Zusammenfassung

Man nehme eine Kamera, setze sie an eine beliebige Stelle des Weltalls, und betätige den Auslöser.

Was ist nach dem Entwickeln auf dem Film zu sehen?

Diese Frage stellten wir uns am Anfang der Arbeit. Motiviert wurde sie durch den Wunsch, astrophysikalisch interessante Vorgänge anschaulich zu machen und sie damit besser verstehen zu können.

In der Einleitung wurde die These aufgestellt, daß ein Film die beste Möglichkeit sei, physikalische Vorgänge anschaulich und -- relativistischer Tradition folgend -- kovariant darzustellen.

Mangels Reisemitteln konnte ein solcher Film leider nicht vor Ort gedreht werden. Wir mußten uns mit einer simulierten Kamera in das simulierte Universum im Innern eines Computers begeben.

Ein Standardverfahren um photorealistische Bilder zu berechnen, ist das sogenannte Ray-Tracing: Zu jedem Punkt der Filmfläche suchen wir die Herkunft eines dort auftreffenden Lichtstrahls. Dazu wird jeder Lichtstrahl von der Kamera aus rückwärts verfolgt, bis er ein darzustellendes Objekt trifft.

Das üblicherweise verwendete Ray-Tracing-Verfahren basiert auf einer geradlinigen unendlich schnellen Lichtausbreitung in einem dreidimensionalen euklidischen Raum.

Diese Grundlagen sind in der Nähe kompakter kosmischer Objekte nicht mehr haltbar. In dieser Arbeit wird deshalb das Ray-Tracing-Verfahren in zwei wichtigen Punkten erweitert:

• Übergang vom dreidimensionalen Raum zur vierdimensionalen Raumzeit: Damit können relativ zur Kamera bewegte Objekte unter Berücksichtigung von Lichtlaufzeiten, Aberration, Lorentzkontraktion, Dopplereffekt usw. physikalisch korrekt und mathematisch einfach dargestellt werden.
• Übergang von einer flachen zu einer beliebig gekrümmten Raumzeit: Damit werden Effekte erfaßt, die durch gravitative Lichtablenkung oder durch die ungewöhnliche Kausalstruktur in der Nähe eines Schwarzen Loches entstehen.

Mit diesen Verallgemeinerungen wird es möglich, in auf der Erde unvorstellbaren, im Weltall aber alltäglichen Umgebungen zu physikalisch korrekten Bildern zu kommen.