Relativitätstheorie relativ anschaulich
Einführung in Krümmung und Feldgleichungen

Einführung in Krümmung und Feldgleichungen

"Masse krümmt den Raum" ist eine der bekanntesten Aussagen zur Allgemeinen Relativitätstheorie; im populärwissenschaftlichen Bereich häufig illustriert anhand von Analogien, die aber fachlich wenig befriedigend sind sowie nachweislich Ursachen von Fehlvorstellungen darstellen. In diesem Beitrag schildern wir eine Unterrichtseinheit, die die obige Aussage auf eine fachlich fundierte Weise mit Hilfe von Modellen erklärt. Die Schülerinnen und Schüler befassen sich zunächst mit gekrümmten Flächen. Sie lernen ein Kriterium kennen, mit dem sie zwischen positiver Krümmung, negativer Krümmung und Krümmung null unterscheiden können. Sie nutzen dieses Kriterium mit einer interaktiven Simulation (online frei verfügbar), und bestimmen die Krümmung vorgegebener Flächen qualitativ. Das Vorgehen zur Bestimmung von Krümmung wird dann auf dreidimensionale Räume übertragen. Die Schülerinnen und Schüler nutzen eine weitere interaktive Simulation (ebenfalls online frei verfügbar), um die Krümmung von zwei astrophysikalisch wichtigen Räumen (Raum nahe eines Schwarzen Lochs, Raum in einem Neutronenstern) qualitativ zu untersuchen. Auf der Grundlage der Erkenntnisse zur Krümmung von Räumen wird exemplarisch eine der Feldgleichungen formuliert und auf die Beispiele Schwarzes Loch und Neutronenstern angewandt.

 

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AutorInnen: Corvin Zahn, Ute Kraus, Datum: 3.5.2022
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