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Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie

Albert Einstein

Allgemeine Relativitätstheorie

Obwohl Einstein mit der Veröffentlichung seiner Arbeit über die Spezielle Relativitätstheorie von 1905 das Gesicht der modernen Physik verändert hatte, war er mit der Theorie nicht zufrieden. Er wollte eine allgemeinere Theorie aufbauen, die die Schwerkraft einschließt und erklärt.

Bild von Albert Einstein
Albert Einstein im Jahr 1921
Quelle: Nobelpreis für Physikfotografie
Der fallende Mann

Eines von Einsteins ersten Gedankenexperimenten zu diesem Thema betraf einen fallenden Mann. Er erkannte, dass eine Person, die in den freien Fall fällt, ihr eigenes Gewicht nicht spüren würde. Wenn sich die Person beim Fallen in einer geschlossenen Kammer befindet, hat sie die gleiche Erfahrung wie jemand, der schwerelos im Weltraum schwebt (zumindest bis sie auf dem Boden aufschlägt). Für Einstein bedeutete dies, dass die Gravitation für den Betrachter nicht existierte.

Das Äquivalenzprinzip

Einstein nutzte sein Gedankenexperiment 'fallender Mann', um das Äquivalenzprinzip zu entwickeln. Dieses Prinzip besagt, dass die Auswirkungen der Schwerkraft und die Auswirkungen der Beschleunigung beide durch dieselbe Struktur erzeugt wurden. Er veröffentlichte seine Ideen am Ende eines Artikels von 1907, der von derJahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. Obwohl es noch einige Jahre dauern würde, würde das Konzept des Äquivalenzprinzips als wichtiger Schritt auf dem Weg zur allgemeinen Relativitätstheorie dienen.



Frühe Vorhersagen

Einstein entwickelte nicht nur das Äquivalenzprinzip, sondern nutzte diese Idee auch, um einige wichtige Vorhersagen für die reale Welt zu treffen. Zunächst zeigte er, dass Uhren tatsächlich langsamer laufen würden, je intensiver das Gravitationsfeld ist. Mit anderen Worten, Uhren auf Jupiter würden langsamer laufen als Uhren auf der Erde. Dies ist jetzt als Gravitationszeitdilatation bekannt. Einstein sagte auch voraus, dass die Schwerkraft dazu führen würde, dass sich das Licht krümmt, eine Vorhersage, die durch Experimente bewiesen werden könnte.

Zeichnung von Einstein
Dieses Bild zeigt eines von Einsteins Gedankenexperimenten
wo er einen Ball vergleicht, der in einer Beschleunigungsrakete auf den Boden fällt
(links) und eine auf der Erde (rechts).
Der Effekt ist in beiden Situationen identisch.


Quelle: Markus Poessel (Mapos), CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4381205


Strategien

In den nächsten Jahren würde Einstein eine Lösung für die allgemeine Relativitätstheorie mit zwei verschiedenen Strategien verfolgen: einer mathematischen Strategie und einer physikalischen Strategie. Seine frühen Versuche 1912, eine mathematische Lösung zu finden, sind in einem Notizbuch namens The zu sehenZürcher Notizbuch. Einstein gab die mathematische Strategie jedoch nach einem Jahr auf und hatte das Gefühl, dass seine endgültigen Gleichungen nicht die notwendigen Bedingungen erfüllten. Dann wandte er sich ganz der physischen Strategie zu und veröffentlichte ein Papier, das als das bekannt wurdeEntwurfzum Thema.

Erfolg und die Allgemeine Relativitätstheorie

Einstein war mit dem nur wenig zufriedenEntwurfPapier und bis 1915 war er zu der Erkenntnis gekommen, dass dieEntwurfTheorie war fehlerhaft. Immer hartnäckig kehrte Einstein zu einer mathematischen Strategie zurück. Ende 1915 hatte Einstein begonnen, Gleichungen zu bilden, die seine Vorstellung von der allgemeinen Relativitätstheorie erklären sollten. Sein erster großer Erfolg war, als er erfolgreich die richtigen Ergebnisse für die Verschiebung der Merkur-Umlaufbahn berechnete. Dieses Ereignis wurde als einer der emotionalsten Tage in Einsteins Leben beschrieben. Es war das Ergebnis jahrelanger harter Arbeit. Anschließend verfeinerte er seine Gleichungen und präsentierte sie in einem Vortrag an der Preußischen Akademie mit dem Titel 'Die Feldgleichungen der Gravitation. ' Einstein würde seine allgemeine Relativitätstheorie als den krönenden Abschluss seiner Karriere betrachten.

Einsteins neue Gleichungen waren nicht so einfach wie seine früheren E = mczwei, aber sie waren genauso tiefgreifend. Die berühmteste von Einsteins Feldgleichungen sieht folgendermaßen aus: Sonnenfinsternis und experimentelle Überprüfung

Einsteins Theorie wurde von der wissenschaftlichen Welt zunächst nicht allgemein akzeptiert oder verwendet. 1919 wurde seine Theorie bestätigt, als sie die Ablenkung des Sternenlichts durch die Sonne während einer Sonnenfinsternis korrekt vorhersagte. Die Bestätigung seiner Theorie brachte Einstein weltweite Berühmtheit. Eine britische Zeitung proklamierte 'Revolution in der Wissenschaft - Neue Theorie des Universums - Newtonsche Ideen gestürzt'. Obwohl dieses Experiment der Theorie große Aufmerksamkeit und Akzeptanz verlieh, wurde die Theorie von den Physikern erst in den 1960er und 1970er Jahren weit verbreitet.

Bild der Sonnenfinsternis von 1919
Ein Bild der Sonnenfinsternis von 1919
Autor: F.W. Dyson, A.S. Eddington und C. Davidson

Interessante Fakten

Als Einstein über seinen Erfolg bei der Suche nach einer Lösung für die allgemeine Relativitätstheorie sprach, sagte er: 'Meine kühnsten Träume sind jetzt wahr geworden.'

Einstein arbeitete mit dem Mathematiker David Hilbert an der Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie, einschließlich der Teilnahme an Hilberts Vorlesungen und dem Austausch von Ideen in Briefen.



Albert Einstein Biografie Inhalt
  1. Überblick
  2. Einstein aufwachsen
  3. Bildung, Patentamt und Ehe
  4. Das Wunderjahr
  5. Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie
  6. Akademische Karriere und Nobelpreis
  7. Deutschland und den Zweiten Weltkrieg verlassen
  8. Weitere Entdeckungen
  9. Späteres Leben und Tod
  10. Albert Einstein Zitate und Bibliographie
>> Erfinder und Wissenschaftler

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