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DD: Fachverband Didaktik der Physik

DD 5: Neue Konzepte 2 (kritische Anregungen)

DD 5.1: Vortrag

Montag, 19. März 2012, 16:30–16:50, P 10

Hilfe, ist die Klassische Allgemeine Relativitätstheorie unvollständig? — •Jürgen Brandes — Karlsbad

Aktuelle Probleme der Allgemeinen Relativitätstheorie liegen im Bereich hoher Energie. So in der Simulation von Supernovae (außer Typ Ia) und im sog. fireball-Modell für Gammaburster. Mögliche Ursache dafür ist die Unbestimmtheit der Teilchenenergie in Gravitationsfeldern, die aus einer einfachen Überlegung folgt [1]:

Einerseits hat ein im Gravitationsfeld ruhendes Teilchen eine Energie kleiner als seine Ruhemasse (es muss Energie aufgewendet werden, um das Teilchen aus dem Feld zu entfernen), andererseits hat dieses Teilchen im zugehörigen Lokalen Inertialsystem eine Energie gleich seiner Ruhemasse (Äquivalenzprinzip). Zum Zeitpunkt t = 0 lasse man das ruhende Teilchen frei fallen. Zu diesem Zeitpunkt hat es die Geschwindigkeit v = 0 und ruht sowohl im Lokalen Inertialsystem als auch im globalen Bezugssystem (das System, in dem der Stern und der Beobachter ruhen, bzw. das r,t-Koordinatensystem der Schwarzschildmetrik). Da zum Zeitpunkt t = 0 beide Bezugssysteme am Ort des ruhenden Teilchens zusammenfallen und die unterschiedliche Beschleunigung noch keine Bedeutung hat, muss das Teilchen zwei verschiedene Energien haben - eine kleiner und eine gleich seiner Ruhemasse. Oder anders: Obwohl die Gesamtenergie des ruhenden Teilchens kleiner ist als seine Ruhemasse, hat die am Ort des Teilchens gemessene Gesamtenergie den Wert der Ruhemasse.

[1] J. Brandes, J. Czerniawski: Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie für Physiker und Philosophen, 4. Aufl. 2010