Raum-Zeit-Kontinuum

Raum-Zeit-Krümmung

Raumzeitkrümmung

Durch Materie wird die Raumzeit gekrümmt, Lichtstrahlen werder durch diese Krümmung abgelenkt und verlaufen nicht mehr als Gerade

Im Rahmen seiner allgemeinen Relativitätstheorie stellte Einstein fest, dass es die Schwerkraft oder Gravitation, wie sie von Newton beschrieben wurde nicht gibt. Vielmehr ist Gravitation ein Ergebnis der Raum-Zeit-Krümmung.

Zwei wesentliche Prinzipien gelten für die Allgemeine Relativitätstheorie:

1. Äquivalenzprinzip: Alle Körper fallen gleich schnell.

2. Prinzip der allgemeinen Kovarianz: Physikalische Gesetze sollen nicht davon abhängen, in welchem Koordinatensystem sie formuliert wurden.

Einstein definierte sogenannte Geodäten, dies sind die unsichtbaren Linien, denen die Himmelskörper folgen. Eine Geodäte verbindet zwei Punkte in der Raumzeit auf kürzesten Weg miteinander. Auf der Oberfläche eines kugelförmigen Planeten ist eine Geodäte immer ein Kreisbogen, da dies der kürzeste Weg ist. Auch die Erde folgt auf ihrem Weg um die Sonne einer Geodäte.

 

Gravitation

Den Raum kann man sich als Zusammensetzung vieler Geodäten vorstellen. Überall an den Stellen, wie sich im Raum Materie befindet krümmt diese den Raum. Beispielsweise könnte man sich den Raum als großes Gummituch vorstellen. Legt man eine Kugel in die Mitte dieses Tuches, dellt sie das Tuch ein. Läßt man kleine Kugeln rund um diese große Kugel kreisen, werden sie durch diese Vertiefung im Tuch kreisend eingefangen.

Damit bewies Einstein, dass Gravitation keine wie von Newton einst beschriebene ferne Kraft ist, sondern ein Resultat der Krümmung des Raumes und damit auch der Raumzeit.

Experimenteller Beweis der Relativitätstheorie

Sehr eindrucksvoll konnte Einstein so 1916 die Umlaufbahn des Planeten Merkur als erster genau vorhersagen. Hier hatte bisher das universelle Gravitatonsgesetz von Isaac Newton nur sehr ungenaue Vorhersagen ermöglicht. Da Merkur der Planet ist, der am dichtesten an der Sonne liegt, ist hier die Krümmung der Raumzeit besonders groß. Deshalb ist jede Umlaufbahn des Merkur um die Sonne um einen größeren Betrag verschoben, als es beispielsweise für die Erde gilt.

1919 konnte Einstein die Richtigkeit seiner allgemeinen Relativitätstheorie abermals eindrucksvoll nachweisen. Er sagt voraus, dass die der Sonne am nächsten liegenden Sterne bei einer Sonnenfinsternis weiter von ihr entfernt liegen werden, als nach der Gravitationsformel von Newton berechnet wurde. Durch die Krümmung des Raumes in der Nähe der Sonne wird der Lichtstrahl der Sterne abgelenkt.

Experiment bei Sonnenfinsternis

Raumzeitkrümmung

Durch Materie wird die Raumzeit gekrümmt, Lichtstrahlen werder durch diese Krümmung abgelenkt und verlaufen nicht mehr als Gerade