The Equivalence Principle
Einsteins Ausgangspunkt — sein ‚glücklichster Gedanke' — war das Äquivalenzprinzip: Eine Person im freien Fall kann nicht unterscheiden, ob sie in einem Gravitationsfeld fällt oder im leeren Raum schwebt. Lokal sind Gravitation und Beschleunigung identisch. Ausgehend von dieser einfachen Beobachtung verbrachte er 8 Jahre mit der Entwicklung der Mathematik der gekrümmten Raumzeit.
Was ist gekrümmte Raumzeit?
In der Newtonschen Physik ist der Raum flach und dreidimensional; die Zeit ist separat und absolut. In der allgemeinen Relativitätstheorie sind Raum und Zeit in eine vierdimensionale Raumzeit vereinigt, und massive Objekte krümmen dieses Gefüge. Die Erde krümmt die Raumzeit um sich herum; der Mond folgt einer gekrümmten Bahn durch diese gekrümmte Raumzeit — was wir Umlaufbahn nennen. Es gibt keine Gravitationskraft; es gibt nur gekrümmte Geometrie.
Die Einsteinschen Feldgleichungen
Die Einsteinschen Feldgleichungen (Gμν + Λgμν = 8πG/c⁴ Tμν) verbinden die Krümmung der Raumzeit (linke Seite) mit der Verteilung von Energie und Materie (rechte Seite). John Wheeler fasste sie zusammen: „Die Raumzeit sagt der Materie, wie sie sich bewegt; die Materie sagt der Raumzeit, wie sie sich krümmt.
Confirmations
Eddingtons Sonnenfinsternisobservationen von 1919 bestätigten, dass Sternenlicht sich um die Sonne beugt, wie die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt. Merkurs Bahnpräzession (durch Newton unerklärbar) wird durch die allgemeine Relativitätstheorie exakt erklärt. GPS-Satelliten müssen sich für Raumzeitdilatation korrigieren — ohne die Korrektur würde GPS um etwa 10 km pro Tag driften. Gravitationswellen (1916 vorhergesagt) wurden 2015 erstmals durch LIGO nachgewiesen. Schwarze Löcher, von den Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, wurden direkt vom Event Horizon Telescope abgebildet (2019).
Frequently Asked Questions
Was ist allgemeine Relativitätstheorie in einfachen Worten?
Die allgemeine Relativitätstheorie ist Einsteins Theorie, dass Gravitation keine Kraft ist, sondern die Krümmung der Raumzeit durch Masse und Energie. Massive Objekte krümmen das Gefüge der Raumzeit; andere Objekte folgen diesen Kurven, was wir als Gravitationsanziehung erleben. Stellen Sie sich eine Bowlingkugel auf einem Gummituch vor, die nahe gelegene Murmeln zu sich hin rollen lässt.
Wie wurde die allgemeine Relativitätstheorie bestätigt?
Die allgemeine Relativitätstheorie wurde bestätigt durch: Eddingtons Beobachtung 1919 der Lichtablenkung um die Sonne während einer Sonnenfinsternis; GPS-Satellitenkorektionen für Zeitdilatation (ohne die würde GPS um etwa 10 km pro Tag ungenau); Gravitationswellenerkennung durch LIGO (2015); und das Event Horizon Telescope's Bilder schwarzer Löcher (2019). Sie ist die am präzisesten getestete Theorie in der Geschichte der Physik.
Was ist der Unterschied zwischen spezieller und allgemeiner Relativitätstheorie?
Die spezielle Relativitätstheorie (1905) gilt für Beobachter in gleichförmiger Bewegung (ohne Beschleunigung) und behandelt Zeitdilatation, Längenkontraktion und E=mc². Die allgemeine Relativitätstheorie (1915) erweitert dies um Gravitation und Beschleunigung und beschreibt Gravitation als Raumzeitkrümmung. Die allgemeine Relativitätstheorie reduziert sich lokal auf die spezielle Relativitätstheorie bei Abwesenheit von Gravitation.
Lesen Sie den vollständigen Artikel auf Geniuses.Club