Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

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Vorlesung SS 2006

Gravitation / Einstein im Test

Prüfungsstoff Wahlfach physikalischer Richtung

Hartmut Abele 

Dienstag 11.15 Uhr

Seminarraum AÜ3-5

Voraussetzungen Kursvorlesung I-III

Inhaltsangabe:

Einstein imTest

Die Gravitation, die wohl alltäglichste Kraft, die wir kennen, bietet eine der großen Herausforderungen für die Physik. Zunächst einmal zeigen Experimente, dass 95% der Energie-Massen-Dichte unseres Universum unbekannt sind. Sichtbare Materie in Form von Sternen oder baryonischer Form deckt nur wenige Prozent ab. Bei der Lösung dieses Problems kommt der Gravitation möglicherweise eine Schlüsselrolle zu, und wir besprechen Gravitationstheorien und Gravitationsexperimente, wo auch immer sie durchgeführt werden, angefangen auf atomarer Skala, motiviert durch neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der Superstringtheorie bis hin zu Galaxierotationsmessungen und Betrachtungen zur Kosmologie. Zukünftige Großexperimente bieten weitere genaue Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART). Im übrigen ist die ART wohl eine der schönsten Theorien überhaupt. Sie beschreibt die Gravitation mit einer sehr eleganten mathematischen Struktur, der Differentialgeometrie einer gekrümmten Raumzeit. Die ART wird in dieser Vorlesung auf einem rigorosen Niveau behandelt, und die Konsequenzen vom Urknall bis zu schwarzen Löchern wird den Ergebnissen moderner Messmethoden gegenübergestellt.

Gravitationsexperimente stoßen auf immer größer werdendes Interesse. Der Unruheffekt, der ursprünglich entdeckt wurde beim Versuch die Hawking-Strahlung eines schwarzen Loches zu erklären, lässt sich in naher Zukunft beobachten. Beim Unruheffekt streiten sich verschiedene Beobachter über die Teilchenzahl in einem bestimmten Zustand, da ein beschleunigter Beobachter ein thermisches Teilchenspektrum beobachtet.

Ein kürzlich entdeckter Doppelpulsar bietet weitere neue quantitative Überprüfungsmöglichkeiten.

Aus theoretischer Sicht gehören Quanten- und Gravitationstheorie zu den ungelösten  Problemfeldern der modernen Physik, da es eine quantenmechanisch konsistente Theorie der Gravitation nicht gibt.

 

 


Themenbereiche

  • Gravitationstheorien I
    • Aristoteles, Galilei, Kepler, Newton, ® Dark Matter I
  • Gravitationstheorien II
    • Allgemeine Relativitätstheorie (GR)
    • Superstringtheorien
  • Tests der Grundlagen der GR
    • Das Äquivalenzprinzip, Teilchenphysik und neue Wechselwirkungen
    • Fallexperimente
    • STEP
    • Lunar Laser Ranging
  • Unruheffekt / Hawkingstrahlung
  • Kosmologie
    • Physik auf der Planckskala,
    • QuantumGravity
    • Vereinigung der Kräfte
    • die ersten 3 Minuten
    • Dark Matter II
  • Stringtheorien und Zusatzdimensionen
    • Suche nach Extradimensionen
  • Lense-Thirring Effekt
  • Starke Gravitationsfelder: neue Testmöglichkeiten
    • Pulsare
    • Scalar-Tensor-Gravity
  • Gravitationswellen
  • Quanten Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie
    • Spin in Gravity
    • Realtivistische Phasenshifts

 

Literatur

  • Allgemeine Relativitätstheorie
    • Spacetime and Geometry, An Introduction to General Relativity, Sean M. Carroll, Addison Wesley

·        Das meiste davon gibt es als Lecture notes

·        Oder als Schnellkurs, „a No-Nonsense Introduction To General Relativity

    • Gravitation, U.E. Schröder, Harri Deutsch
    • Geometrie der Raumzeit, Rainer Oloff, Vieweg
    • (Mathemat. Verständnis: Geometrical methods of mathematical physics, Bernard Schutz, Cambridge University Press)
  • Kosmologie
    • Principles of Cosmology and Gravitation, M. V. Berry, Adam Hilger1989.
    • Cosmology and particle astrophysics, L. Bergtfström, A. Goobar, Springer
    • Introduction to Cosmology, Matts Roos, Wiley
  • The Search for Non-Newtonian Gravity, E. Fischbach, C.L. Talmadge, Springer 1999
  • Gyros, Clocks, Interferometers…: Testing Relativistic Gravity in Space, C. Laemmerzahl, C.W.F. Everitt, F.W. Hehls (Eds.), LNP, Springer 2001
  • Quantum Gravity, From Theory to Experimental Search, D. Giulini et al., Lecture Notes in Physics, Springer, 2003
  • The Confrontation between General Relativity and Experiment, C. M. Will, http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2001-4/

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Letzte Änderung: 21.4.2005, Hartmut Abele