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In Anlehnung an:http://www.student.uni-oldenburg.de/frauke.soehle/Astrophysik/Gravitation_und_ART/ART.ppt
Die AllgemeineRelativitätstheorie
Ein kurzer Einstieg
1905 spezielle Relativitätstheorie
1915 allgemeine Relativitätstheorie
(Miteinbeziehung der Gravitation)
Die Kabine ruht auf der Erde. Die Vorgänge in der Kabine führen wir auf die Schwerkraft zurück
Die Kabine ist entsprechend beschleunigt. Auch hier können wir die Vorgänge in der Kabine auf eine Schwerkraft zurückführen.
Äquivalenzprinzip
träge Masse (durch Beschleunigung)
=
schwere Masse (durch Gravitation)
Experimentelle Tests/Nachweise
•Periheldrehung der Merkurbahn
•Gravitationsrotverschiebung
•Zeitdehnung
•Lichtablenkung im Gravitationsfeld
•Raumdehnung
Krümmung der 4-dim. Raumzeit
Krümmung der 4-dim. Raumzeit
Gravitation wird verstanden als Raumzeit-Krümmung
Periheldrehung des Merkur
Gravitations-Rotverschiebung1960: Physiker Pound und Rebka Jefferson-Turm an der Harvard-Universität (22,6 m hoch)Test der Einstein‘schen Vorhersage: Rotverschiebung im Gravitationsfeld
Zeitdehnung
Masse Radius Uhr geht nachErde 6*1024 kg 6378 km 22 secSonne 2*1030 kg 696000 km 19 StundenWeißer Zwerg 2*1030 kg etwa 9500 km 54 TageNeutronenstern 2*1030 kg etwa 10 km 192 Jahre
In der folgenden Tabelle ist angegeben, um wie viel eine Uhr auf der Oberfläche des angegebenen Himmelskörpers nachgeht, wenn weitab von allen Himmelskörpern (Massen) 1000 Jahre vergangen sind.
Lichtstrahlen dahinter liegender Sterne werden von der Sonne abgelenkt.
Sonnenfinsternis
Fotografie der verfinsterten Sonne am 29. Mai 1919 mit den umgebenden Sternen.
Lichtablenkung im Gravitationsfeld
Lichtstrahlen werden durch schwere Massen (meist Galaxienhaufen) abgelenkt,...
...wodurch die Quelle unter einem "falschen" Winkel gesehen wird. Dieser Effekt wird tatsächlich in Form von Gravitations-linsen beobachtet.
Lichtablenkung im Gravitationsfeld
Gravitationslinsen
Abell 2218
Die Ablenkung von Licht-strahlen erinnert an die Wirkung einer optischen Linse. Gravitationslinsen = massereiche Objekte, die das Licht hinter ihnen liegender Quellen bündeln
Schwarze Löcher
Der Radius eines Objektes unterschreitet den sog. Schwarzschild-Radius. Das Licht wird so stark abgelenkt, dass es den „Trichter“ der Raum-Zeit nicht mehr verlassen kann.
Raumdehnung
1964: Shapiro-Test von Wissenschaftler Shapiro Ziel: die Raumdehnung ausmessen
Ein Radarsignal wird von der Erde ausgesendet und am Nachbarplaneten Venus reflektiert. Steht nun die Sonne fast zwischen Erde und Venus, muss das Radarsignal am Sonnenrand vorbei. Dort ist der Raum am meisten gedehnt. So ist die Venus, am Sonnenrand vorbei gemessen, etwa 36 km weiter entfernt.
Praktische Auswirkungen
Navigationssystem GPS: Die Grundidee der GPS-Positionsbestimmung beruht auf der Messung der Entfernung des eigenen Standorts zu drei Satelliten.
Zeitdilatation
Zeitdehnung Ohne allgemeine Relativitätstheorie werden die Satellitenfrequenzen um 5.28 ×10-8 Prozent überschätzt.
Ohne spezielle Relativitätstheorie werden die Satellitenfrequenzen um 0.835 ×10-8 Prozent unterschätzt.
Ohne Berücksichtigung beider Effekte, wären das bereits fast 500 Meter in einer Stunde!
Fragen
1. Was besagt das Äquivalenzprinzip aus?2. Welche Nachweise der ART gibt es?