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Unsere Vorstellung von Raum und Zeit, ist vorallem Dreidimensional ! ( Höhe, Breite und Tiefe )

Sphäre

Die Kugel, die perfekteste Form im Universum entspricht im Prinzip unserer drei dimensionalen Vorstellungskraft, Höhe, Breite und Tiefe. Mit einem eklatanten Unterschied gegenüber anderen drei dimensionalen Köpern. Die Oberfläche der Kugel, es ist eine absolute Fläche, fast wie eine vierte nicht faßbare Dimension.

 

Image Archive: Solar System

Der Mond geht baden

Mo 28 Nov 2016 06:00:00 CET

Mercury's travels

Mi 21 Sep 2016 15:23:50 CEST

Vergleich von VISIR-Aufnahmen von Jupiter mit Aufnahmen im sichtbaren Licht

Mo 27 Jun 2016 01:01:00 CEST

Jupiter-Aufnahme mit dem VISIR-Instrument am VLT

Mo 27 Jun 2016 01:01:00 CEST

Die zwei Gesichter des Jupiters

Mo 27 Jun 2016 01:01:00 CEST

Different shades of shadow

Di 07 Jun 2016 12:18:17 CEST

Different shades of shadow

Di 07 Jun 2016 12:17:25 CEST

Der einzigartige Gesteins-Komet C/2014 S3 (PANSTARRS)

Fr 29 Apr 2016 20:00:00 CEST

Künstlerische Darstellung des einzigartigen Gesteins-Kometen C/2014 S3 (PANSTARRS)

Fr 29 Apr 2016 20:00:00 CEST

Der einzigartige Gesteins-Komet C/2014 S3 (PANSTARRS)

Fr 29 Apr 2016 20:00:00 CEST

Elektra: Ein neuer Dreifachasteroid

Mo 25 Apr 2016 06:00:00 CEST

Die hellen Flecken auf Ceres, aufgenommen von der Dawn-Raumsonde

Mi 16 Mär 2016 12:00:00 CET

Künstlerische Darstellung der hellen Flecken auf Ceres, wie sie von der Raumsonde Dawn abgebildet wurden

Mi 16 Mär 2016 12:00:00 CET

Screenshot von ESOcast 82

Fr 04 Mär 2016 10:00:00 CET

Night sky treasure trove

Di 24 Nov 2015 15:25:56 CET

Komet Halley 1986 von La Silla aus

Fr 02 Okt 2015 15:00:00 CEST

Totale Mondfinsternis über dem ESO-Hauptsitz

Mo 28 Sep 2015 11:00:00 CEST

Screenshot von ESOcast 76

Fr 25 Sep 2015 11:00:00 CEST

SPHERE kartografiert die Ceres-Oberfläche

Mo 07 Sep 2015 10:00:00 CEST

Lovejoy over Paranal

Mo 17 Aug 2015 14:17:36 CEST

Venus and Mars above the crescent Moon

Do 25 Jun 2015 16:18:28 CEST

The Moon, Venus and Mars at Paranal

Do 25 Jun 2015 16:16:41 CEST

First Light des neuen Lasers der Adaptive Optics Facility

Fr 08 Mai 2015 11:00:00 CEST

Himmelsnomade im Mittelpunkt

Mo 26 Jan 2015 10:00:00 CET

Visiting comet

Di 11 Nov 2014 09:58:11 CET

 

Image Archive: Stars

Die Polarisation des Lichts, das von einem Neutronenstern emittiert wird

Mi 30 Nov 2016 12:00:00 CET

Weitwinkelaufnahme der Himmelsregion um den lichtschwachen Neutronenstern RX J1856.5-3754

Mi 30 Nov 2016 12:00:00 CET

VLT image of the area around the very faint neutron star RX J1856.5-3754

Mi 30 Nov 2016 12:00:00 CET

Scheibe um den jungen Stern HD 97048

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Mit SPHERE beobachtete protoplanetare Scheiben

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Junges Sternsystem bei Bildung eines Mehrfachsystems erwischt

Mo 31 Okt 2016 06:00:00 CET

 

 

 

 

Das Raumzeitkontinuum ist eng verknüpft mit den Eigenschaften der Materie - einerseits (auf der linken Seite der Gleichung) mit der gravitativen Wirkung, andererseits auch mit den anderen Materieformen (den nicht gravitativen, nicht geometrisierten auf der rechten Seite der Gleichung). Einstein fasste zusammen:

Trägheit, Gravitation und metrisches Verhalten der Körper und Uhren wurden auf eine einheitliche Feldqualität  zurückgeführt, dies Feld selbst wieder als von den Körpern abhängig gesetzt [...]. Damit waren Raum und Zeit zwar nicht ihrer Realität entkleidet, wohl aber ihrer kausalen Absolutheit (beeinflussend, aber nicht beeinflußt). (Einstein 1953: 206)Einstein selbst war bis zuletzt nicht zufrieden mit der Uneinheitlichkeit von gravitativer (linke Seite) und nicht geometrisierter Materie (rechte Seite). Die möglichen Materie-Energie-Tensoren sind nicht theoretisch bestimmbar; als physikalisch sinnvoll erwiesen sich nur wenige der theoretisch möglichen. Einstein verglich seine Formel deshalb mit einem "Gebäude, dessen einer Flügel aus vorzüglichem Marmor (linke Seite der Gleichung), dessen anderer Flügel aus minderwertigem Holz gebaut ist (rechte Seite der Gleichung)" (Einstein 1936: 335). Einstein versuchte bis zuletzt, aus dem Holz ebenfalls Marmor zu machen, d.h. die gravitative und die elektromagnetische Wechselwirkung zu vereinen - mit der Quantentheorie konnte er in dieser Beziehung wenig anfangen (vgl. ebd.: 336).

Die Raummolluske

In der allgemeinen Relativitätstheorie gilt, dass der Raum[3]  nicht mehr ein "starrer Bezugskörper" ist, sondern seine Metrik vom lokalen Gravitationsfeld abhängt. Diese Folge des allgemeinen Relativitätsprinzips beschreibt Einstein auch mit dem Wort "Bezugsmolluske" (Einstein 1920a: 67). Bloch paraphrasiert dies später:

Ein vierdimensionaler Riemannscher Raum liegt der allgemeinen Relativitätstheorie zugrunde, der nirgends mehr metrische Starre zeigt, sondern, nach Einsteins Ausdruck, "nachgiebig ist wie ein Mollusk". (Bloch EM: 110)Trotzdem bleibt hier zu berücksichtigen, dass die Metrik der Raumzeit nicht völlig äquivalent mit den Materiewirkungen geworden ist. Es bleibt ein "Rest" übrig: Die Metrik ist zur Beschreibung der Materie notwendig und deswegen durch die Materie selbst nicht festlegbar." (Kiefer 2003: 103)Das bedeutet, dass die oben genannte Äquivalenz in II. nicht ganz eineindeutig ist. Zwar kann man aus der Raum-Zeit-Metrik die Materieverteilung im Kosmos ermitteln, aber die Materieverteilung bestimmt die Weltmetrik nicht eindeutig (vgl. Treder 1998: 31).So wie für jeden gewölbten Körper innerhalb des dreidimensionalen Raumes an jedem Punkt eine Tangentialebene konstruiert werden kann, deren Menge den Körper "einhüllt", so kann die "Raummolluske" durch jeweils entsprechend der Stärke des Gravitationsfeldes geneigte Minkowskische Lichtkegel vorgestellt werden.  

In schwachen Gravitationsfeldern und in lokalen Bereichen kann der pseudoeuklidische Minkowskiraum als Näherung verwendet werden (vgl. Treder 1968: 7).

Die Messbarkeit im Riemannschen Raum

 

Es stellt sich heraus, dass auch in der allgemeinen Relativitätstheorie die Raumzeit nicht vollständig in der materiellen Dynamik aufgehoben ist, sondern es eine Dualität von raumzeitlicher Metrik, die auch als Gravitationsfeld darstellbar ist (dem "Gravitationsäther"[4]) und nicht geometrisierbarer Materie gibt. 

 

Eine weitere Fragestellung ergibt sich, wenn wir bedenken, dass wir nicht über irgend welche abstrakten Materieformen bzw. Raumzeiten sprechen, sondern dass wir Physik betreiben, also "eine Theorie, die auch zutreffen muß." (Treder 1999: 49) Es geht also darum, die physikalischen Bewegungsformen, die wir untersuchen, nicht nur spekulativ in einer mathematischen Form darzustellen - sondern diese Darstellung muss auf ihren Wahrheitsgehalt hin überprüfbar sein. Soweit es um raumzeitliche Bewegung geht, muss in Raum und Zeit gemessen werden können.          
In der speziellen Relativitätstheorie ist die Definition der Gleichzeitigkeit immer nur für ein Inertialsystem möglich. Trotzdem, so hatten wir bereits gesehen, lassen sich Raum- und Zeitkoordinaten noch unmittelbar messen.    
Diese unmittelbare Interpretation der Raum- und Zeitkoordinaten durch Maßstäbe und Uhren geht in der allgemeinen Relativitätstheorie verloren. Aber die Messbarkeit war für Einstein so wichtig, dass er den korrespondenzmäßigen Anschluss an die Messbarkeit im euklidischen Raum zur Richtschnur bei der Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie verwendet hatte (vgl. Renn 2006: 271).

 

 

Jene Verallgemeinerung der Metrik [...] beruht im Wesentlichen darauf, daß die Metrik der speziellen Relativitätstheorie für kleine Gebiete auch im allgemeinen Fall noch Gültigkeit beanspruchen kann." (Einstein 1953: 175; vgl. auch Einstein 1920d: 276)Peter Mittelstaedt behauptet, Einsteins Forderung nach Messbarkeit sei eine "Konsequenz der von Einstein vertretenen methodischen Forderung, daß eine physikalische Theorie nur beobachtbare Größen enthalten darf" (Mittelstaedt 1989: 76). Heisenberg berichtet jedoch, dass das in dieser Form nicht stimmt: "Aber Sie glauben doch nicht im Ernst", entgegnete Einstein, "daß man in eine physikalische Theorie nur beobachtbare Größen aufnehmen kann."

"Ich dachte", fragte ich erstaunt, "daß gerade Sie diesen Gedanken zur Grundlage Ihrer Relativitätstheorie gemacht hätten? Sie hatten doch betont, daß man nicht von absoluter Zeit reden dürfe, da man diese absolute Zeit nicht beobachten kann."[...]

"Vielleicht habe ich diese Art von Philosophie benützt", antwortete Einstein, "aber sie ist trotzdem Unsinn [...]. Vom prinzipiellen Standpunkt aus ist es ganz falsch eine Theorie nur auf beobachtbare Größen gründen zu wollen. Denn es ist ja in Wirklichkeit ganz genau umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann.[...]

Nur die Theorie, das heißt die Kenntnis der Naturgesetze, erlaubt uns also, aus dem sinnlichen Eindruck auf den zugrunde liegenden Vorgang zu schließen" (Heisenberg 1988: 79-80).


 

Hubble

Der Zusammenhang zwischen Messbarkeit und Darstellung objektiver raumzeitlicher Strukturen ist also komplizierter. "Wie bestimmt man die Gleichförmigkeit der Bewegung eines Körpers? Wir benötigen dazu Inertialmaßstäbe und Inertialuhren. Woher haben wir solche? Aus diesen aufgeworfenen Fragen wird eine Grundsatz-Problematik der modernen Physik deutlich, nämlich die Problematik des Meßprozesses [...]

Das Messen kann nicht mehr so einfach wie im vorigen Jahrhundert als bloßes Vergleichen des Meßobjekts mit einem Maßstab gesehen werden, sondern es müssen darüber hinaus noch genau die Bedingungen des Messens fixiert werden. Dazu bedarf es aber einer eigenen Theorie des Meßprozesses [...]     

Man setzt die Existenz von Inertialmaßstäben und Inertialuhren als Standard-Basis in unendlicher Entfernung von den gravitierenden Massen voraus und operiert mit diesen Meßmitteln. (Schmutzer 1981: 28f.)

Die Wahl der für die Theorie angemessenen Raumzeitstruktur hat einerseits das konstruktive Element, dass z.B. die Riemannsche Geometrie nicht unmittelbar aus den Tatsachen geschlossen werden kann, andererseits muss die gewählte Geometrie physikalische Erfahrung, also raumzeitliche Messungen, ermöglichen. Der "Dualismus" zwischen Raumzeit und materieller Dynamik ist kein trennender, sondern ein die Unterschiede bewahrender, verbindender.

Hermann Weyl hatte versucht, diesem Dualismus zu entkommen, indem er auch den Längenmaßstab selbst mit veränderte (vgl. Weyl 1921: 224). Dem wiedersprach jedoch Einstein. In der Rezension eines Buches von Weyl schrieb er:

Ferner möchte ich im Interesse der Vollkommenheit der Darstellung vom Standpunkte des Physikers wünschen, daß die physikalische Bedeutung des Abstandes (als unmittelbares Ergebnis der mit Maßstäben und Uhren zu gewinnenden Messungen) in der zweiten Auflage etwas mehr in den Vordergrund gestellt werde. (Einstein 1918c: 373).Oder noch deutlicher: Die zeit-räumlichen Abstände sind mit Hilfe von Maßstäben und Uhren physikalisch definiert. Betrachte ich zwei Gebilde (Maßstäbe bzw. Uhren), so ist ihre Gleichheit erfahrungsgemäß unabhängig von ihrer Vorgeschichte. Hierauf beruht die Möglichkeit, zwei benachbarten Weltpunkten eine Zahl ds zuzuordnen, welche physikalische Bedeutung besitzt. Indem die Weylsche Theorie auf diese empirisch begründete Zuordnung verzichtet, beraubt sie die Theorie einer ihrer solidesten Stützen und Prüfungsmöglichkeiten. (Einstein 1920c: 351: vgl. Weyl 1918: 40))Dass diese messtheoretische Zuordnung eines starren Maßstabes nicht lediglich subjektive Willkür ist, sondern der raumzeitlichen Struktur der objektiven Realität auch entspricht, zeigt Einstein daran, dass es in allen Lichtbotschaften aus dem All scharfe Spektrallinien gibt. Das bedeutet, dass die Eigenfrequenzen desselben chemischen Elements überall gleich sind und als Standard für zeitliche Abstände gelten können (Einstein 1953: 163). Das lässt sich dann über die Lichtausbreitung auch auf die räumlichen Koordinaten übertragen.

Mit diesem Zustand des Dualismus von Raumzeit und Materiedynamik war Einstein letztlich nicht zufrieden:

Es ist eine logische Schwäche der Relativitätstheorie in ihrem heutigen Zustande, daß sie Maßstäbe und Uhren gesondert einführen muß, statt sie als Lösungen von Differentialgleichungen konstruieren zu können. (Einstein 1920c: 353)

Was ist real?

 

Bisher wurde meist angenommen, so etwas wie physikalische Teilchen, Kräfte oder Felder könne man als real existierend annehmen, beim Raum gab es Streitigkeiten, ob es ihn real gibt oder ob er lediglich eine ideelle Denkvoraussetzung sei. Jetzt erweist sich ein Teil der Wirklichkeit, das Gravitationsfeld und die Metrik als ineinander umwandelbar, als wesensgleich.    

 

Wenn wir als "real" das definieren, was invariant ist, so würde das Gravitationsfeld bzw. die Metrik diese Zuschreibung durch die Allgemeine Relativitätstheorie verlieren. Wir erwähnten bereits das mentale Modell des Menschen in einem frei fallenden Kasten ("Aufzug"), bei dem durch die Fallbewegung die Wirkung des Gravitationsfeldes gerade aufgehoben wird. Wenn wir also ein mitbewegtes Bezugssystem wählen, haben wir das Gravitationsfeld "wegtransformiert", es ist nicht invariant, also nicht "real" (vgl. Kanitscheider 1991: 175). Bei dieser Sichtweise bleibt ein anderes Moment der Gravitation real: die Gravitationsgezeitenkraft.

 

 



In einem homogenen Gravitationsfeld besagt das Äquivalenzprinzip, dass es für einen Menschen in einem geschlossenen Kasten ("Aufzug") nicht möglich ist zu unterscheiden, ob er Trägheitskräften oder der Gravitation unterliegt. Als mentales Modell hierfür dient auch die Vorstellung, dass in einem frei fallenden Aufzug die Gravitationskraft durch die Trägheitskraft aufgehoben wird. Insofern kann die Trägheitsbewegung in eine Gravitationsbewegung umtransformiert werden (bzw. umgekehrt).
In einem nicht homogenen Gravitationsfeld (wie in Abbildung (10)) fallen die Massenpunkte nicht entlang paralleler Geodäten, sondern die Bahnen konvergieren. Diese Bewegung "aufeinander zu" kann in keinem Bezugssystem wegtransformiert werden. und ist Ausdruck der durch die Gravitation veränderten Geometrie der Raumzeit. Abbildung 10: Gravitations-Gezeitenkräfte(aus Bublath 1999: 91)

Legen wir jedoch eine andere Bestimmung von "Realität" zugrunde, nämlich diejenige, nach der real ist, was wirkt, so erhalten wir eine andere Sichtweise. Ian Hacking sagte über die Realität von Quarks: "If you can spray them, then they are real" (Hacking 1994: 22). In diesem Sinne wäre der sog. "Gravitationsäther", also die Einheit Gravitationsfeld/Metrik durchaus real, denn er bestimmt das physikalische Geschehen mit (vgl. Einstein 1920b: 317)

 

Eine Supernova (Plural Supernovæ, eingedeutscht Supernovae oder Supernovä) ist das kurzzeitige, helle Aufleuchten eines Sterns am Ende seiner Lebenszeit durch eine Explosion, bei der der ursprüngliche Stern selbst vernichtet wird. Die Leuchtkraft des Sterns nimmt dabei millionen- bis milliardenfach zu, er wird für kurze Zeit so hell wie eine ganze Galaxie.

Der Begriff der Nova leitet sich ab von dem lateinischen Ausdruck „stella nova“ (neuer Stern) und geht zurück auf den von Tycho Brahe geprägten Namen einer Beobachtung eines Sterns im Jahr 1572. [1] Er bezieht sich auf das plötzliche Auftauchen eines vorher nicht sichtbaren sternähnlichen Objektes am Firmament. Unter einer Nova verstand man bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts jede Art von Helligkeitsausbruch eines Sterns mit einem Anstieg zum Maximum in einem Zeitraum von Tagen bis Jahren und einer Rückkehr zur Ruhehelligkeit innerhalb von Wochen bis Jahrzehnten. Als die astrophysikalische Ursache der Eruptionen erkannt wurde, wandelte sich der Begriff zu der heutigen Definition, bei der eine Supernova nicht mehr zu den „klassischen“ Novae zählt.

Es gibt zwei grundsätzliche Mechanismen, nach denen Sterne zur Supernova werden können:

  1. Massereiche Sterne mit einer Anfangsmasse von mehr als etwa acht Sonnenmassen, deren Kern am Ende ihrer Entwicklung und nach Verbrauch ihres nuklearen Brennstoffs kollabiert. Hierbei kann ein kompaktes Objekt, etwa ein Pulsar oder ein Schwarzes Loch, entstehen. Dieser Vorgang wird als Kollaps- bzw. hydrodynamische Supernova bezeichnet.
  2. Sterne mit geringerer Masse, die in ihrem vorläufigen Endstadium als Weißer Zwerg Material (z. B. von einem Begleiter in einem Doppelsternsystem) akkretieren, durch Eigengravitation kollabieren und dabei durch einsetzendes Kohlenstoffbrennen zerrissen werden. Dieses Phänomen wird als thermonukleare Supernova oder Supernova vom Typ Ia bezeichnet.

Bekannte Supernovae sind die Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke und die Keplersche Supernova 1604. Speziell letztere und die Brahesche Supernova 1572 haben die Astronomie beflügelt, da dadurch die klassische Auffassung von der Unveränderlichkeit der Fixsternsphäre endgültig widerlegt wurde.

The eye in the sky
Die Reste einer Supernova mit dem Namen "Eye in the sky" !