100 Jahre ART komplett - Olbers-Gesellschaft
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100 Jahre ART Jens Krampe Peter Valtink
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100 Jahre ART
Jens Krampe Peter Valtink
25. November 1915
Einstein stellt seine Feldgleichungen der Gravitation in einer Sitzung der Preußischen Akademie der Wissenschaften vor.
Der Weg zur ART
Vor Einstein galt das Newtonsche Weltbild:
Die Zeit war in allen Inertialsystemenkonstant
Ereignisse konnten ohne Einschränkung gleichzeitiggeschehen
Die Gravitation wurde als instantanwirkende Kraft verstanden
Das Universum war unendlich und statisch
Isaak Newton
1905: Die SRT
Einstein veränderte mit derEinführung der speziellenRelativitätstheorie das Weltbildgrundlegend.
Aus der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit folgt:
Zeit vergeht in verschiedenen Inertialsystemen unterschiedlich
Gleichzeitigkeit ist nicht mehr genau definiert
Maßstäbe sind in verschiedenen Inertialsystemen unterschiedlich
Albert Einstein
Periheldrehung des Merkur
Newtons Gravitationstheorie erklärte alle astronomischen Phänomene mit hoher Präzision
Nur die winzige Periheldrehung des Merkur konnte noch nicht erklärt werden
Damals gab es aber keinen zwingenden Grund für eine neue Gravitationstheorie
Das Äquivalenzprinzip
Gravitationsfeld Beschleunigung
Schwere Masse
Träge Masse
1906 – 1909: Eötvös-Experiment
Das Verhältnis von schwerer und träger Masse ist mit einer Genauigkeit von 10-8 für
alle untersuchten Körper gleich.
Loránd Eötvös
1976 Shapiro
Laufzeitmessungen mit Apollo-Spiegel
Abstand Mond – Erde würde durch Sonnenmasse bestimmte Abweichungen erfahren
Äquivalenzprinzip mit einer Genauigkeit von 10-12 bestätigtIrwin Shapiro
1999 Adelburger
Verfeinerung der Torsionswaagedurch Einsatz von Elektronik,Abschirmung, Homogenitätder Probekörper
Äquivalenzprinzip mit einerGenauigkeit von 10-13
Kein Experiment konnte das Äquivalenzprinzip bisher falsifizieren!
Eric G. Adelberger
2016 MicroscopeGemessen wird das Verhalten von Zylindernaus verschiedenen Metallen im Gravitationsfeld
Missionsdauer: 18 – 24 Monate
Erwartete Genauigkeit von 10-15
Entwicklung und Tests der Beschleunigungssensoren unter0-G-Bedingungen bei ZARM
1919: Lichtablenkung
Beobachtung einer totalen Sonnenfinsternis durch Eddington
Position von Sternen nahe dem Sonnenrand müssten versetzt erscheinen
Erste Bestätigung einer Krümmung der Raumzeit
Arthur Eddington
1937: Gravitationslinsen
Einstein hielt das Auffinden von so genannten Doppelbildern für unwahrscheinlich
Zwicky untersuchte größere Strukturen (Galaxien) bezüglich Ihrer Bedeutung fürGravitationslinsen
Fritz Zwicky
1979: Gravitationslinsen
Rdioastronomen beobachten die erste Gravitationslinse
Anwendungen:Untersuchung von Objekten mit geringer Helligkeit
Bestimmung der Masse bzw. Massenverteilungder Gravitationslinse
Verbesserung der Werte für kosmologische Parameter
Die kosmologische Konstante Λ
Einsteins Weltbild: das Universum ist statisch und die Lösungen der Feldgleichungen sind nur für stationäre Universum sinnvoll
Zur Rettung führte Einstein die kosmologische Konstante Λ ein
Dynamisches Universum
1917: de Sitter beschreibt erstmalig einexpandierendes Universum
Das de-Sitter-Modell sagt eineRotverschiebung entfernter Galaxienvoraus
Willem de Sitter
Dynamisches UniversumWelche Konsequenzen hat eswenn man die ART auf dasgesamte Universum anwendet?
Friedmann verzichtet auf dieAnnahme eines stationärenUniversums
Λ wird überflüssigAlexander Friedmann
Dynamisches Universum
Lemaitre entwickelt unabhängigvon Friedmann einmathematisches Model einessich ausdehnenden Universums
Einstein: Berechnungen sindmathematisch richtigaber die Physik ist schrecklich
Lemaitre zeigt experimentelle Überprüfbarkeit durch Rotverschiebung
Georges Lemaitre
Hubble
Slipher vermass die Radial-geschwindigkeiten von Galaxienund entdeckte deren Rotverschiebung
Hubble untersuchte die Entfernungen Von Spiralnebeln
Die meisten Spektren wiesenEine Rotverschiebung auf
Theoretische Annahmen bezüglichEines dynamischen Universums wurdenbestätigt
Edwin Hubble
Vesto Melvin Slipher
Einsteins instabiles Universum
Eddington überzeugte Einsteinvon der Instabilität einesstatischen Universums
Einstein akzeptiert dieVorstellung einesexpandierenden Universums
Arthur Eddington
Λ kehrt zurück
Brian P. SchmidtSaul Perlmutter Adam G. Riess
1990er: Λ kehrt zurück
Supernova Cosmology Project
High-z Supernova Search Team
Untersuchungen zur Verlangsamung der Expansion des Universums
Supernove Typ 1aals Standardkerze
1990er: Λ kehrt zurück
Beide Teams finden aber beschleunigte Expansion!
1964: Shapiro-Verzögerung
In Nähe großer Massen scheint dieAusbreitungsgeschwindigkeit desLichts durch die Gravitations-Zeitdilatationverlangsamt
1968 bestätigte dieser Effekt die VorhersagederART
2002: CassiniGenauigkeit: 0,001 %
Irwin Shapiro
Rotverschiebung im G-Feld
1911 Einstein sagtRotverschiebung im G-Feld voraus
Relevanter Test der ART
1917 Rotverschiebung von Spektrallinien der Sonne1924 Sonnenteleskop (Einsteinturm)
Beide Experimente konnten die Rotverschiebung nicht nachweisen
1960 Pound-Rebka-Experiment
Gravitative Spektralverschiebung (Rotverschiebung) im G-Feld der ErdeExakte Frequenzmessung durchMößbauer-Effekt
Kompensation der Rotverschiebungdurch Doppler-Effekt
Bestätigung der ART mit einerGenauigkeit von 1%
Heute: 0,007%
H =
22
,6 m
Kristall
Kristall
1 mm/h
∆f=-10-15
2016 Galileo-Satelliten
2 Galileo-Satelliten in falscherUmlaufbahn werden für Messungenzur gravitativen Rotverschiebunggenutzt
Satelliten ändern 2 mal am Tag ihreEntfernung zur Erde um ca. 8000 km
Erwartet wird eine Verbesserungder Genauigkeit um einen Faktor 10
Claus Lämmerzahl
1971 Hafele-Keating-Experiment
4 Atomuhren an Bord vonPassagiermaschine
2 Erdumrundungen (Ost / West)Vergleich mit Atomuhren amBoden
Vorhersage ART: 179 ns inwestlicher Richtung
Die Übereinstimmung mit derART betrug ca. 10%
Richard KeatingJoseph Hafele
1975 Maryland-Experiment
Bessere Kontrolle der Versuchsbedingungen
Reduktion der Zeitdilatation durch langsam fliegende Militärmaschinen
Radarüberwachte Flugroute und Geschwindigkeit
5 Flüge von je 15 h Dauer
Übereinstimmung mit der ART: 1,6%
Genauigkeit heute: 10-16
Schwarze Löcher
1916: Schwarzschild findet eineLösung der Feldgleichungen die einSchwarzes Loch beschreibt
Einstein lehnte die Vorstellungderartiger Objekte ab.
Erst in den 1970er Jahren fandenSchwarze Löcher Beachtung
Karl Schwarzschild
Schwarze Löcher
1960: Hawking und Penrosebeweisen die Notwendigkeit vonSingularitäten in der ART
1967 Wheeler tauft das PhänomenSchwarzes Loch
1974 Hawking zeigt:Schwarze Löcher zerstrahlen
Stephen Hawking
Roger Penrose
John Archibald Wheeler
2002 Schwarze Löcher
Schwarzes Loch indirekt nachgewiesen
Keck-Teleskop, VLT
Umlaufzeit: 15,2 JahreGeschwindigkeit: 18 Mio. Km/h
Reinhard Genzel
Andrea Ghez
1918 Gravitationswellen
Newton : Instantane Wirkung derGravitation im gesamten Raum
Einstein: Jede Wirkung kann sich im Raum maximal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten
Folglich muss es Gravitationswellen geben
Gravitationswellen
In den 1960er Jahren versuchtWeber den ersten Detektor fürG-Wellen zu entwickeln
Die G-Wellen sollten großeAlu-Zylinder in Resonanz versetzen
Joseph Weber
2005 Gravitationswellen
G-Wellen-Detektion durchLaserinterferometer
LIGO, GEO600, VIRGO
Bisher wurden noch keine G-Wellen gefunden
Empfindlichkeit der Anlagen wurde verbessert.
Nachweiß von G-Wellen ab 2017 erhofft
Gravitationswellen
Evolved Laser InterferometerSpace Antenna (eLISA)
Armlänge: 1 Mio. KmStart 2034
LISA Pathfinder startete am03.12.2015
Der Satellit soll Schlüsseltechnologienfür die eLISA-Mission testen
1918 Lense-Thirring-Effekt
Lense und Thirring sagen dennach ihnen benannten Effekt vorher
Rotierende Massen verdrillen lokaldie RaumzeitJoseph Lense
Hans Thirring
Frame-Dragging
Lense-Thirring-EffektFrame-Dragging
2005 Gravity Probe B:Lageabweichung von 4 rotierenden KugelnGenauigkeit: 5%
Lense-Thirring-Effekt
Seit 2012 LARES
Messungen sollen bis 2016durchgeführt werden
Über die Genauigkeit können nochkeine Angaben gemacht werden
Frame-Dragging
Binäre Laboratorien
1974 Entdeckung des erstenDoppelneutronensternsystemsdurch Hulse und Taylor
Nachweis der Zeitdilatation durcherhöhte Dichte im Periastron
Erster indirekter Nachweis vonG-Wellen durch Bestimmung derUmlaufzeiten
Russel Hulse, Joseph Taylor
Binäre Laboratorien
2002 Entdeckung des erstenDoppelpulsarsystems
Labor für 5 Tests zur ART:Rotverschiebung im G-FeldZeitdilation im G-FeldGravitationswellenDrehung des PeriastronsLense-Thirring-Effekt
Binäre Lobaratorien
2008 Entdeckung zweier sichumkreisender Schwarzer Löcher
Strahlungsausbrüche beimdurchqueren der Akkretionsscheibe
Abgestrahlte Leistung durchG-Wellen vergleichbar mit derGesamtleuchtkraft des Objekts
Verstärkte Suche nach Pulsarenin der Umgebung von Sagitarius A*
Raum und Zeit sind Newtons statische Bühne auf der sich die physikalischen Ereignisse abspielen
Raumzeit ist Einsteins dynamische Bühne
Diese Bühne unterliegt ebenso physikalischen Wirkungen wie sie physikalische Wirkungen verursacht
Fazit
Fazit
100 Jahre ART bedeutet auch:
100 Jahre Überprüfung mitzunehmender Häufigkeit undPräzision
Die ART erklärt eine große Anzahl beobachtbarer Phänomene
Kein Experiment konnte bisher eine der Grundannahmen oder Vorhersagen widerlegen
Zukünftige Theorien werden die ART nicht als falsch erweisen sondern erweitern.
Einstein 2.0
Peter Valtink, 2016
Peter Valtink, 2016
Eine Zusammenfassung
eines aufregenden Buches:
„Einsteins verlorener
Schlüssel – warum wir die
beste Idee des 20.
Jahrhunderts übersehen
haben“ von
Alexander Unzicker
© 2015
Einstein 2.0
Peter Valtink, 2016
Die Idee:
5 große Theoretiker des
letzten Jahrhunderts
liefern zusammen einen
neuen Ansatz für ein
tieferes Verständnis von
Raum + Zeit
Einstein 2.0
Die vergessene Idee von 1911:
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Nach seinem
magischen Jahr 1905
kommt Einstein 1911in Prag eine weitere revolutionäre Idee !
„Über den Einfluß der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichts“, S. 906, Annalen der Physik
Warum vergessen ?
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
1905 Annusmirabilis
1915 ARTPrag
1911
Urknall, beschl. Expansion, Dunkle Theorien, etc
Chance für ein neues
Verständnis von Raum
und Zeit !
?
Die vergessene Idee von 1911:
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
(Einsteins Originalveröffentlichung 1911 , S. 906, Annalen der Physik)
„Über den Einfluß der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichts“, S. 898 ff, Annalen der Physik
Die vergessene Idee von 1911:
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Φ = Gravitationspotential
Φ = - GM/r
Φ = Energie, die ein Körper m im Abstand r
zu einer größeren Masse M hat
Φ = Einheit: m2/s2 ( wie c2 ! )
Die vergessene Idee von 1911:
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Die vergessene Idee von 1911:
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Mit anderen Worten:
Die Lichtgeschwindigkeit ist in
Abhängigkeit unterschiedlicher
Gravitationverhältnisse
variabel !!
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Mach‘sches Prinzip:Bewegungen und
Trägheit definieren
sich nur in Bezug zu
allen anderen
Körpern des Universums
Ernst Mach (1838 – 1916)
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Folgerung:das Gravitationspotenzial aller Massen im
Universum ist genau gleich dem Quadrat
der Lichtgeschwindigkeit !
Und tatsächlich stimmen die Werte im Rahmen der Messgenauigkeit überein!
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Schrödinger hatte neben der
Quantenphysik
auch viele
Veröffentlichungen
zum Thema Kosmologie
Erwin Schrödinger (1887 – 1961)
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Im Gravitationsfeld schwingen Atome
langsamer und(!)
produzieren kürzere
Wellenlängen.
Wegen c = λ fändert sich c im G.-
Feld doppeltRobert Dicke (1916 – 1997)
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Dicke‘s Folgerung:
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Folgerung:
Einsteins ART kann vielleicht durch
Einsteins besseres Konzept der Variablen Lichtgeschwindigkeit ersetzt werden und
führt zu einem besseren Verständnis von
Raum + Zeit:
Raumkrümmung ist nichts anderes als
gekrümmte Lichtstrahlen
c ist nicht nur eine Funktion des Ortes
sondern auch der Zeit !
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
ART vs. Variable Lichtgeschwindigkeit:
- Vorhersage Ablenkung des Lichts durch
die Sonne bei beiden gleich !
- Zeitliche Verzögerung von Lichtstrahlen
bei variabler Geschw. direkt klar !- Perihelverschiebung des Merkur wird
ebenfalls korrekt berechnet
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Konsequenzen für ein kosmologisches
Modell 1 :
-Rotverschiebung nicht durch
expandierendes Universum
-c beschreibt, wie schnell sich der
Horizont erweitert-Kein Urknall, wohl aber eine Evolution
des Universums
Peter Valtink, 2016
Einstein 2.0
Konsequenzen für ein kosmologisches
Modell 2 :
-Dunkle Materie und Dunkle Energie nicht
nötig…Void-Strukturen werden erklärbar !
-Die Gravitationskonstante nimmt mit der
Zeit ab…Nachweis durch Zunahme des Erdradius noch nicht geklärt !
Einstein:„Es ist schwieriger, eine vorgefaßte
Meinung zu zertrümmern, als ein
Atom.“
Peter Valtink, 2016
