Relativitätstheorie: Wie Albert Einstein mit der Theorie der Gravitation das Universum erklärt

Es sind also zwei Annahmen, die Albert Einstein für seine Relativitätstheorie getroffen hat: Zum einen das Relativitätsprinzip und zum anderen die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Je schneller man sich bewegt, desto langsamer vergeht die persönliche Zeit. Da Lichtgeschwindigkeit konstant ist, wird die Zeit gedehnt und gleichzeitig der Raum, also die Strecke, gestaucht bzw. gekrümmt.

Daraus wurde von Einstein eine mathematisch präzise Formel entwickelt: e=mc², die Weltberühmtheit erlangte. Dies bedeutet, dass die Energie e beschrieben wird als Masse multipliziert mit Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat. Mit anderen Worten: Masse ist lediglich eine andere Form von Energie. 

Die Lichtgeschwindigkeit bildet dabei die Grenze der erreichbaren Geschwindigkeit eines Objektes oder einer Information, selbst wenn man unendlich viel Energie aufwenden würde, um diese noch zu beschleunigen.

Die Allgemeine Relativitätstheorie

Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) gilt für beliebige Beobachter. Sie schließt nun die Gravitation mit ein und besagt, dass Gravitation das Ergebnis von gekrümmter Raumzeit ist, die wiederum durch Energie gestaucht wird.

Die Allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigt im Vergleich zur speziellen Relativitätstheorie also auch die Krümmung im Raum und kann somit nun auf das gesamte Universum angewendet werden.

Albert Einstein stellte zuvor das Äquivalenzprinzip auf, das besagt, dass träge und schwere Masse äquivalent sind. Daraus entstand die Ableitung der gravitativen Rotverschiebung, die beobachtete, dass Licht im Gravitationsfeld (mit Verzögerung) abgelenkt wird. Man spricht in diesem Fall auch von der Shapiro-Verzögerung.

Raum und Zeit lassen sich zu einer vierdimensionalen Raumzeit vereinigen, wobei der Raum mit Höhe, Tiefe und Breite drei Dimensionen hat. Der Gedanke dabei: Das Gravitationsfeld (Masse) ist das Ergebnis einer gekrümmten vierdimensionalen Raumzeit.

Die Raumzeit kann man sich als ein schwebendes und ruhendes Tuch vorstellen. In dieses Tuch wird nun eine Kugel hinein gelegt , die wiederum die Oberfläche des Tuches krümmt und damit die Strecke verkürzt. Doch wie kann man dieses Phänomen errechnen?

Einstein stellte hierzu Feldgleichungen für die Berechnung der Krümmung auf und beobachtete dabei den Planeten Merkur, der der Sonne am nächsten liegt und dessen Lauf (Orbit) von den Planeten Venus und Jupiter mit beeinflusst wird.

Quelle: NASA - Merkur-Transit um die Sonne

Es geht bei der Beobachtung also um die Drehung der Merkurellipse bzw. um eine Verschiebung der scheinbaren Position, auch bekannt unter dem Namen Periheldrehung.

Daraufhin stellt Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie auf, die schließlich am 11. Mai 1916 veröffentlicht wurde.

Das Ergebnis aus Einsteins Überlegungen war, dass sich durch den Einfluss von Masse die Raumzeit krümmt. Dadurch wird aber auch die Bahn von Licht beeinflusst, das Phänomen der sogenannten Lichtkrümmung.

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