{"id":11410,"date":"2025-07-05T23:13:20","date_gmt":"2025-07-05T20:13:20","guid":{"rendered":"https:\/\/uni-mag.gr\/?p=11410"},"modified":"2025-07-07T23:19:28","modified_gmt":"2025-07-07T20:19:28","slug":"die-geometrie-der-schwerkraft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.uni-mag.gr\/de\/die-geometrie-der-schwerkraft\/","title":{"rendered":"Alternative Gravitationstheorien"},"content":{"rendered":"\n<div style=\"height:50px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Alternative Gravitationstheorien<em><span style=\"color: red;\"> <\/span><\/em><\/h2>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><em><span style=\"color: #6f0000;\"><strong>Von Vasiliki Karanasou, Doktorandin, Labor f\u00fcr Theoretische Physik, Universit\u00e4t Tartu<\/strong><\/span><\/em><\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Wir alle erinnern uns an die Schulgeschichte \u00fcber Newton, der angeblich entspannt unter einem Apfelbaum sa\u00df, als ihm ein Apfel auf den Kopf fiel \u2013 woraufhin er das Gravitationsgesetz entdeckte. Vielleicht lief es nicht ganz genau so ab, doch laut Newton ist die Schwerkraft eine Kraft, die ein K\u00f6rper auf einen anderen aus\u00fcbt und dadurch eine Anziehung zwischen ihnen verursacht. Diese Kraft ist daf\u00fcr verantwortlich, dass \u00c4pfel vom Baum fallen, Menschen auf dem Boden bleiben und Planeten die Sonne umkreisen. Newtons Theorie beschrieb unsere Welt sehr effektiv \u2013 oder etwa nicht?    <\/p>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.uni-mag.gr\/wp-content\/uploads\/2025\/07\/1&#x395;&#x3BD;&#x3B1;&#x3BB;&#x3BB;&#x3B1;&#x3BA;&#x3C4;&#x3B9;&#x3BA;&#x3AD;&#x3C2;-&#x3B8;&#x3B5;&#x3C9;&#x3C1;&#x3AF;&#x3B5;&#x3C2;-&#x3B2;&#x3B1;&#x3C1;&#x3CD;&#x3C4;&#x3B7;&#x3C4;&#x3B1;&#x3C2;.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-11383\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em> Zeichnung von Newton unter einem Apfelbaum, wie er das Gravitationsgesetz entdeckt. (Quelle: Freepik) <\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Obwohl die newtonsche Gravitation viele Ph\u00e4nomene im Makrokosmos erkl\u00e4rt, deutete ein fr\u00fches Problem bereits darauf hin, dass sie unvollst\u00e4ndig ist: Sie kann die Umlaufbahn des Merkurs um die Sonne nicht exakt beschreiben. Wenn wir Ph\u00e4nomene betrachten, bei denen sich Objekte mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, versagt die newtonsche Theorie vollst\u00e4ndig. Im Jahr 1915 formulierte Einstein eine neue Theorie: die Allgemeine Relativit\u00e4tstheorie, die unsere Vorstellung von Raum, Zeit und Gravitation grundlegend ver\u00e4nderte.  <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der Raum ist nicht l\u00e4nger eine passive B\u00fchne, auf der Ereignisse geschehen, w\u00e4hrend die Zeit gleichm\u00e4\u00dfig verstreicht. In der Relativit\u00e4tstheorie bilden Raum und Zeit eine vierdimensionale Einheit: die Raumzeit.<br\/>Man kann sich die Raumzeit wie ein gespanntes Tuch vorstellen. Legt man eine Kugel auf dieses Tuch \u2013 oder analog: Planeten, Sterne oder Galaxien in die Raumzeit \u2013 so kr\u00fcmmt ihre Masse das Gewebe. Je gr\u00f6\u00dfer die Masse, desto st\u00e4rker die Kr\u00fcmmung.    <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Da Objekte im Universum nicht stillstehen, rollen sie nicht einfach in Richtung schwererer K\u00f6rper, sondern bewegen sich auf Umlaufbahnen um sie herum. Deshalb kreisen Planeten um Sterne. Die Schwerkraft wird also nicht mehr als Kraft verstanden, sondern als Kr\u00fcmmung der Raumzeit durch Masse.  <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Schwerkraft ist Geometrie.<br\/>Aber welche Geometrie? Man denkt sofort an die euklidische Geometrie, die wir in der Schule gelernt haben: Die k\u00fcrzeste Strecke zwischen zwei Punkten auf einer Ebene ist eine gerade Linie. Doch was passiert, wenn die Raumzeit nicht flach, sondern gekr\u00fcmmt ist?<br\/>Stell dir die Erde vor und eine Reise von Estland nach Argentinien. Selbst die k\u00fcrzeste Strecke verl\u00e4uft nicht geradlinig, sondern gebogen \u2013 wegen der Kugelgestalt der Erde. Die Geometrie, die Einstein f\u00fcr die Raumzeit vorschlug, nennt man Riemannsche Geometrie.        <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Auch wenn die Relativit\u00e4tstheorie viele Ph\u00e4nomene erkl\u00e4ren konnte, die Newtons Theorie nicht beschreiben konnte, scheint sie nicht die endg\u00fcltige Antwort zu sein.<\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Beobachtungen zeigen, dass sich das Universum ausdehnt. Wenn wir das Geschehen am Nachthimmel mit blo\u00dfem Auge genau verfolgen k\u00f6nnten, w\u00fcrden wir sehen, wie sich alle anderen Galaxien gleichm\u00e4\u00dfig von unserer entfernen. Dieses Ph\u00e4nomen ist bislang nicht vollst\u00e4ndig erkl\u00e4rt worden \u2013 verschiedene Ideen wurden vorgeschlagen.  <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Eine der bekanntesten ist die Existenz von Dunkler Materie und Dunkler Energie. Falls es etwas gibt, das nicht mit Licht interagiert \u2013 also f\u00fcr uns unsichtbar ist \u2013, k\u00f6nnte das die Expansion des Universums erkl\u00e4ren. <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ein anderer Ansatz ist, die Gravitationstheorie selbst zu modifizieren. Aber was bedeutet das?<br\/>Wie wir gesehen haben, ist Schwerkraft Geometrie. K\u00f6nnen wir also eine andere Geometrie annehmen?   <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Mathematisch gesehen gibt es neben der Kr\u00fcmmung noch zwei weitere Eigenschaften der Raumzeit: Torsion und Nicht-Metrizit\u00e4t. In Einsteins Theorie ist nur die Kr\u00fcmmung ungleich null \u2013 die beiden anderen Gr\u00f6\u00dfen gelten als null.<br\/>Wenn wir jedoch annehmen, dass alle drei \u2013 oder wenigstens zwei \u2013 dieser Gr\u00f6\u00dfen existieren, ver\u00e4ndert sich die Geometrie der Raumzeit, und die Theorie der Gravitation ist ebenfalls eine andere.  <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Das folgende Diagramm zeigt, was mit einem Vektor passiert, wenn er separat unter Kr\u00fcmmung, Torsion oder Nicht-Metrizit\u00e4t parallel verschoben wird \u2013 also ohne dass wir ihn aktiv ver\u00e4ndern.<\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">K\u00f6nnte also eine alternative Gravitationstheorie die finale Antwort sein?<br\/>Auch wenn eine solche Theorie die Ausdehnung des Universums erkl\u00e4ren k\u00f6nnte, gibt es noch viele andere Ph\u00e4nomene, die ber\u00fccksichtigt werden m\u00fcssen. <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Tats\u00e4chlich wurden bereits viele alternative Gravitationstheorien formuliert. Einige wurden aufgrund experimenteller Daten verworfen, andere k\u00f6nnen bestimmte Ph\u00e4nomene erkl\u00e4ren, aber versagen bei anderen \u2013 und keine sticht als besonders plausibel hervor. <\/p>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Vielleicht ist keine dieser Theorien korrekt, weil uns noch ein fundamentales Puzzlest\u00fcck fehlt. <strong>Vielleicht brauchen wir einen radikalen Wandel in unserem Verst\u00e4ndnis von Gravitation. Vielleicht brauchen wir eine neue Relativit\u00e4tstheorie.<\/strong><\/p>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.uni-mag.gr\/wp-content\/uploads\/2025\/07\/2&#x395;&#x3BD;&#x3B1;&#x3BB;&#x3BB;&#x3B1;&#x3BA;&#x3C4;&#x3B9;&#x3BA;&#x3AD;&#x3C2;-&#x3B8;&#x3B5;&#x3C9;&#x3C1;&#x3AF;&#x3B5;&#x3C2;-&#x3B2;&#x3B1;&#x3C1;&#x3CD;&#x3C4;&#x3B7;&#x3C4;&#x3B1;&#x3C2;.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-11387\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Die Kr\u00fcmmung der Raumzeit. Je gr\u00f6\u00dfer die Masse eines K\u00f6rpers, desto st\u00e4rker kr\u00fcmmt er das Raum-Zeit-Kontinuum. (Quelle: ESA\u2013C. Carreau)  <\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.uni-mag.gr\/wp-content\/uploads\/2025\/07\/3&#x395;&#x3BD;&#x3B1;&#x3BB;&#x3BB;&#x3B1;&#x3BA;&#x3C4;&#x3B9;&#x3BA;&#x3AD;&#x3C2;-&#x3B8;&#x3B5;&#x3C9;&#x3C1;&#x3AF;&#x3B5;&#x3C2;-&#x3B2;&#x3B1;&#x3C1;&#x3CD;&#x3C4;&#x3B7;&#x3C4;&#x3B1;&#x3C2;.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-11391\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Im ersten Fall wird ein Vektor parallel in einer Geometrie mit Kr\u00fcmmung verschoben. Dadurch \u00e4ndert sich die Richtung des Vektors.<br\/>Im zweiten Fall werden zwei Vektoren parallel in einer Geometrie mit Torsion verschoben. Das Ergebnis ist, dass das erwartete Parallelogramm sich nicht \u201eschlie\u00dft\u201c.<br\/>Im dritten Fall wird ein Vektor parallel in einer Geometrie mit Nicht-Metrizit\u00e4t verschoben. Das Ergebnis ist, dass sich die L\u00e4nge des Vektors ver\u00e4ndert.     <\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Quellen:<\/strong><\/p>\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li><a class=\"\" href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Newton%27s_law_of_universal_gravitation\">https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Newton%27s_law_of_universal_gravitation<\/a><\/li>\n\n\n\n<li><a class=\"\" href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/General_relativity\">https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/General_relativity<\/a><\/li>\n\n\n\n<li>E. Albert, \u201cKosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie\u201d, <em>Sitzungsberichte der Preu\u00dfischen Akademie der Wissenschaften: 142 (1917)<\/em><\/li>\n\n\n\n<li>Supernova Search Team Collaboration, A. G. Riess et al., \u201cObservational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant,\u201d <em>Astron. J. 116 (1998) <\/em> 1009\u20131038<\/li>\n\n\n\n<li>E. J. Copeland, M. Sami, and S. Tsujikawa, \u201cDynamics of dark energy,\u201d <em>Int. J. Mod. Phys. D 15 (2006)   <\/em> 1753\u20131936<\/li>\n\n\n\n<li>J. Beltr\u00e1n Jim\u00e9nez, L. Heisenberg, and T. S. Koivisto, \u201cThe Geometrical Trinity of Gravity,\u201d <em>Universe 5 (2019) no. 7, 173<\/em><\/li>\n<\/ol>\n\n<div style=\"height:50px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p class=\"card-text\">Ist Schwerkraft wirklich eine Kraft \u2013 oder doch Geometrie? Von Newton \u00fcber Einstein bis zu radikalen Alternativtheorien f\u00fchrt uns Vasiliki Karanasou auf eine Reise durch die verborgene Struktur der Raumzeit.  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