Kosmologie, Gravitationswellen, Schwarze Löcher: Themen aus der allgemeinen Relativitätstheorie in der Schule

Urknall und Schwarze Löcher finden auch viele Schüler*innen sehr spannend. Die zugrundeliegende Theorie, Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, ist allerdings selbst auf Universitätsniveau sehr anspruchsvoll. Hier einige Ressourcen dazu, wie man solche Themen auf Schulniveau behandeln kann.

Allgemein empfehlen wir für populärwissenschaftliche Darstellungen zu Allgemeiner Relativitätstheorie und relativistischer Astrophysik das Portal Einstein Online.

Kosmologie

• Die Hubble-Lemaitre-Relation kann man interaktiv anhand der entsprechenden App vom Visualisierungsspezialisten des HdA, Thomas Müller, mit echten Galaxiendaten nachvollziehen.
• Diese App (ebenfalls von Thomas Müller) ist eine elektronische Version des Versuches, die Skalenfaktor-Expansion mit Hilfe von Overheadprojektor-Folien darzustellen: auf beiden Overheadprojektorfolien ist dasselbe Punktmuster gezeigt, bei einer der Folien allerdings in einem etwas größeren Maßstab (z.B. 105%). Jede der Folien steht für einen Schnappschuss eines expandierenden Universums. Bringt man zwei sich entsprechende Punkte des Musters auf der Folie zusammen, sieht man, wie sich die Entfernungen all der anderen Galaxien aus Sicht der an jenem Punkt des Musters befindlichen Galaxie durch die Expansion geändert haben. Insbesondere sieht man, dass in diesem expandierenden Universum alle Galaxien gleichberechtigt sind: Aus der Perspektive jeder der Galaxien ergibt sich dieselbe Hubble-Lemaitre-Relation.
• In drei Videos unserer Vortragsreihe Faszination Astronomie Online erklärt Markus Pössel die Grundlagen der kosmischen Expansion, die Faktoren die bestimmen, wie die Expansion verläuft und die allgemeinen Verläufe der Expansion (ewige Expansion oder Endkollaps?)
• Eine Darstellung des Milne-Universums als speziell-relativistischem "Spielzeugmodells" für expandierende Universum stellt Markus Pössel hier bereit (aus: Astronomie+Raumfahrt im Unterricht 57 (2020), S. 10–14).

Gravitationslinsen

• Diese App (von Thomas Müller, HdA) erlaubt es, per Mausklick (bzw. Klick-und-Ziehen) ein einfaches Modellsystem für Gravitationslinsen zu erforschen.

Schwarze Löcher

• In diesem Video in unserer Vortragsreihe Faszination Astronomie Online erklärt Markus Pössel die Grundlagen Schwarzer Löcher
• Auf Tempolimit Lichtgeschwindigkeit stellen Ute Kraus und Corvin Zahl verschiedene Materialien insbesondere zur Visualisierung von Raum und Raumzeit rund um ein Schwarzes Loch zur Verfügung (Sektormodelle)
• Diese App von Thomas Müller visualisiert die Sternbewegungen rund um das Schwarze Loch im Zentrum unserer MIlchstraße

Gravitationswellen

• In diesem Beitrag auf Tempolimit Lichtgeschwindigkeit erklären Ute Kraus und Corvin Zahn Modelle und Experimente zu Signalformen, Wirkungen und Nachweis von Gravitationswellen