Raum, Zeit, Kausalität und wieso ein schwarzes Loch schwarz ist 1.) Unser Bild von der Struktur von Raum und Zeit, der Bühne für jedes Bewegungsgeschehen, wurde durch Albert Einsteins Relativitätstheorie(n) nachhaltig verändert. Wir wollen uns hier mit paar Stichworten, die mit Hilfe von Raumzeit-Diagrammen veranschaulicht werden können, begnügen: In der Speziellen Relativitätstheorie werden Raum und Zeit zur Raumzeit (der "Menge aller Ereignisse") vereinheitlicht. Eine der bekanntesten Aussagen dieser Theorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit von Signalen jeder Art, also auch durch die Bewegung von Körpern, nicht überschritten werden kann. Dies stiftet den Begriff des Lichtkegels und impliziert eine neue Bedeutung der Kausalbegriffe Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.   In der Allgemeinen Relativitäthstheorie wird die Schwerkraft als Krümmung der Geometrie der Raumzeit, die von jeder Form von Materie verursacht wird, gedeutet. In einem stark vereinfachten Bild kann man sich vorstellen, dass Materie die Lichtkegel "verbiegt". Daraus ergibt sich eine intuitive Vorstellung eines schwarzen Lochs und eine Begründung dafür, dass es schwarz ist: Ein Entkommen (auch des Lichts) würde die Kausalstruktur verletzen. Ein schwarzes Loch lässt - aus der Sicht der Raumzeit-Geometrie - nicht deshalb nichts entkommen, weil die in ihm wirkenden Kräfte so groß wären, sondern weil die Außenwelt in der "Zukunft" eines bedauernswerten Hineingestürzten nicht mehr vorkommt! Die Seite Raumzeit, Lichtkegel, Kausalstruktur zeigt einige Diagramme, die diese Zusammenhänge illustrieren. 2.) Mit der Allgemeinen Relativitäthstheorie bekam auch die Kosmologie, also die Theorie von der Entwicklung des Universums als Ganzes, eine wissenschaftliche Basis. Zusammen mit einer seit über hundert Jahren stetig anwachsenden Fülle an Beobachtungsdaten schuf sie ein kohärentes Bild dieses größten aller Systeme (zumindest, so weit wir es sehen können). Hier eine Seite, die die in ihm vorkommende Strukturen und Größenordnungen durch Verwendung eines bequemen Verkleinerungsmaßstabs illustriert: Größenordnungen im Universum 3.) Wozu ist die Zykloide gut? Ein vielleicht überraschender Zusammenhang, in den sie auftritt, ist der folgende: Im bekanntesten "Weltmodell" der Kosmologie wird der zu einer gegebenen Zeit bestehende "Raum" als Oberfläche einer Kugel im vierdimensionalen Raum mit Radius modelliert. Die Dynamik des Universums wird dann durch die Abhängigkeit dieses "Weltradius" von der Zeit beschrieben. Unter gewissen (vernünftigen) Annahmen über die Materie, die das Universum erfüllt, ergibt sich aus der Theorie ein Zusammenhang zwischen und , der am bequemsten mit Hilfe eines Parameters in der Form geschrieben werden kann (wobei der maximale Weltradius auf 2, die Lebensdauer des Universums auf 2p normiert wurde). Der Graph dieser Funktion ist nicht anderes als eine Zykloide. Im interaktiven Diagramm aus mathe online Zykloiden (nähere Informationen hier) ist ihre geometrische Definition illustriert. An ihr lassen sich der Urknall und der Big Crunch schön erkennen. (Neuere Erkenntnisse weisen jedoch darauf hin, dass letzterer vielleicht doch nicht stattfinden wird: Eine bis vor kurzen noch rein spekulative Naturkonstante, die "kosmologische Konstante", oder eine neue Form von Materie scheinen zu bewirken, dass die Expansion des Universums auf sehr großen Skalen nicht gebremst, sondern beschleunigt wird). 4.) Weitere Ressourcen zu diesem Thema finden Sie auf meinen Seiten Relativitätstheorie und Kosmologie

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