Gravitation ist Geometrie der RaumZeit - ZAH ...· Ex2: Expandierendes Universum ... Sein Ziel, den

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  • Gravitation ist Geometrie der RaumZeit

    Wie Einstein Newton verdrngte

    Max Camenzind

    Senioren Uni Wrzburg

  • 21.6.2015 Tag der offenen Tr

    Haus der Astronomie & MPIA

    Bus 39 alle 15 Min. ab Bismarckplatz > 10:45 Uhr

  • Einsteins Grund-Idee: Gravitation ist keine Kraft, Gravitation ist Geometrie, Geometrie ist Gravitation

    .

    Let none ignorant of geometry

    enter my door.

    Legendary inscription over

    the door of Platos Academy

  • Die quivalenzprinzipien des Albert Einstein.

    Schwaches quivalenzprinzip

    Einsteinsches quivalenzprinzip

    Starkes quivalenzprinzip

    1911 1922: Die dramatische Suche nach der Lichtablenkung an der Sonne Triumph Einstein

    1913: Gravitation wird durch die Metrik der RaumZeit beschrieben 3+1 Aufspaltung

    Die Bewegung von Testkrpern und Licht.

    Nov. 1915: Die Feldgleichungen nach vielen Irrwegen.

    Inhalt

  • quivalenz von trger

    und schwerer Masse

    Schwaches quivalenzprinzip WEP = Weak Equivalence Principle

  • Isaac Newton 1687:

    Principia (1687): Kraft = Masse mal a

    Masse fllt aus Kraftgleichung heraus

    a = g ist rein geometrische Gleichung

  • Torsionswaage

    Et-Wash Experiment

    see Homepage:

    Eot-Wash group

  • Tests

    Sch

    wach

    es

    q

    uiv

    ale

    nzp

    rin

    zip

    Wa

    rum

    im

    mer

    gen

    au

    er?

  • Im freien Fall keine Gravitation

  • quivalenz von Beschleunigung

    und Gravitation

    g

  • quivalenz von Beschleunigung

    und Gravitationskraft

    Einsteinsches quivalenzprinzip EEP = Einstein Equivalence Principle

    1. Es gilt WEP

    2. Gravitationskrfte quivalent zu

    Trgheitskrften

    3. Im frei fallenden Inertialsystem gilt die

    Spezielle Relativitt

  • Starkes quivalenzprinzip

    Das Einsteinsche quivalenz-

    Prinzip gilt auch fr

    selbst-gravitierende Krper

    Planeten, NSterne,

  • 3 quivalenzprinzipien

  • 1911

    : A

    ufg

    run

    d d

    es

    qu

    ivale

    nz-

    Pri

    nzip

    s

    Lic

    hta

    ble

    nku

    ng

    im

    Sc

    hw

    ere

    feld

    de

    r S

    on

    ne

    0,8

    4``

  • Annalen der Physik 1911

  • Annalen der Physik 1911

  • Annalen der Physik 1911

  • Annalen der Physik 1911

    Gravitative Rotverschiebung

  • Gravitative Rotverschiebung

    an Sonnenoberflche

  • Gravitative Lichtablenkung

  • Gravitative Lichtablenkung

    Annalen der Physik 1911

  • Totale Sonnenfinsternis

  • Nur totale

    Sonnen-

    Finsternis

    kann Klarheit

    schaffen !

    Hintergrund-

    Sterne

    vermessen

  • Wer war Erwin Freundlich ? Freundlich war der Sohn einer schottischen Mutter, Ellen Elizabeth Finlayson, und des Friedrich Philipp Ernst Freundlich, dem Direktor einer Eisengieerei in Wiesbaden-Biebrich. Er promovierte 1910 in Gttingen bei Felix Klein ber ein Problem der analytischen Funktionentheorie und wurde danach Assistent an der Berliner Sternwarte, wo er mit Routine-messungen betraut war. Einsteins Kollege in Prag, der Astronom Leo Wenzel Pollak, suchte 1911 Astronomen, die die Lichtablenkung beobachten sollten. Alle erfahrenen Astronomen sahen keine Chance. Freundlich, der der stupiden Routinettigkeit entfliehen wollte, nahm die Herausforderung begeistert an. Damit begann eine lange Zusammenarbeit mit Einstein. Freundlich kontaktierte auch William Campbell am Lick Observatorium.

  • William Campbell

    Lick Observatorium

    ist der Experte

  • 1914 Freundlichs Krim Expedition

  • Freundlich auf der Krim -

    Campbell nahe Kiew

  • Freundlich wird im Aug. 1914

    auf der Krim verhaftet -

    Campbell kann weiter arbeiten,

    hat aber schlechtes Wetter & verliert Equip

  • Eddington kennt 1916 ART nicht Eddington ist wie Einstein Pazifist - Quker

  • De Sitter bersetzt 1916 Einsteins

    Werk ins Englische Eddington

  • Sonnenfinsternis von 1918

    nur in USA sichtbar Campbell findet keine Ablenkung

  • Campbell und seine Familie

    bei Sonnenfinsternis 1918

  • Sonnenfinsternis 29. Mai 1919

    2 Exp.: Eddington & Campbell

  • Sonnenfinsternis 29. Mai 1919

    Eddington 2 Aufnahmen

  • Eddington vermisst die Platten Eddington arbeitete sehr exakt mit Mikrometer

  • Campbell spricht vor der Royal

    Society nervs Eddington ja

  • Campbell stoppte die Publikation Telegramm nach Lick Observatorium

  • Eddington besttigt Einstein Lichtablenkung wie von Einstein berechnet -

    Campbell jedoch misst keine Lichtablenkung!

  • Eddington`s Daten waren

    nicht geschummelt!

    1979 wurden Eddingtons Platten mit

    modernen Gerten

    am Royal Observatory in Greenwich

    nachgemessen:

    1. Teleskop: 1,90 +- 0,11 arcsec

    2. Teleskop: 1,60 +- 0,31 arcsec

    Theoretischer Wert: 1,75 arcsec

  • Eddington lst eine Lawine aus

    Dennoch Zweifel an der Messung

  • Einstein erste Superstar Physik

  • Einstein

    bekommt

    auch in

    Deutschland

    Anerkennung

    Physiker

    bleiben

    skeptisch!

  • Einstein heiratet seine Cousine

  • Sonnenfinsternis 21. Sept. 1922

    soll endgltig Klarheit bringen

  • 7 Expeditionen nach Australien Kanada, Lick Obs, UK, Freundlich, Indien & 2A

  • Freundlichs erste Expedition

  • Campbell war sehr gut vorbereitet

  • P3549-194 Photographic print, Wollal eclipse expedition unloading equipment, Wollal, Western Australia, 30 August 1 September, 1922

    Sonnenfinsternis 1922

  • P3549-201 Photographic print, Lick Observatory eclipse expedition, the polar axis with spectrographs and Floyd telescope, photographer unknown, Wollal, Western Australia, 1922

    Links: Campbells Frau

  • Campbell 92 Sterne, 5 Platten

  • Campbell besttigt Einstein

    in vollem Umfang: 1,75 +- 0,09``

    W.W. Campbell & R.J. Trumpler 1928; Lick Observatory Bulletin Nr. 397, p 130-160

  • Campbells Sonnenfinsternis Linse

  • Einstein wird endlich rehabilitiert

  • Einstein

    &

    Grossmann

    1913

    Vorlufige

    Theorie der

    Gravitation

  • Einstein listete alles auf, und rief seinen Freund: Grossmann hilf mir, sonst werde ich verrckt! Es begann 1912 eine intensive Zusammenarbeit der beiden, die auch Grossmann bis ans uerste forderte. Es war Grossmann, der erkannte, dass die fertig vorliegende Riemannsche Geometrie (Riemann-Tensor und dessen Weiterentwicklungen Absolutes Differentialkalkl mit Ricci-Tensor) zum Ziel fhren kann. Dieser sog. mathematische Knigsweg wurde versucht und im heute so berhmten Zrcher Notizbuch von Einstein Schritt fr Schritt aufgeschrieben. Man probierte den Ricci-Tensor; erweiterte ihn um einen Term, heute Einstein-Tensor genannt und verfiel zuletzt in einen abgewandelten November-Tensor, den man am aussichtsreichsten hielt. Die beiden waren kurz vor dem Ziel, erkannten das aber nicht, und verlieen diesen Weg wieder.

    Knigsweg = Riemann Geometrie

  • Der Newton-Grenzfall schien unerreichbar, und auch noch andere physikalische Bedingungen plagten sie. Die beiden arbeiteten daraufhin eine von der Physik her aufgebaute Entwurfstheorie aus, (die aber nicht ganz allgemein-relativistisch und aus heutiger Sicht daher unakzeptabel war) und verffentlichten sie (1913). Damit endet das Zrcher Notizbuch. Einstein kmpfte 2 Jahre, um Bedenken gegen die Entwurfstheorie auszurumen. Es gelang ihm tatschlich mehrere Stolpersteine zu beseitigen; aber quasi en passant, dadurch auch die Hindernisse gegen den Knigsweg. Dies ist ausfhrlich und wunderbar beschrieben im Buch Auf den Schultern von Riesen und Zwergen von Jrgen Renn. Einsteins lterer treuer Freund aus der Patentamtszeit Michele Besso fand einen Weg, aus den Tensorgleichungen die Peripheldrehung des Merkur auszurechnen (52 Seiten Manuskript). Das Ergebnis war ungengend, aber es zeigte sich, dass im Verlauf der Ausrechnung -und zwar erst auf der Ebene der Bewegungsgleichungen- tatschlich der Newtonsche Grenzfall brig bleibt. Eine der grten Hrden existierte gar nicht, das Korrespndenz-prinzip war erfllt! Einstein nahm auch einen sehr fruchtbaren Briefkontakt mit dem Ricci-Schler Tullio Levi-Civita auf, dem fhrenden Tensor-Mathematiker seiner Zeit.

  • Verallgemeinerung von Minkowski

  • Metrische Theorien

    der Gravitation

  • Gravitation RaumZeit =

    Riemann lokal Minkowski

    jin

    ji

    ij dxdxxgds )(0,

    2

    Der Riemannsche Raum ist Menge aller Weltpunkte, auf der

    man messen kann. Einstein: ein Punkt (ct,x,y,z) = Ereignis, n=4.

    gij ist der Metrische Tensor = symmetrische Matrix: 10 Funktionen fr den 4-dimensionalen Raum Dim = 4. Vorschrift, den Abstand zwischen zwei Weltpunkten zu berechnen. Aus metrischem Tensor folgen Riemann- und Ricci-Tensoren . Der metrische Tensor bestimmt auch die Geodten (Trajektorien der frei fallenden Krper) mittels Christoffel-Symbole.

    3

  • Ex1: RaumZeit eines Sterns

    Sonne, Erde, Neutronensterne, SL

    Symmetrie lsst

    nur 2 Funkti