel hier: Heiße Platten, kürzeste Wege und gebogenes Licht. Dabei erkläre ich die Raumkrümmung dadurch, dass ich so tue, als würden sich Objekte an unterschiedlichen Orten unterschiedlich stark ausdehnen – das führt letztlich zum selben Ergebnis.
Tatsächlich steckt hinter dieser Idee auch echte Physik. Es ist nämlich gar nicht zwingend, die Raumzeit als dynamisch und gekrümmt zu betrachten – alternativ kann man auch eine statische Raumzeit wie in der SRT verwenden und in dieser ein Gravitationsfeld definieren, das alle Maßstäbe passend verzerrt. Wie das im einzelnen geht, dazu gab’s auch eine Artikelserie (die war mal wieder ein Beispiel dafür, dass man Sachen am besten versteht, wenn man sie zu erklären versucht, denn als ich mit der Serie anfing, hatte ich noch nicht alles so richtig durchschaut):
Ist die Raumzeit gekrümmt? Teil I: Der Raum
Ist die Raumzeit gekrümmt? Teil II: Noch mehr Raum
Ist die Raumzeit gekrümmt? Teil III: Die Zeit
Diese alternative Betrachtungsweise ist insbesondere dann interessant, wenn man an die Grenzen der ART vorstößt. Denn die ART ist nicht mit der Quantenmechanik vereinbar. Das liegt aber nicht – wie man denken könnte – daran, dass wir keine Idee haben, wie die beiden Theorien zusammenpassen könnten. Im Gegenteil. Eigentlich folgt aus dem, was wir über die beiden Theorien wissen, ziemlich genau, wie eine Quantentheorie der Gravitation aussehen sollte. In so einer Theorie sollte die Gravitation quantisiert sein – bei Gravitationswellen führt das dazu, dass diese aus Gravitonen bestehen sollten, den “Elementarteilchen” der Gravitation. Dumm ist nur, dass diese Theorie, wenn man sie denn durchrechnet, lauter Unsinn ausgibt. Insofern haben wir dann wohl doch keine Idee, wie eine Quantentheorie der Gravitation aussieht. Vielleicht klappt es ja zum 110. Geburtstag.
Für die aktuelle Geburtstagsfeier habt ihr damit aber sicherlich erst mal genügend Lesestoff, um ein bisschen tiefer in die ART einzusteigen.
PS: Nach der Umstellung auf die neue Blog-Software werden alle alten Artikel leider durch die Software willkürlich an irgendwelchen Stellen umgebrochen und auf jede Menge einzelne Seiten verteilt. Ist nicht wirklich schön, gerade bei meinen oft doch recht langen Artikeln – ich habe die Technik gefragt, ob man für diese Texte nicht einen Knopf einbauen kann, der es erlaubt, alles auf einer Seite zu sehen, mit Glück bekommen wir das. Für diesen Artikel habe ich diesen bug diesen Feature ausgeschaltet.
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