Sie müssen sich vor dem geistigen Auge vorstellen können, dass ein Ball im dreidimensionalen Zimmer hin und herrprallt. Das ist wichtig für das Verständnis des gekruemmten Raumes. Dreidimensionales Denken ist Voraussetzung dafür. Stellen sie sich vor, der Ball fliegt los und prallt an die Wand. Hierbei gilt Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel.

Übung zum dreidimensionalen Denken
In Gedanken kann man sich zur Übung den Weg des Balles in dem abgegrenzten Zimmer vorstellen. Der Ball prallt an die Wand und fliegt im gleichen Ausfallswinkel an die nächste Wand.
 
 
 

Tardoxx:

Gravitation - Anziehungskraft
Zum Verständnis muss man sich klar machen, dass nur durch das Vorhandenseins einer Masse ( eines Planeten oder Sterns ) Kräfte entstehen, die auf andere Massen wirken. Dadurch erscheinen bei uns zum Beispiel alle 76 Jahre Kometen, die allein durch diese Anziehungskraft im Erscheinungsrhytmus gehalten werden. Der Komet verschwindet dann wieder in Milliarden von Kilometern und erscheint dann wieder bei der Erde.  Siehe Glossar Kometen
Gravitation

Geodäte unter Berücksichtigung 
der Anziehungskraft (Gravitation) 

Eine Geodäte ist allgemein die kürzeste Verbindung zwischen 2 Punkten an der Erdoberfläche - dies ist ein Großkreis.

Bilduntertext: Wenn wir auf der Erdoberfläche vom Punkt A zum Punkt B gehen wollen, wäre der kürzeste  Weg in einer Geraden entlang der gelbenLinie durch das Erdreich . Da dies nicht möglich ist, werden wir  wohl auf der rotenLinie auf der Erdoberfläche zwangsweise gehen. Das wäre nun unter diesen Umständen der für uns kürzeste Weg zum Punkt B.
Der roteWeg ist die Geodäte (Großkreis) und länger als der gelbe Weg. Wir gehen aber den rotenWeg und merken nicht, dass wir umgeleitet werden. Für Flugzeuge ist die rote Linie auch der kürzeste Weg von A nach B.
 
 
 

Strahlablenkung
Der Weg des Lichtstrahl wird im Bereich einer Masse gekrümmt ( s. Bild unten Strahlablenkung).

Warum werden Lichtstrahlen auch von der Anziehungskraft von Planeten abgelenkt, obwohl Licht keine Masse besitzt?

Zum Verständnis stellen wir uns folgendes vor:

Die Holzkiste im Weltraum

Eine Kiste schwebt im schwerelosen Weltraum in der Nähe einer Sonne. In der Kiste herrscht Luftleere - also Vakuum. 

 

Die Holzkiste im Weltraum wird nun von einer Rakete mit 9,81 Meter je Sekundenquadrat beschleunigt. Das ist dieselbe Erdbeschleunigung, die auf der Erde herrscht. Die Kiste besitzt ein kleines Loch an der Seitenwand, in das Licht von der Sonne einfällt.

Grafik: Kiste im Weltraum wird von Rakete beschleunigt
 Der Strahl dringt in die Kiste durch das Loch ein und an der anderen Seitenwand der Kiste trifft er auf, bzw. tritt wieder aus der Kiste aus. Während dem Weg des Lichts von der einen Seitenwand zur anderen bewegt sich die Kiste aber durch die eigene Geschwindigkeit (hervorgerufen durch den Anschub der Rakete) weiter. Hierdurch tritt ein Versatz des Lichtstrahls auf; es ist die Differenz zwischen Maß "A" und "B". Diese Differenz ist von der Geschwindigkeit und Beschleunigung der Kiste abhängig. Das war das Vorwort - nun zu 3 getrennten Fällen:
 
 

Situation: Die Kiste wird nicht von der Rakete beschleunigt - die Kiste ist schwerelos im Weltraum. Der Lichtstrahl fällt in das Loch ein; die Kiste bewegt sich nicht, da keine Beschleunigung vorhanden ist, deshalb kommt das Licht auf der anderen Seitenwand in diesem Fall nicht versetzt an. Am Punkt "E" tritt der Strahl durch das Loch in die Kiste ein und am Punkt "F" trifft der Strahl auf der gegenüberliegenden Wand auf. Ohne Beschleunigung durch die Rakete ist das  Maß "A" und "B" gleich und der Strahl in der Kiste ist eine Gerade. 
 
 

Der Einfall des Lichtstrahls wird subjektiv von der Kiste aus gesehen, das heißt, dass die Kiste vom Beobachter fest fixiert ist und die Bewegung der Kiste nicht wahrgenommen wird. 
Die Kiste bewegt sich zwar weiter, aber der Lichtstrahl bleibt auf seinem vorherigen Ort und bewegt sich nur in seiner Richtung. Subjektiv vom Lichtstrahl aus gesehen, beschreibt er tatsächlich auch weiterhin eine Gerade ohne Knick. Das Maß "A" ist größer als Maß "B" . Der Lichtstrahl bildet innerhalb der Kiste eine Gerade.
 

In der GRAFIK ist der Lichtstrahl fest fixiert und die Kiste bewegt sich.
Am Punkt "E" tritt der Strahl durch das Loch in die Kiste ein und am Punkt "F" trifft der Strahl auf der gegenüberliegenden Wand auf. Der Strahl hat nach wie vor seinen geraden Bahnverlauf, jedoch nicht für den Beobachter, der sich in der Kiste befindet.

Die Holzkiste im Weltraum besitzt zwei Löcher, jeweils eines an der Vorderseite (hier tritt der Strahl ein) und Hinterseite (hier tritt der Strahl wieder aus der Kiste aus). Der Abstand der Löcher kann mit den Geschwindigkeiten der Kiste und des Lichtes ermittelt werden. 

Fall 3:

Situation: Die Kiste wird ständig durch die Rakete weiter beschleunigt und fliegt mit ständig zunehmender Geschwindigkeit im Weltraum. Der Lichtstrahl fällt in das Loch rein. Die Kiste bewegt sich weiter und das Licht kommt auf der anderen Seitenwand (durch die Beschleunigung) versetzt an. Am Punkt "E" tritt der Strahl durch das Loch in die Kiste ein und am Punkt "F" tritt der Strahl in das Loch der gegenüberliegenden rechten Wand ein. Dann verlässt der Strahl die Kiste. Die Kiste bewegt sich weiter, aber der Lichtstrahl bleibt auf seiner vorherigen Bahn und bewegt sich nur in seiner Richtung. Wir sehen es nun subjektiv vom Lichtstrahl aus - dass heißt, dass wir nur den Lichtstrahl fixiert beobachten. Umgekehrt wäre, wir fixieren die Kiste ( Siehe Fall 2 ). 

Hier im Fall 3 legt der Strahl eine Hyperbel - also eine Kurve - zurück. Die ist die Folge der zusätzlichen Beschleunigung und der steigenden Geschwindigkeit. Der Beobachter außerhalb der Kiste sieht den Lichtstrahl aber tatsächlich auch weiterhin als eine Gerade ohne Knick. 
Für den Beobachter innerhalb der Kiste ist das Maß "A" größer als Maß "B" . Die Lichtkrümmung (Hyperbel) ist nur für einen Beobachter innerhalb der Kiste bemerkbar, nämlich nur für denjenigen, der auch der Beschleunigung der Rakete unterworfen ist. Für den Beobachter, der sich außerhalb der Kiste befindet, ist die Lichtkrümmung nicht vorhanden, da der Strahl ja einen geraden Weg beschreitet.

Lichtstrahlen an der Sonne
Dasselbe gilt bei Licht, dass sich in der Nähe von Sonnen oder Planeten ausbreitet.Aber auch dieser Lichtstrahl bleibt für Beobachter außerhalb des Kastens gerade. Man muss sich den Kasten entsprechend der Situation hinein denken, da nur innerhalb der Kiste die Krümmung bemerkbar ist. 

Zur Grafik Strahlablenkung: In der Umgebung massereicher Himmelskörper wird der Raum durch die Gravitation (Anziehung) gekrümmt. Das gilt auch für Lichtstrahlen. Vom Stern am Punkt 4 werden Lichtstrahlen gesendet. Auf der Erde stehend wird der Stern gesehen. Wir meinen jedoch, dass sich der Stern am Standort 3 befindet. Doch im Bereich 2 werden die Strahlen umgelenkt und der Stern befindet sich tatsächlich am Standort 4. Das alles ist infolge der Krümmung des Raumes.

Die kürzeste Verbindung zwischen 2 Punkten im gekrümmten Raum ist die Kurve. Allein dass sich Kometen bis außerhalb des Sonnensysems bewegen um dann wieder zur Sonne zu kommen, ist ein Zeichen dafür, da auch Kometen sich auf dem kürzesten Weg (einer elliptischen Bahn) befinden.

Die Gravitation krümmt den Raum und der Raum bewegt die Materie. Krümmung heißt eigentlich, die Gerade zu einer Kurve zu biegen - nämlich zu einer Ellipse. Das ist der kürzeste Weg um eine Sonne in einem gekrümmten Raum. Diese elliptische Bahn nehmen auch die Planeten.

Raumkrümmung
Mit Hilfe der allgemeinen Relativitätstheorie von A. Einstein (1916) hat man die Struktur / Krümmung des Raumes in Zusammenhang mit der Anwesenheit und der Verteilung der Massen in Raum gebracht. In der Umgebung massereicher Himmelskörper ist der Raum stärker gekrümmt als in größeren Abständen von solchen Massen. Die Gesamtheit aller Massen bedingt folglich die Gesamtkrümmung des Weltraums. Durch Beobachtung und Experiment konnte man diese Theorien nachweisen. A. Einstein glaubte ursprünglich, ein unendliches, unbegrenztes Universum sei stabil. A. Friedmann konnte 1922 hingegen zeigen, dass dieses Weltall völlig instabil ist und durch Expansion und Kontraktion bestimmt wird. Wenige Jahre später wurde dann auch in Gestalt des Hubble - Effekts ein Vorgang nachgewiesen, der auf die Expansion des Kosmos schließen läßt.
Aus: http://www.die-astronomie.de/ - Gibts nicht mehr Juni 2005
Raumzeitkruemmung
 
 
 

Wie sieht man einen Gegenstand?
Die Lichtstrahlkrümmung
Zusatzinfo: Prinzipielles zum Auge-http://www.deepskybeobachtung.de/auge.htm

Falsch ist, dass der Sehstrahl von unseren Augen ausgesendet wird. Wenn wir auf z. B. den Mond blicken, so strahlt nicht der Sehstrahl (aus unseren Augen kommend) bis zum Mond und kehrt zu unseren Augen zurück und wir damit die gesehene Information erhalten. Dabei müsste der Lichtstrahl ausserdem den Weg 2 mal durchlaufen. Einmal für den Hinweg und dann den Rückweg. Das trifft nicht zu. Richtig ist, dass jeder Körper, Gegenstand etc. (der sichtbar ist) ständig Lichtstrahlen aussendet. Diese treffen auf unsere Netzhaut im Auge und werden erkannt und gesehen. Der Lichtstrahl bewältigt den Weg vom gesehenen Objekt bis zu unseren Augen nur einmal.

Lichtstrahlenkrümmung

Resumee - Lichtstrahlkrümmung (Beugung):
Sie tritt in verschiedenen Fällen auf:
1) Die Lichtstrahlkrümmung (Beugung) tritt wie in den Beispielen
mit der "Kiste im Weltraum" auf.  siehe HIER Ziel Einfuehr1.html'kiste
Aber in diesem Fall ist keine tatsächliche Beugung des Lichtstrahles vorhanden, sondern es erscheint nur so für den Beobachter in der Kiste. Für einen Beobachter außerhalb der Kiste ist der Lichtstrahl exakt gerade.
2) Durch Gravitation wird eine Lichtstrahlkrümmung (Beugung) hervorgerufen. HIER

Beides trifft zu.
 

Die Lichtgeschwindigkeit erscheint jedem Beobachter, unabhängig von seiner eigenen Geschwindigkeit, gleich --> das führte zur Relativitätstheorie.
 

Die Gesetze der Physik gelten in allen Bezugssystemen, die sich gleichförmig bewegen. D. h., dass es keine absolute Ruhe geben kann. In einem einfachen Experiment lässt sich demnach auch nicht Folgendes beweisen: 2 Körper sind gegeneinander in Bewegung. Welcher ist in der Ruhestellung und welcher ist in Bewegung? Oder sind beide Koerper in Bewegung? Hier ist der Vergleich mit den 2 Aufzügen gut. Sie sind in einem der Aufzüge und der andere fährt nach unten vorbei. Oder steht der andere und sie fahren nach oben? Raum und Zeit sind keine unabhängigen Größen, sondern bilden eine vierdimensionale Größe im Raum-Zeit-Kontinuum. Deshalb soll auch die Zeit an einem schwarzen Loch schneller vergehen als auf der Erde. Umso schneller man sich vorwärtsbewegt, umso schneller verstreicht die Zeit.
 

Die Allgemeine Relativitätstheorie handelt vom gekrümmten Raum. Die Spezielle ( ursprüngliche ) Relativitätstheorie handelt von der Theorie ohne Gravitation. 
 
 

Stehen Hawking und Schwarze Löcher

Stephen Hawking stellt fest:
- dass wir Zeit genauer messen können als Länge.-
- Die Konsequenz in der Relativitätstheorie liegt darin, dass es keine absolute Zeit gibt.
- Jeder Beobachter hat sein eigenes Zeitmaß--> Zwillingsexperiment-
- Das Friedmann´sche Modell ( 1922 - russischer Physiker und Mathematiker Alexander Friedmann ) ist bemerkenswert. Das Universum ist nicht unendlich im Raum, Raum hat aber keine Grenzen.
- Die Gravitation ist so stark, dass der Raum in sich selbst zurückgekrümmt wird, so dass er Ähnlichkeit mit der Oberfläche einer Kugel bekommt.Wenn man sich auf der Erdoberfläche ständig in eine bestimmte Richtung bewegt, kommt man wieder an seinen Ausgangspunkt zurück. Die Unendlichkeit ist durchquert, weil der Raum gekrümmt ist.
- Auch die Zeit, die vierte Dimension, ist von endlicher Ausdehnung, aber sie ist wie eine Linie mit zwei Enden oder Grenzen, einem Anfang und einem Ende. Wenn man die Allgemeine Relativitätstheorie, die Unschärferelation und die Quantentheorie kombiniert, können Raum und Zeit, endlich sein, ohne Ränder oder Grenzen zu haben.
 
 

Stephen Hawking und Roger Penrose zeigten, dass nach Einsteins Relativitätstheorie sowohl Zeit als auch Raum mit dem Urknall begonnen haben müssen und in den Schwarzen Löchern auch wieder beendet werden. Eine Verbindung zur Quantenmechanik konnte wohl von Hawking hergestellt werden. Dies ist auch die Grundlage zur KinkelZyklenTheorie. 
Hawking stellte fest: Die Zeit ist Birnenförmig - damit meint er, dass es einen Urknall gegeben hat und dass die Zeit ein Ende findet, und dass im schwarzen Loch die Relativitätstheorie keine umfassende Gültigkeit mehr habe. Hawking meint, der Anfang des Universums müsse von den gleichen Gesetzen bestimmt werden, die zu allen anderen Zeiten gültig seien. Diesem Ziel wäre er schon nähergekommen. Er meint, ein Gesetz ist kein Gesetz, wenn es nur machmal gilt. Bezugnehmend auf Einstein sagte er, dass man den Raum nicht krümmen kann, ohne die Zeit einzubeziehen. Raum und Zeit sind unauflöslich miteinander verbunden. Die Zeit scheint nur in eine Richtung zu gehen.
 
 

Resumee - Lichtstrahlkrümmung (Beugung):
Sie tritt in verschiedenen Fällen auf:
1) Die Lichtstrahlkrümmung (Beugung) tritt wie in den Beispielen
mit der "Kiste im Weltraum" auf.  siehe HIER 
Aber in diesem Fall ist keine tatsächliche Beugung des Lichtstrahles vorhanden, sondern es 
erscheint nur so für den Beobachter in der Kiste. Für einen Beobachter außerhalb der Kiste ist der Lichtstrahl exakt gerade.

2) Durch Gravitation wird eine Lichtstrahlkrümmung (Beugung) hervorgerufen. HIER

Beides trifft zu.
 
 

RAUMZeit   Raumkrümmung HIER