Dieser Kurs findet vom 12.08.-19.08.2021 digital statt.
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5.3 Die Geometrie der Raumzeit.
Eine Erkundung der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Mathematik dahinter

Kursbeschreibung

Beobachtete, aber nicht erklärbare Phänomene waren immer die Grundlage neuer physikalischer Theorien. Nicht so bei der Allgemeinen Relativitätstheorie: Nur aufgrund theoretischer Überlegungen – der Unvereinbarkeit von Spezieller Relativitätstheorie und der Newtonschen Gravitationstheorie – erdachte Albert Einstein 1915 ein vollkommen neues, mathematisch elegantes Paradigma der Gravitation. Eine dynamische gekrümmte Raumzeit steht im Zentrum der Allgemeinen Relativitätstheorie, deren Vorhersagen mittlerweile alle experimentell bestätigt wurden. So wurden zuletzt erst 2016 zum ersten Mal Gravitationswellen nachgewiesen.

Die Teilnehmenden erarbeiten eine Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Motivation dahinter sowie ihre physikalischen Konsequenzen – zum Beispiel die Möglichkeit von Schwarzen Löchern oder einer Ausdehnung des Universums. Neben der theoretischen Sicht untersucht der Kurs auch die Möglichkeiten, diese Phänomene experimentell zu beobachten.

Die der Allgemeinen Relativitätstheorie zugrunde liegende mathematische Sprache ist die der Differentialgeometrie. Etwa die Hälfte der Kursarbeit ist für die gründliche Erarbeitung mathematischer Grundlagen vorgesehen.

Zur Vermittlung der Inhalte wird stark auf ein Lernen miteinander und voneinander gesetzt: Alle Teilnehmenden werden im Vorfeld ein mathematisches oder physikalisches Thema ausarbeiten, um es dem Kurs als Vortrag zu präsentieren. Übungsaufgaben in Kleingruppen und deren Diskussion dienen dazu, sich in die abstrakten Inhalte einzudenken und diese zu vertiefen.

Der Kurs richtet sich an Schülerinnen und Schüler mit der Bereitschaft, sich auf dem Weg zu einer der spannendsten physikalischen Theorien auf abstrakte Mathematik einzulassen. Grundkenntnisse der Differentialrechnung werden vorausgesetzt.

Schematische Darstellung der Geometrie eines Schwarzen Lochs.

(Eigene Darstellung)

Die Kursleitenden

Für Fabian Langholf (Jg. 1986) war seine DSA-Teilnahme 2005 ein Wendepunkt im Leben, auch weil er dort seine heutige Frau kennenlernte. Mit dieser und mehreren Katzen wohnt er in der Lüneburger Heide. Während seines Studiums der algebraischen Geometrie in Bonn konnte Fabian die Mathematik kaum abstrakt genug sein – seitdem bevorzugt er es aber, als IT-Projektleiter im Handelsumfeld ausgesprochen konkrete Probleme zu lösen. Er singt mit großer Freude in zwei Chören.

David Osten (Jg. 1992) stellte während des Physikstudiums in Berlin fest, dass die Realität zu kompliziert für ihn ist. Daher beschäftigt er sich seitdem mit der hypothetischen Stringtheorie, die Elementarteilchen als schwingende Saiten modelliert. Darüber forscht er nach seiner Promotion in München auch derzeit in Moskau. Auch außerhalb der Physik beschäftigt er sich gerne mit schwingenden (Klavier-)Saiten, ansonsten liest er gern, singt im Chor, tanzt zu Jazzmusik oder spielt Schach oder Go.