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2017 | Book

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Allgemeine Relativitätstheorie und Gravitationswellen

Eine Einführung für Lehramtsstudierende

Author: Jonas Pohl

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Book Series : BestMasters

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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About this book

Jonas Pohl liefert eine didaktisch aufbereitete Einführung in die Gedankenwelt der Allgemeinen Relativitätstheorie. Er gibt einen Einblick in die Grundlagen von 100 Jahren Relativitätstheorie und spannt dabei den Bogen von der Speziellen Relativitätstheorie im Jahr 1905 bis hin zum aktuellsten Ereignis, der Entdeckung der Gravitationswellen im Frühjahr 2015. Der Autor bietet damit besonders Studierenden des Lehramts die Möglichkeit, die Essenz der Allgemeinen Relativitätstheorie in verständlicher und nachvollziehbarer Weise zu erfassen.

Table of Contents

Frontmatter
Chapter 1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Sensation ist perfekt als David Reitze, der Leiter des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), im Februar 2016 verkündet: “We have detected gravitational waves. We did it.” Mit dieser Entdeckung ist ein weiterer Nachweis von Einsteins Gravitationstheorie erbracht.
Jonas Pohl
Chapter 2. Die Newton’sche Gravitationstheorie
Zusammenfassung
Von welchem Ausgangspunkt wollen wir Einsteins Gravitationstheorie kennenlernen? Wir rekapitulieren zu Beginn die Beschreibung der Gravitation nach Newton. Vektoren im ℝ3 machen wir durch Fettdruck kenntlich.
Jonas Pohl
Chapter 3. Die Spezielle Relativitätstheorie
Zusammenfassung
1905 hat Albert Einstein die Spezielle Relativitätstheorie in der Veröffentlichung “Zur Elektrodynamik bewegter Körper” präsentiert [EIN 05]. Die physikalische Grundlage stammt von H.A. Lorentz. Nach ihm ist die Lorentz-Transformation benannt.
Jonas Pohl
Chapter 4. Der Weg zur Allgemeinen Relativitätstheorie
Zusammenfassung
Wir haben bisher die Newton’sche Gravitationstheorie und Aspekte der SRT rekapituliert. Nun begeben wir uns zu einer verallgemeinerten Gravitationstheorie. Wir probieren mit naiven Ansätzen eine Gravitationstheorie aufzustellen.
Jonas Pohl
Chapter 5. Mathematische Grundlagen der gekrümmten Raum-Zeit
Zusammenfassung
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist eine geometrische Theorie. Die Gravitationskraft äußert sich als Krümmung der Raum-Zeit. Wollten wir die Allgemeine Relativitätstheorie auf ihre wesentlichen Grundlagen zusammenfassen, so müsste eine Kurzversion in jedem Fall die gekrümmte Raum-Zeit und die Einstein’schen Feldgleichungen enthalten.
Jonas Pohl
Chapter 6. Physik in der gekrümmten Raum-Zeit
Zusammenfassung
Nach unserem bisherigen Kenntnisstand bewegt sich ein Teilchen, auf das keine Kraft einwirkt, entlang einer Geraden. Wie verhält es sich nun in der durch ein Gravitationsfeld gekrümmten Raum-Zeit? Die Bewegungsgleichungen werden in der ART Geodätengleichungen genannt. Eine Geodäte ist die kürzeste Verbindungslinie zwischen zwei Punkten.
Jonas Pohl
Chapter 7. Die Einstein’schen Feldgleichungen
Zusammenfassung
Nachdem mühsam die wichtigsten mathematischen Grundlagen erarbeitet wurden, folgt nun die zentrale Leistung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Einstein stellt seine Erkenntnisse im November 1915 vor. Die Feldgleichungen legen fest, wie die Gravitation die Raum-Zeit beeinflusst und vice versa.
Jonas Pohl
Chapter 8. Die Schwarzschild-Lösung
Zusammenfassung
Wir haben die wichtigsten Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie kennengelernt. Es gibt jedoch kein allgemeines Verfahren exakte Lösungen der Feldgleichungen zu einer beliebigen Quellverteilung zu finden. In vielen Fällen ist es analytisch sogar gar nicht möglich.
Jonas Pohl
Chapter 9. Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie im Sonnensystem
Zusammenfassung
In der Wissenschaft und auch in der Öffentlichkeit wurde Einsteins Gravitationstheorie schnell berühmt, denn relativ bald nach der Veröffentlichung 1915 wurden einige der Vorhersagen experimentell bestätigt. Als entscheidendes Datum ist die Beobachtung der Ablenkung von Licht durch die Sonne im Jahr 1919 anzusehen. Während einer Sonnenfinsternis wurden in Sobral und auf der Insel Principe Fixsterne beobachtet.
Jonas Pohl
Chapter 10. Gravitationswellen
Zusammenfassung
Die aktuellste Bestätigung einer Vorhersage der ART haben Wissenschaftler 2015 erbracht [ABB 16]. In einer Pressekonferenz wurde am 11. Februar 2016 verkündet, dass es gelungen ist Gravitationswellen zu detektieren. Einstein selbst hatte, als er Gravitationswellen vorhersagte, nicht geglaubt, dass es jemals möglich sein sollte, diese nachzuweisen.
Jonas Pohl
Chapter 11. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
In dieser Arbeit ist ein Bogen über die letzten 100 Jahre gespannt worden. Von der Formulierung der Feldgleichungen der Gravitation durch Einstein 1915 bis zum geglückten Nachweis einer Gravitationswelle 2015 erstreckt sich die Geschichte der Allgemeinen Relativitätstheorie und ihrer experimentellen Überprüfung.
Jonas Pohl
Backmatter
Metadata
Title
Allgemeine Relativitätstheorie und Gravitationswellen
Author
Jonas Pohl
Copyright Year
2017
Electronic ISBN
978-3-658-17125-4
Print ISBN
978-3-658-17124-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-17125-4

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