Was ist Allgemeine Relativitätstheorie?
Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Wechselwirkung von Materie, Energie, Zeit und Raum. Es wurde erstmals 1917 von Albert Einstein als Erweiterung seiner Relativitätstheorie veröffentlicht. Die allgemeine Relativitätstheorie behandelt Raum und Zeit als eine einheitliche vierdimensionale „Raumzeit“. Unter der allgemeinen Relativitätstheorie deformiert Materie die Geometrie der Raumzeit, und Raumzeitdeformationen bewirken, dass sich Materie bewegt, was wir als Schwerkraft betrachten.
Die allgemeine Relativitätstheorie geht davon aus, dass die durch die Schwerkraft und die durch die Beschleunigung verursachten Kräfte gleichwertig sind. Wenn eine geschlossene Box beschleunigt wird, kann kein Experiment innerhalb der Box feststellen, ob die Box in einem Gravitationsfeld ruht oder durch den Raum beschleunigt wird. Dieses Prinzip, dass alle physikalischen Gesetze für beschleunigte Beobachter und Beobachter in einem Gravitationsfeld gleich sind, wird als Äquivalenzprinzip bezeichnet. Es wurde experimentell auf mehr als zwölf Dezimalstellen genau getestet.
Die wichtigste Konsequenz des Äquivalenzprinzips ist, dass der Raum nicht für alle Beobachter euklidisch sein kann. In gekrümmten Räumen, wie z. B. einem verzogenen Blech, gelten die normalen Gesetze der Geometrie nicht immer. Im gekrümmten Raum ist es möglich, ein Dreieck zu konstruieren, dessen Winkel mehr oder weniger als 180 Grad betragen, oder zwei parallele Linien zu zeichnen, die sich schneiden. Die Relativitätstheorie wird immer genauer, wenn die Krümmung der Raumzeit gegen Null geht. Wenn die Raumzeit flach ist, werden die beiden Theorien identisch. Wie Materie Kurven Raum berechnet wird mit den Einstein-Feld-Gleichungen, die die Form G = T annehmen; G beschreibt die Krümmung des Raumes, während T die Verteilung der Materie beschreibt.
Da der Raum gekrümmt ist, bewegen sich Objekte in der allgemeinen Relativitätstheorie nicht immer in geraden Linien, so wie sich ein Ball nicht in einer geraden Linie bewegt, wenn Sie ihn in einen Trichter rollen. Ein frei fallendes Objekt nimmt immer den kürzesten Weg von Punkt A zu Punkt B, der nicht unbedingt eine gerade Linie ist. Die Linie, die es reist, ist als Geodätisch bekannt. Wir sehen die Abweichungen von geraden Linien als Einfluss der „Schwerkraft“ - die Erde bewegt sich nicht in einer geraden Linie, weil die Sonne die Raumzeit in der Nähe der Erde verzerrt und sich auf einer elliptischen Umlaufbahn bewegt.
Da Gravitationskräfte und Beschleunigungskräfte völlig gleichwertig sind, gelten alle Effekte auf ein sich schnell bewegendes Objekt in der speziellen Relativitätstheorie auch für Objekte tief in Gravitationsfeldern. Ein Objekt in der Nähe einer Schwerkraftquelle sendet Doppler-verschobenes Licht aus, als würde es davoneilen. Objekte in der Nähe von Gravitationsquellen scheinen ebenfalls langsamer zu werden, und jegliches einfallende Licht wird vom Feld gebeugt. Dies kann dazu führen, dass eine starke Schwerkraftquelle das Licht wie eine Linse biegt und entfernte Objekte fokussiert. Dieses Phänomen tritt häufig in der Deep-Sky-Astronomie auf, bei der eine Galaxie das Licht einer anderen so biegt, dass mehrere Bilder erscheinen.