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Lexikon Physik

Allgemeine Relativitätstheorie

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) ist neben der Quantenmechanik bzw. den Quantenfeldtheorien eine der beiden fundamentalen Säulen der modernen theoretischen Physik. Sie ist eine Verallgemeinerung (daher der Name) der Speziellen Relativitätstheorie auf beschleunigte Bezugssysteme.

Die Mathematik der ART ist äußerst anspruchsvoll, und auch begrifflich stellt sie das Vorstellungsvermögen auf eine harte Probe. Einige grundsätzliche Punkte sollten dennoch zum physikalischen Allgemeinwissen gehören:

  • Der Ausgangspunkt von Albert Einsteins Überlegungen war die Äquivalenz von träger und schwerer Masse – also die Einsicht, dass der Widerstand gegen eine Änderung der Geschwindigkeit (die Trägheit) identisch ist mit der Ursache bzw. Ladung der Gravitation. Wenn man dazu bedenkt, dass in der Speziellen Relativitätstheorie Ort und Zeit und damit auch ihr Quotient, die Geschwindigkeit, zusammen die vierdimensionale Raumzeit aufspannen, also geometrische Größen sind, ergibt sich die grundsätzliche Erkenntnis, dass auch Schwerkraft und Masse geometrische Erscheinungen sein müssen!
  • Kurz und knapp lässt sich dies als „Gravitation bzw. Schwerkraft bzw. Massenanziehung ist Krümmung der Raumzeit“ ausdrücken. Da weiterhin auch die Äquivalenz von Masse und Energie gilt, krümmt jede Energieansammlung die Raumzeit. Allerdings muss sehr viel Energie in Raum und Zeit konzentriert werden, um einen messbaren Effekt zu erzeugen.
  • Das – mathematisch so anspruchsvoll wie elegant formulierte – Einstein’sche Gravitationsfeld kann sich ganz genau wie das elektromagnetische Feld wellenförmig in den Raum ausbreiten, und zwar ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit. Diese sog. Gravitationswellen wurden Ende 2015 erstmals direkt mit einem ultraempfindlichen Detektor nachgewiesen.
  • Es gibt astronomische Objekte, die so viel Masse bzw. Energie in sich vereinen, dass sie nicht nur eine messbare Krümmung der Raumzeit hervorrufen, sondern diese sogar so stark krümmen, dass man ihnen nicht einmal mit Lichtgeschwindigkeit entkommen. So ein Objekt heißt Schwarzes Loch, ein Beispiel dafür befindet sich im Zentrum unserer Milchstraße.
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