Vor 100 Jahren sagte der Physiker Albert Einstein die Existenz von sogenannten Gravitationswellen voraus. Am 14. September 2015 gelang es Forschern des amerikanischen Laserinterferometers in Louisiana diese unglaublich kleinen Krümmungen der Raumzeit zu messen. „Ladys and gentleman, we have detected gravitational waves“, dies verkündete David Reitze, der Chef des Experiments, bei einer Pressekonferenz der National Science Foundation am 11. Februar 2016. Doch was bedeutet dies für die Wissenschaft?!
Die Entdeckung dieses Phänomens und damit der Beweis von Einsteins Vorhersage eröffnet einen ganz neuen Forschungsbereich, die sogenannte Gravitationswellenastronomie. „Existieren schwarze Löcher wirklich?“, „Sind Neutronensterne schroff?“ und „Wie schnell dehnt sich das Universum aus?“. All das sind Fragen, auf die Wissenschaftler sich mithilfe der neuen Erkenntnisse eine endgültige Antwort erhoffen. Selbst die Entdeckung von „kosmischen Strings“ und somit neue Sichtweisen auf die ´absurde´ Stringtheorie sind möglich. Doch der wohl größte Durchbruch, der mithilfe dieser neuen Erkenntnisse möglich wäre, ist die Entwicklung einer Quantengravitationstheorie – die Vereinigung von Quantenphysik und Relativitätstheorie.
Wir haben unsere Abhandlung in drei Themengebiete gegliedert: 1. Spezielle Relativitätstheorie, 2. Allgemeine Relativitätstheorie und 3. Gravitationswellen, aus denen wir zum Schluss ein Fazit ziehen werden. Jeder dieser Punkte ist wiederum gegliedert in logische Unterpunkte. Wir haben uns entschieden, unsere Arbeit so einzuteilen, weil wir der Meinung sind, dass ein gewisses Vorwissen, welches wir mit den ersten zwei Abschnitten vermitteln, zwingend notwendig ist. Am 25. November 1915 stellte Albert Einstein die Erweiterung zu seiner 1905 veröffentlichten speziellen Relativitätstheorie vor – die allgemeine Relativitätstheorie. Diese Theorien bilden die Grundlage der modernen Physik und waren das Fundament für Einsteins Vision von Gravitationswellen. Doch was beinhalten diese beiden Theorien?
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Die spezielle Relativitätstheorie
- Äquivalenz von Masse und Energie
- Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
- Zeitdilatation
- Allgemeine Relativitätstheorie
- Die Raumzeit
- Gravitationswellen
- Vorhersage durch Einstein
- Der lange Weg zum Erfolg
- Quellen von Gravitationswellen
- Nachweis von Gravitationswellen
- Interferenz
- Laserinterferometer
- Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Facharbeit befasst sich mit dem Thema der Gravitationswellen und deren Nachweis. Ziel ist es, die Entstehung, die Eigenschaften und den Nachweis von Gravitationswellen verständlich zu erklären, ausgehend von den Grundlagen der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie.
- Spezielle Relativitätstheorie und ihre zentralen Konzepte (Masse-Energie-Äquivalenz, Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, Zeitdilatation)
- Allgemeine Relativitätstheorie und die Krümmung der Raumzeit
- Vorhersage von Gravitationswellen durch Albert Einstein
- Entwicklung des Nachweises von Gravitationswellen
- Bedeutung der Gravitationswellenastronomie für die zukünftige Forschung
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Die Einleitung stellt die Entdeckung von Gravitationswellen durch das LIGO-Experiment im Jahr 2015 vor und erläutert die Bedeutung dieses Ereignisses für die Wissenschaft.
- Die spezielle Relativitätstheorie: Dieses Kapitel erklärt die grundlegenden Konzepte der speziellen Relativitätstheorie, einschließlich der Äquivalenz von Masse und Energie, der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und der Zeitdilatation. Es wird am Beispiel der Kernspaltung die Äquivalenz von Masse und Energie veranschaulicht.
- Allgemeine Relativitätstheorie: Das Kapitel fasst die wichtigsten Aspekte der allgemeinen Relativitätstheorie zusammen, insbesondere die Krümmung der Raumzeit durch Masse und Energie.
- Gravitationswellen: Dieses Kapitel behandelt die Vorhersage von Gravitationswellen durch Einstein, die Schwierigkeiten bei der Messung dieser Wellen und die verschiedenen Quellen, die Gravitationswellen erzeugen können.
Schlüsselwörter
Die Facharbeit konzentriert sich auf die Themen der Gravitationswellen, der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie, der Raumzeitkrümmung, der Gravitationswellenastronomie und der zukünftigen Forschungsmöglichkeiten mithilfe der neuen Erkenntnisse. Weitere wichtige Begriffe sind: Masse-Energie-Äquivalenz, Lichtgeschwindigkeit, Zeitdilatation, Laserinterferometer, schwarze Löcher, Neutronensterne, kosmische Strings, Stringtheorie, Quantengravitationstheorie.
- Quote paper
- Julius Hildebrandt (Author), 2018, Gravitationswellen. Von der Vision bis zum Nachweis, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/445103
