In diesem Artikel werden wir uns endlich mit der Allgemeinen Relativitätstheorie befassen und dem Element „Raum und Zeit“, obwohl dieser Einblick sehr oberflächlich sein wird fürs erste. Wir befinden uns in einem 4-dimensionalem Universum, davon sind drei von diesen Dimensionen Raumdimensionen (Länge, Breite, Höhe). Die vierte Dimension ist die Zeitdimension, sie verläuft nur in eine Richtung, nämlich nach vorne, das heisst wir können uns nicht rückwärts in der Zeit bewegen. Was wir noch wissen müssen, um ein bisschen tiefer in die Thematik vordringen zu können, ist der Fakt, dass Raum und Zeit das gleiche sind. Wenn das jetzt ein bisschen zu kompliziert klingt, dann mach dir keine Sorgen denn das wird dir im Verlaufe des Blogs weiter verdeutlicht und anschaulicher gemacht anhand von Beispielen.
Die Allgemeine Relativitätstheorie ist eine Theorie, die das Wesen der Gravitation beschreibt, doch was hat Gravitation mit Raum und Zeit zu tun? Die Relativitätstheorie sagt aus, dass Gravitation die Verbiegung von Raum und Zeit ist (Diese Aussage ist unvollständig aber zur Vereinfachung der Thematik reicht sie für den Beginn.). Man kann sich das vorstellen, wie wenn man einen schweren Gegenstand in der Mitte eines Trampolins platziert und nachher kleine Murmeln entlang der gebeugten Fläche stoßen würde. Hierbei wäre der schwere Gegenstand die Sonne in unserem Sonnensystem, die kleinen Murmeln die Planeten und das Trampolin wäre die gekrümmte Raum-Zeit-Ebene. https://youtu.be/MTY1Kje0yLg hier habe ich noch ein Video verlinkt, dass mein vorheriges Beispiel visuell vorführt.
Da wir jetzt wissen, dass Raum und Zeit im Grundprinzip das Gleiche sind, stellt sich die Frage, wenn Raum gekrümmt wird, wird dann auch Zeit gekrümmt? Die Antwort darauf ist ja. Wenn wir aber von einer Zeitkrümmung sprechen dann ist damit gemeint, dass die Uhren, mit welcher wir die Zeit messen, in verschiedenen Gravitationsfeldern unterschiedlich schnell vergehen. Neben einem massereicheren Objekt vergeht die Zeit langsamer, als neben einem Objekt, welches weniger Masse besitzt oder wenn man weiter entfernt ist vom Gravitationsfeld des massereichen Objekts. Dieser Effekt wird tagtäglich gemessen durch Navigationssatelliten des GPS, denn ohne die ART (Allgemeine Relativitätstheorie) wäre ein Navigationssystem, welches uns durch den Alltag begleitet nicht denkbar.
Aber warum entsteht durch die Krümmung der Zeit Gravitation? Wir haben ganz am Anfang gelernt, dass wir nicht in einer dreidimensionalen Welt leben, sondern in einer vierdimensionalen. Obwohl du gerade auf einem Stuhl sitzt und dich nicht bewegst, bewegst du dich trotzdem immer nach vorne, du bewegst dich nämlich immer durch die Zeit-Dimension. Diese Bewegung ist eine gerade Strecke. Versucht man jedoch jetzt ein Objekt in der gekrümmten Zeit in einer geraden Strecke zu bewegen, so ist die Strecke nicht mehr gerade, sie wird zu einer Kurve. Eine Kurve ist aber kein Ruhezustand mehr, sondern es ist eine beschleunigte Bewegung. So kommt es zustande, dass sich Objekte durch Raum und Zeit beschleunigen können. Dies gilt auch für die bekanntlich masselosen Photonen.
Jetzt stellt sich aber noch eine Frage, was krümmt nämlich den Raum genau? Es kann nicht die Ruhemasse der Elementarteilchen sein, weil dann würden wir die Photonen („Lichtteilchen“) ausschliessen. Denn die besitzen keine Masse, aber trotzdem verspürt das Licht einen gravitativen Einfluss. Ist es vielleicht die Bewegungsenergie mit der Ruhemasse, die den Raum krümmt? Dies kann auch nicht sein, denn die ART muss bestehen, ohne abhängig von ihren Beobachtern zu sein. Da aber die Bewegungsenergie eine relativistische Grösse ist, kann man dies auch ausschliessen. Eine gewiss komplexere Grösse ist verantwortlich für die Krümmung von Raum und Zeit, nämlich der Energie-Impuls-Tensor (Wir werden den in den späteren Einträgen genauer unter die Lupe nehmen).
Stellen dir das wie ein Computer vor, man gibt dem Computer einen Input, in diesem Falle zwei Geschwindigkeitsvektoren. Daraufhin integriert der Computer den Input und gibt nachher einen bestimmten Output heraus, der Informationen enthält. Der Energie-Impuls-Tensor ist der Computer. Mit dem Energie-Impuls-Tensor kann man Massen-, Energie-, Impuls- und Druckverteilung in einer Masse ermitteln. Falls sich jemand entscheidet, sich die ART tiefgründiger anzuschauen, kann ich dir nur ans Herz legen, dass du dich stark auseinander setzten tust mit der Tensor Algebra, denn sie ist das A und O in der ART.
Im nächsten Blog werden wir uns mit Schwarzen Löchern befassen, ich freue mich auf den nächsten Eintrag, Bis Bald 🙂
