100 Jahre allgemeine Relativitätstheorie: Denken und Handeln

100 Jahre allgemeine Relativitätstheorie: Denken und Handeln

Vor genau 100 Jahren, am 25. November 1915, hielt der Physiker Albert Einstein im Alter von 36 Jahren an der Preußischen Akademie der Wissenschaften den vierten und letzten Vortrag über seine neue allgemeine Relativitätstheorie. Die Idee veränderte nicht nur das Konzept der Schwerkraft, sondern ermöglichte es auch, die Perspektive der Menschheit zu überdenken. Hier ist ein Blick auf Theorie in Denken und Handeln.

Experiment mit dem Aufzug

100 Jahre allgemeine Relativitätstheorie: Denken und Handeln

Einstein war bekannt für seine Gedankenexperimente, die er im Laufe der Jahre oft durch den Kopf rollte. Eines der berühmtesten Experimente begann im Jahr 1907, als Einstein überlegte, ob sich eine Person in einem Aufzug befindet, ob sie sich in einem freien Gravitationsfall befindet oder ständig beschleunigt wird. Einstein entschied, dass die Gesetze der Physik in beiden Fällen gleich sein sollten. Die mathematische Gleichung, die er etwas später ableitet, erlaubt es uns, dieses sogenannte Äquivalenzprinzip zu erklären, das die Auswirkungen der Schwerkraft mit der Beschleunigung der Schwerelosigkeit gleichsetzt. Dies wurde die Grundlage für die allgemeine Relativitätstheorie.

Experimentiere mit der Sonnenfinsternis

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Die totale Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919 gab den Astronomen die Gelegenheit, Einsteins allgemeine Relativitätstheorie zu testen und zu beweisen, dass die Sonnengravitation einen sternhellen Hintergrund verbiegt. Der Effekt wurde beobachtet, wenn das Sonnenlicht so schwach war, dass die Sterne sichtbar wurden. Der britische Astronom Arthur Eddington leitete eine Expedition nach Principe Island an der Westküste Afrikas, um eine fast siebenminütige Sonnenfinsternis zu fotografieren. Das Bild der Sterne in der Region um die Sonne zeigte, dass Einsteins Interpretation der Schwerkraft das 200 Jahre alte Newtonsche Modell übertrifft, das die Schwerkraft als Kraft zwischen zwei Körpern interpretiert. Einstein sah die Schwerkraft als Grundlage und Kurve in Raum und Zeit.

Ausdehnung des Universums

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1917 änderte Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie, um die sogenannte „kosmologische Konstante“ einzuführen - eine mathematische Methode, um der Schwerkraft auf einer kosmologischen Skala standzuhalten und den Zusammenbruch des Universums zu verhindern. Zu dieser Zeit glaubten Astronomen, dass die Milchstraße von unendlicher und statischer Leere umgeben sei. 1923 fanden Edwin Hubble und andere Astronomen die ersten Sterne außerhalb der Galaxie, und 1929 argumentierte Hubble, dass sich der Weltraum ausdehne. Einstein erkannte, dass die kosmologische Konstante ein Fehler war. Oder vielleicht auch nicht. 1998 machten Wissenschaftler eine erstaunliche Entdeckung: Die Expansion des Universums wird durch die Antigravitationskraft beschleunigt, die als „dunkle Materie“ bezeichnet wurde und als Einsteins kosmologische Konstante fungiert.

Die hier abgebildete extrem tiefe Ansicht von Hubble zeigt ungefähr 5.500 Galaxien.

Schwarze Löcher

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Eine der ersten Konsequenzen der allgemeinen Relativitätstheorie war die Erkenntnis, dass ein Objekt, wenn es stark genug schrumpft, ein Loch in der Raum-Zeit-Struktur erzeugt, das selbst für Photonen des Lichts zu schwer ist. So wurde die Idee der Schwarzen Löcher geboren. Obwohl Astronomen Schwarze Löcher bisher nicht direkt beobachten konnten, können wir sie aufgrund der Art und Weise, wie sie nahegelegene Sterne und Gase beeinflussen, erkennen. Das Bild oben zeigt die Ansicht des Künstlers eines Schwarzen Lochs namens "Swan X-1", das Materie von einem nahe gelegenen Stern ansaugt.

Gravitationswellen

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Wissenschaftler glauben, dass die Schwerkraft als Welligkeit in einem Teich durch Wellen übertragen wird und Raum und Zeit im Universum verzerrt. Dies ähnelt der Bewegung elektromagnetischer Strahlung, die sich durch Wellen ausbreitet. Zusätzlich bewegen Gravitationswellen das Gefüge von Raum und Zeit. Versuche, Gravitationswellen zu finden, die beispielsweise durch das Zusammenstoßen von Schwarzen Löchern verursacht werden können, waren bislang nicht von Erfolg gekrönt.

Oben ist eine künstlerische Darstellung der Verschmelzung von Galaxien zu sehen, die räumliche und zeitliche Wellen verursachen.

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