Raum-Zeit

Ein genauerer Blick

Albert Einsteins 1915 veröffentlichte Allgemeine Relativitätstheorie erweiterte seine Spezielle Relativitätstheorie auf Systeme, die sich beschleunigen. Eine der Hauptursachen für die Beschleunigung im Universum ist die Schwerkraft, und Einstein zeigte, dass die Auswirkungen der Beschleunigung tatsächlich die gleichen sind wie die der Schwerkraft. Zum Beispiel werden die Astronauten sowohl in einer Beschleunigungsrakete im Weltraum als auch in einer Rakete, die auf ihrer Startrampe auf der Erde steht, in ihre Sitze zurückgedrängt. Im Gegensatz zur Newtonschen Physik, die die Schwerkraft als Anziehungskraft zwischen allen Körpern im Universum betrachtet, beschreibt die Allgemeine Relativitätstheorie das Universum in Form eines kontinuierlichen Raum-Zeit-Gefüges, das von darin befindlichen Massen gekrümmt wird. Im Raum-Zeit-Kontinuum der Allgemeinen Relativitätstheorie, Ereignisse werden in vier Dimensionen definiert: drei des Raumes, und eine der Zeit, mit einer Koordinate für jede Dimension; wir “bewegen“ uns kontinuierlich entlang der Zeitdimension. Was bedeutet es jedoch, dass die Raumzeit gekrümmt ist? Eine Möglichkeit, dies zu konzeptualisieren, besteht darin, sich nur eine zweidimensionale Raumzeit mit einer räumlichen Dimension und einer Zeitdimension vorzustellen. Stellen Sie sich jedoch anstelle einer unendlichen Ebene eine Röhre vor, deren Position in der Zeit durch eine Längenkoordinate entlang der Röhre und die Position im Raum durch eine Koordinate um den Umfang der Röhre definiert ist. Ein Objekt, das sich gleichmäßig durch den Raum bewegt, beschreibt dann eine Helix entlang dieser Röhre und kehrt schließlich zu seiner ursprünglichen Raumkoordinatenposition zurück, jedoch zu einem anderen Zeitpunkt. (Es ist eine offene Frage in der Kosmologie, ob unser Universum eine ähnliche Krümmung in drei Dimensionen hat; Wenn ja, würden Sie lange genug in eine Richtung reisen, um dorthin zurückzukehren, wo Sie angefangen haben. Eine wichtige Konsequenz des Begriffs der gekrümmten Raumzeit ist, dass die Krümmung alle Bewegung beeinflussen sollte; So sollte sogar Licht, das keine Masse hat, einem gekrümmten Pfad folgen, wo immer die Schwerkraft die Raumzeit verzerrt hat. Eine wichtige Bestätigung dafür – die weltweit Schlagzeilen machte – fand während einer Sonnenfinsternis am 29. Mai 1919 statt, als beobachtet wurde, dass Licht von Sternen in der Nähe der Sonne um einen Winkel gebogen wurde, der genau durch die erwartete Krümmung der Raumzeit in der Nähe der massereichen Sonne vorhergesagt wurde. Die Raumzeit kann im Prinzip durch eine riesige Masse so stark verzerrt werden, dass sich die von der Masse emittierte Strahlung wieder einbiegt und nicht entweichen kann. Es wird angenommen, dass diese riesigen Massen als Schwarze Löcher existieren.

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