Kurs 5.2
Die Geometrie der Raumzeit

Eine Einführung in die Allgemeine Relativitätstheorie

Zur Akademie Roßleben 2022-5
04.08. - 20.08.2022

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 ein vollkommen neues, mathematisch elegantes Paradigma der Gravitation. Eine dynamische gekrümmte Raumzeit steht im Zentrum der von Einstein 1915 vorgestellten Allgemeinen Relativitätstheorie, deren Vorhersagen mittlerweile alle experimentell bestätigt wurden. So wurden erst 2016 zum ersten Mal Gravitationswellen nachgewiesen.

Die Teilnehmenden erarbeiten eine Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie, ihre mathematischen Grundlagen, die physikalische Motivation sowie ihre 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.

Zur Vermittlung der Inhalte wird stark auf ein Lernen miteinander und voneinander gesetzt: Die Teilnehmenden werden im Vorfeld ein mathematisches oder physikalisches Thema ausarbeiten, um es dem Kurs als Vortrag zu präsentieren. Die gemeinsame Bearbeitung von Übungsaufgaben in Kleingruppen und deren gemeinsame 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 und linearen Algebra (insb. Ableiten und Vektoren) werden vorausgesetzt.

Schematische Darstellung der Geometrie eines Schwarzen Lochs.

Die Kursleitung