Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

einer Geodäte. Der kürzeste Weg führt in der Raumzeit folglich nicht entlang einer Geraden, sondern entlang der Raumzeitkrümmung, wie dies in der Abbildung 3 dargestellt ist. Tatsächlich ist eine Gerade in der vierdimensionalen Raumzeit der längst mögliche Weg, um von einem Ausgangsort zu einem Zielort zu gelangen. Das hängt damit zusammen, dass Raum und Zeit untrennbar miteinander verwoben sind. Eine Bewegung im Raum geht deshalb immer einher mit einer Bewegung in der Zeit. Eine Krümmung der Raumzeit bewirkt im Zentrum stets die stärkste Gravitation und schwächt sich mit zunehmender Distanz ab. Wenn wir auf der Abbildung versuchen, von der linken Seite der Krümmung auf die rechte Seite der Krümmung vorzustossen, würde die Gerade direkt durch den Mittelpunkt führen – und damit durch den Bereich, wo die Gravitation am stärksten ist. Die Gerade stellt nur intuitiv betrachtet den kürzesten Weg dar. Dabei vergessen wir aber, dass Raum und Zeit untrennbar verwoben sind und daher auch die Dimension der Zeit berücksichtigt werden muss. Da die Gravitation nämlich eine Verlangsamung der Zeit bewirkt und die Gerade durch Gebiete mit höherer Gravitation führt, wird die Gerade zum langsamsten aller möglichen direkten Wege. Natürlich ist dieser Effekt im Alltag unbedeutend, da die auftretenden Gravitationskräfte und Distanzen zu klein sind, um einen Unterschied zwischen Geodäte und Gerade messen zu können. Bei astronomischen Beobachtungen aber bestätigt sich die Geodäte als Laufbahn des Lichts, indem zum Beispiel hinter der Sonne befindliche Sterne auf der Erde sichtbar werden.
    Bereits Isaac Newton hatte beobachtet, dass jeder Gegenstand von der Erde gleich schnell angezogen wird. Ein Apfel fällt gleich schnell zu Boden wie eine Feder (bei gleicher Ausgangshöhe und im Vakuum). In der Raumzeit bedeutet das Fallen eines Gegenstands aufgrund der Gravitation nichts anderes als eine Beschleunigung des Gegenstand entlang des kürzesten Weges, also entlang der Geodäte. Genau genommen fällt der Apfel nicht entlang einer Geraden vom Baum, sondern entlang einer Geodäte. Die Gravitationsbeschleunigung ist unabhängig vom Körper, da sie nur auf die Geometrie des Raumes zurückzuführen ist. Dieses Postulat wurde von der Crew der Apollo 15 Mission auf dem Mond mit einem Hammer und einer Feder getestet. Obwohl die Qualität des Videos ziemlich schlecht und entsprechend wenig vom Experiment zu gleichzeitig auf erkennen war, schienen Hammer und Feder
    der Mondoberfläche aufzutreffen. Dasselbe Experiment würde auf der Erde normalerweise scheitern, da der Luftwiderstand die Feder stärker bremst als den Hammer.
    Die allgemeine Relativitätstheorie erklärt die Gravitation anhand von Krümmungen der Raumzeit, die durch Massen hervorgerufen werden. Andere Massen rutschen in diese Krümmungen, wodurch die Gravitationsbeschleunigung entsteht. Der kürzeste Weg in einer gekrümmten Raumzeit ist eine Geodäte und nicht eine Gerade, da Raum und Zeit untrennbar verwoben sind und daher jede Bewegung im Raum auch eine Bewegung in der Zeit bedeutet.
    Im Folgenden wollen wir uns intensiver mit dem Gang der Zeit befassen und eine Antwort finden auf die Frage, weshalb die Zeit in einem Gravitationsfeld langsamer vergeht. Wie ist es möglich, dass die Zeit am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs still steht oder auf der Sonne langsamer vergeht als auf der Erde?
2.2.2 Der Lauf der Zeit und die Gravitation
    In der speziellen Relativitätstheorie haben wir eigenartige Phänomene wie die Zeitdilatation oder die Längenkontraktion kennen gelernt. Phänomene, die auf eindrucksvolle Art und Weise die Relativität von Raum und Zeit aufzeigen. Sicherlich fragen Sie sich, inwieweit die allgemeine Relativitätstheorie ähnlich verblüffende Zeiteffekte vorhersagt. Um diese Frage zu beantworten, wagen wir einen kurzen Vergleich der beiden Theorien. Die spezielle Relativitätstheorie begnügt sich mit der Betrachtung gleichmässiger Bewegungen und klammert Beschleunigungen elegant aus. Und damit auch die Gravitation, da Beschleunigung und die Wirkung von Gravitation gemäss dem Äquivalenzprinzip physikalisch nicht unterschieden werden können. Die allgemeine Relativitätstheorie ist eine Weiterentwicklung der speziellen Relativitätstheorie, in dem sie Beschleunigungen berücksichtigt und die Gravitation durch Verzerrungen und Krümmungen der Raumzeit erklärt. Alle Phänomene aus der speziellen Relativitätstheorie sind aber