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Warum ist die Schwerkraft keine Kraft? - Vom Newtonschen Gesetz zur Raumzeitkrümmung | Fakten zum Einschlafen - Das Universum · Fakten zum Einschlafen – Das Universum

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Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum.
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Die meisten von uns haben ein bestimmtes Bild
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im Kopf. Wenn wir an Schwerkraft denken, eine
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unsichtbare Zugkraft oder vielleicht eine schwere
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Kugel, die auf einem gespannten Gummituch liegt.
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Doch diese vertauten Modelle verzerren, was die
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Physik tatsächlich beschreibt. Die Schwerkraft
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ist keine mechanische Kraft. die Objekte durch
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den leeren Raum zieht, sondern eine strukturelle
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Eigenschaft der Raumzeit selbst. Diese Episode
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verfolgt, wie sich die Definition der Schwerkraft
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über Jahrhunderte verengt und präzisiert hat.
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Von Isaac Newtons mathematischen Gesetz der universellen
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Anziehung über Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie
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bis hin zu den offenen Fragen der Quantengravitation.
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Wir beleuchten. Warum eine Uhr im Keller langsamer
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läuft als auf dem Dachboden, wie das Äquivalenzprinzip
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die newtonsche Mechanik sprengte und warum die
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Schwerkraft nicht abgeschirmt werden kann. Bei
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der Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer
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wieder zu einer grundlegenden Erkenntnis zurück.
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Präzision ist leiser als Spekulation. Es fasziniert
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mich, wie eine Idee durch strengere Grenzen nicht
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geheimnisvoller, sondern exakter wird. Ich wollte
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verstehen, was die Schwerkraft wirklich ist und
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vor allem, was sie nicht ist. Hören Sie sich
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an, wie aus einer Wadenfernwirkung eine präzise
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Geometrie wurde. Die meisten Menschen tragen
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in ihrem Kopf ein Bild von der Schwerkraft als
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einer unsichtbaren Zugkraft oder vielleicht als
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einer schweren Kugel, die eine Gummituchfläche
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eindellt. Doch beide Bilder sind genau genommen
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falsch. Die tatsächliche Definition ist seltsamer,
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enger gefasst und exakter, als es jede dieser
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Vereinfachungen zulässt. Heute Nacht verfolgen
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wir, wie die Schwerkraft enger wurde. Nicht großartiger,
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nicht geheimnisvoller, sondern stärker begrenzt
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in dem, was sie bedeutet und was nicht. Eine
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Uhr in ihrem Keller läuft langsamer als eine
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Uhr auf ihrem Dachboden. Das ist kein mechanischer
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Defekt. Es liegt nicht am Luftdruck oder an der
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Temperatur oder an der Alterung des Mechanismus.
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Es ist ein strukturelles Merkmal der Raumzeit
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selbst, eingebaut in die Geometrie des Raumes,
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in dem sie gerade sitzen. Der Unterschied ist
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außerordentlich klein. Zu klein, um ihn ohne
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Präzisionsinstrumente zu bemerken. Aber er ist
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real, er ist messbar. Und er ist einer der Gründe,
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warum die newtonsche Definition der Schwerkraft,
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die die meisten Menschen in ihrem Kopf tragen,
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ersetzt werden musste. Heute Nacht verfolgen
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wir, wie diese Ersetzung geschah. Nicht indem
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die Schwerkraft großartiger oder geheimnisvoller
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gemacht wurde, sondern indem sie enger, exakter
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und stärker begrenzt wurde in dem, was sie bedeutet
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und was nicht. Eine Zeit lang schien die Erklärung
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dass die Schwerkraft eine Zugkraft sei, ausreichend.
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Denn sie entstammte einem der erfolgreichsten
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mathematischen Gebäude der Wissenschaftsgeschichte.
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Im Jahr 1767 veröffentlichte Isaac Newton die
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Principia Mathematica. Darin definierte er die
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Schwerkraft als eine universelle Anziehungskraft
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zwischen allen Körpern, die Masse besitzen. Die
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Kraft wirkte augenblicklich durch den leeren
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Raum. Ihre Stärke hing vom Produkt der beiden
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Massen ab und schwächte sich mit dem Quadrat
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des Abstands zwischen ihnen ab. Newton schlug
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keinen Mechanismus dafür vor, wie diese Kraft
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wirkte. Er weigerte sich bewusst darüber zu spekulieren,
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welches Medium sie übertragen könnte oder welche
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innere Struktur der Materie sie erzeugen könnte.
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Sein berühmter Satz, Hypothesis non fingo, Ich
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bilde keine Hypothesen, markierte eine entschiedene
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Abkehr von den mechanischen Erklärungen, die
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das frühere Denken beherrscht hatten. Vor Newton
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hatte Descartes vorgeschlagen, dass Planeten
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in wirbelnden Rudeln einer ätherischen Flüssigkeit
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getragen würden. Kepler hatte eine Art magnetischen
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Animismus angedeutet, eine kosmische Sympathie,
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die Körper zueinander zieht. Newton wischte all
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das beiseite und bot stattdessen eine mathematische
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Beziehung an, die Bewegungen mit außerordentlicher
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Genauigkeit vorhersagte. Dieselbe Kraft, die
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einen Apfel zur Erde zog, so zeigte er, bog auch
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den Mond in seine Umlaufbahn um die Erde. Gezeiten,
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Planetenstörungen, Kometenbahnen, alles fiel
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unter ein einziges Gesetz. Die Stärke der Definition
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lag in ihren Vorhersagen, nicht in irgendeinem
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anschaulichen Bild davon, wie die Schwerkraft
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funktionierte. Das war die ursprüngliche, formale
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Definition und sie ergab Sinn, weil sie vereinheitlichte,
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was zuvor getrennt erschienen war. Himmelsbewegung
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und irdisches Fallen waren als verschiedene Phänomene
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behandelt worden. Newton zeigte, dass sie dasselbe
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waren. Die Beziehung mit dem umgekehrten Quadrat
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ergab sich aus einer sorgfältigen Analyse von
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Keplers Gesetzen. Insbesondere aus der Beobachtung,
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dass Planeten in gleichen Zeiten gleiche Flächen
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überstreichen und dass Umlaufzeiten in einer
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präzisen mathematischen Weise mit den Umlaufradien
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skalieren. Aus diesen Mustern leitete Newton
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eine Zentralkraft ab, die mit der Entfernung
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genauso schwächer wurde, wie sein Gesetz es beschrieb.
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Die Definition brauchte keinen Mechanismus, weil
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ihre mathematische Struktur so gründlich durch
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Beobachtung bestätigt war. Doch selbst Newton
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erkannte ihre Keinsen. Die augenblickliche Fernwirkung
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beunruhigte ihn. Die Tatsache, dass schwere Masse
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und träge Masse numerisch identisch waren, ein
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Zufall, den er experimentell bestätigte, aber
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nicht erklären konnte, blieb unerklärt. Und die
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langsame Verschiebung von Mercurs, Sonne nächsten
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Punkt, Seine Periheldrehung konnte von seinen
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Gleichungen nicht vollständig erklärt werden.
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Das waren keine kleinen Lücken. Es waren strukturelle
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Merkmale, die die Definition nicht erfassen konnte.
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Als das newtonsche Gebäude etabliert war, drang
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eine Vereinfachung in das allgemeine Verständnis
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ein, die seinen ursprünglichen Charakter verschleierte.
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Die Schwerkraft wurde weithin als eine unsichtbare
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Zugkraft beschrieben, fast mechanischer Natur,
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als wären Objekte durch unsichtbare Schnüre verbunden.
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Diese Vereinfachung war überzeugend, weil sie
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eine tiefe menschliche Vorliebe für kausale Mechanismen
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befriedigte. Die Menschen wollten wissen, wie
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die Schwerkraft funktionierte, und das Bild der
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Zugkraft gab ihnen eine Antwort, auch wenn es
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eine war, die Newton selbst verweigert hatte.
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Später entstand eine weitere Vereinfachung, die
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ebenso anschaulich und ebenso irreführend war.
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Die Gummituchanalogie wurde zu einer gängigen
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Art, Einsteins spätere Theorie zu erklären. Eine
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schwere Kugel auf einem gespannten Tuch krümmt
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die Oberfläche und kleinere Kugeln rollen auf
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sie zu. Dieses Bild schien einen Mechanismus
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für die Schwerkraft als Krümmung anzubieten und
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es verbreitete sich weit in populären Darstellungen.
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Doch beide Vereinfachungen verzerren, was die
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formalen Definitionen tatsächlich erfassen. Das
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Bild der Zugkraft impliziert eine mechanische
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Verbindung zwischen Objekten. einer Art unsichtbaren
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Stab oder Faden, während Newtons Gesetz bewusst
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eine mathematische Beschreibung ohne einen solchen
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Mechanismus war. Die Gummituchanalogie ist vielleicht
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noch subtiler irreführend. Sie zeigt eine zweidimensionale
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räumliche Krümmung, aber die tatsächliche Theorie
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betrifft die vierdimensionale Raumzeit, in der
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die Zeit selbst Teil der Geometrie ist. Die Analogie
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zeigt Masse, die auf ein Tuch drückt und benutzt
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damit ungewollt die Schwerkraft, um die Schwerkraft
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zu erklären. Und sie scheitert vollständig daran,
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die zentrale Einsicht der geometrischen Theorie
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zu erfassen. Dass freifallende Objekte den geradestmöglichen
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Wegen durch die gekrümmte Raumzeit folgen, Wegen,
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die Geodäten heißen und dass sie dabei überhaupt
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keine Kraft erfahren. Eine bessere Art, sich
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Krümmung vorzustellen, ist, sich zwei Menschen
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vorzustellen, die am Äquator einer Kugel stehen
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und beide genau nach Norden gehen. Sie beginnen
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parallel zueinander und behalten einen Kurs bei,
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der sich gerade anfühlt. Doch sie nähern sich
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langsam an und schließlich treffen sie sich am
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Pol. Keine Kraft hat sie zusammengeschoben. Kein
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Faden hat sie gezogen. Die Geometrie der Kugel
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selbst ließ ihre Wege zusammenlaufen. Das kommt
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der Funktionsweise der Krümmung in der allgemeinen
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Relativitätstheorie viel näher. Sie ist eine
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innere Eigenschaft des Raumes selbst, keine Delle
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in einer Oberfläche, die von etwas verursacht
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wird, das von außen herabdrückt. Die Wege sind
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Geodäten. Die geradestmöglichen Linien in dieser
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Geometrie und ihr Zusammenlaufen ist das Kennzeichen
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der Krümmung. Diese Vereinfachungen erzeugten
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anhaltende Mehrdeutigkeiten im öffentlichen Verständnis.
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Schwerkraft als Kraft gegenüber Schwerkraft als
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Geometrie. Gewicht als Eigenschaft von Objekten
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gegenüber einem relationalen Effekt zwischen
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Objekt und Raumzeit. Schwere Masse gegenüber
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Trägermasse. Augenblickliche Wirkung gegenüber
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endlicher Ausbreitungsgeschwindigkeit. Diese
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Unterscheidungen wurden innerhalb der Physik,
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lange geklärt, bevor sie ins Allgemeinwissen
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einsickerten. Nach und nach erkannten die Physiker
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eine Begrenzung, die eine grundlegende Neudefinition
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erzwingen würde. Das Newton'sche Gebäude funktionierte
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für die meisten Phänomene mit außerordentlicher
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Präzision, aber das Problem der Periheldrehung
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des Merkur blieb bestehen. Tiefer noch, die augenblickliche
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Ausbreitung des Gravitationseinflusses durch
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den Raumstand im Konflikt mit dem aufkommenden
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Verständnis, dass kein physikalischer Einfluss
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schneller als Licht reisen konnte. Die spezielle
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Relativitätstheorie, von Einstein 1905 aufgestellt,
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hatte gezeigt, dass Raum und Zeit keine unabhängigen
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Absolutheiten waren, sondern in einer vierdimensionalen
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Struktur verwoben, in der die Lichtgeschwindigkeit
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eine letzte Grenze setzte. Eine Kraft, die augenblicklich
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über eine Distanz wirkte, hatte in diesem Gebäude
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keinen Platz. Die Definition der Schwerkraft
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musste sich ändern und die Änderung würde sie
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enger machen. Bestimmte Möglichkeiten ausschließen,
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engere Grenzen darum ziehen, was die Schwerkraft
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sein konnte und was nicht. Die Änderung kam 1915.
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und sie war keine kleine Anpassung. Einsteins
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allgemeine Relativitätstheorie definierte die
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Schwerkraft vollständig neu. Sie war nicht länger
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eine Kraft zwischen Massen, die durch den leeren
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Raum wirkte. Die Schwerkraft wurde zur Krümmung
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der vierdimensionalen Raumzeit selbst, einer
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Krümmung, die durch die Anwesenheit von Masse
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und Energie hervorgerufen wird. Die mathematische
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Struktur dieser Theorie ist in dem enthalten,
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was man die einsteinschen Feldgleichungen nennt.
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Denken Sie an sie als an eine präzise Bedienungsanleitung
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mit einer zweiseitigen Logik. Wenn Sie angeben,
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wo sich Masse und Energie befinden, ein Stern,
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ein Planet, eine Wolke aus Licht, sagen Ihnen
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die Gleichungen die exakte Form der Raumzeit
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darum herum. Dann sagt diese Form allem anderen,
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wie es sich bewegen soll. Es ist ein Gespräch
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zwischen Materie und Geometrie, geschrieben in
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einer Sprache, die präziser ist als Worte. Die
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Gleichungen sind nicht linear, was bedeutet,
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dass die Schwerkraft selbst zur Quelle der Schwerkraft
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beiträgt. Gravitationsenergie krümmt die Raumzeit
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genauso wie Masse. Diese Formalisierung brachte
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eine Präzision, die der newtonschen Definition
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fehlte. Das Äquivalenzprinzip, das besagt, dass
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Schwerkraft und Beschleunigung lokal ununterscheidbar
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sind, wurde zu einem grundlegenden Merkmal statt
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zu einem unerklärten Zufall. Sie können das direkt
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spüren. Stellen Sie sich vor, Sie stehen in einem
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fensterlosen Aufzug, der sanft nach oben durch
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den tiefen Weltraum beschleunigt. Sie fühlen
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sich auf den Boden gedrückt, genau wie wenn Sie
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auf der Erde stehen. Kein Experiment, das sie
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in diesem Aufzug durchführen könnten, einen Gegenstand
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fallen lassen, ein Licht anstrahlen, ein Pendel
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messen, würde verraten, ob sie auf der Oberfläche
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eines Planeten stillstehen oder durch den leeren
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Raum beschleunigen. Das ist kein philosophisches
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Rätsel. Es ist die präzise operative Bedeutung
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des Äquivalenzprinzips und es ist der Riss, durch
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den die gesamte newtonsche Definition zusammenbrach.
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Die Identität von schwerer und träger Masse,
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jenes Rätsel, das Newton notiert hatte, erwies
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sich als notwendige Folge der geometrischen Struktur.
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Gravitationseffekte waren nicht länger augenblicklich,
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sondern breiteten sich mit Lichtgeschwindigkeit
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aus, wie eine Welle, die über einen Teich läuft,
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statt wie ein Puppenspieler, der an einem Faden
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zieht. Die Theorie sagte voraus, dass Licht selbst
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abgelenkt wird, wenn es nahe an massereichen
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Körpern vorbeiläuft. Nicht weil die Schwerkraft
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am Licht zöge, als hätte es Masse, sondern weil
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das Licht der gekrümmten Geometrie folgte. Sie
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sagte voraus, dass die Zeit in stärkeren Gravitationsfeldern
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langsamer läuft, weshalb die Kelleruhr hinter
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der Dachbudenuhr zurückbleibt. Und sie sagte
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die Existenz von Gravitationswellen voraus. Wellen
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in der Krümmung der Raumzeit, die sich von beschleunigenden
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Massen nach außen ausbreiten. Was von der früheren
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Definition verworfen wurde, war erheblich. Und
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die Verwerfung machte den Begriff enger. Schwerkraft
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als eine Kraft, die über eine Distanz wirkt,
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wurde verabschiedet. Der absolute Raum und die
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absolute Zeit als getrennte, unabhängige Hintergründe
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wurden durch eine einzige dynamische Raumzeit
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ersetzt. die sich selbst entsprechend ihrem Inhalt
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formte. Die Vorstellung, dass Schwerkraft abgeschirmt
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oder abgeschottet werden könnte, dass man sie
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irgendwie blockieren könnte, wie man Licht blockiert,
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wurde durch die geometrische Natur der Theorie
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ausdrücklich ausgeschlossen. Das alte skalare
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Gravitationspotential wurde durch ein komplexeres
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mathematisches Objekt ersetzt, den metrischen
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Tensor, mit zehn unabhängigen Komponenten statt
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einer. Jeder Ausschluss zog eine engere Grenze.
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Eine Zeit lang schien diese Erklärung ausreichend
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und konkurrierende Definitionen wurden vorgeschlagen
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und getestet. In der Zeit von 1913 bis in die
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1960er Jahre konkurrierten mehrere alternative
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Gravitationstheorien mit der allgemeinen Relativitätstheorie.
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Nordström hatte eine skalare Theorie in flacher
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Raumzeit vorgeschlagen, die mit der speziellen
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Relativitätstheorie vereinbar war, aber keine
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Lichtablenkung vorhersagte. Die Sonnenfinsternisbeobachtungen
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von 1919, die die Ablenkung von Sternenlichtmaßen,
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das nahe an der Sonne vorbeilief, widerlegten
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diese Theorie und stützten Einsteins geometrisches
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Gebäude. Später schlugen Brands und Dicke eine
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Skalartensortheorie vor, in der die Gravitationskonstante
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variieren konnte, motiviert durch philosophische
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Ideen über die Relativität der Trägheit. Die
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Einstein -Cartan -Theorie erweiterte das geometrische
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Gebäude um eine Eigenschaft namens Torsion, die
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die Schwerkraft an den inneren Drehimpuls der
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Materie koppelte. Whitehead bot eine Alternative
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in flacher Raumzeit mit retardierten Potentialen
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an. Diese konkurrierenden Gebäude hielten die
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Definition ehrlich und erzwangen präzise experimentelle
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Tests. Und jeder Test, den die allgemeine Relativitätstheorie
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bestand, verengte das Feld akzeptabler Alternativen.
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Mit der Zeit verengte sich die Definition weiter
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durch eine Reihe von grenzklärenden Ereignissen.
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Die Lichterblenkungsmessung von 1919 schloss
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Heinz Galare Theorien aus. Die Entdeckung des
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Hulse -Taylor -Doppelpulsars im Jahr 1974, eines
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Systems aus zwei Neutronensternen, die einander
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umkreisen, lieferte durch den Energieverlust,
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den es zeigte, einen indirekten Nachweis von
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Gravitationswellen und dies schloss Theorien
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mit anderen Strahlungsvorhersagen aus. Der direkte
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Nachweis von Gravitationswellen durch LIGO im
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Jahr 2015, erzeugt durch die Verschmelzung zweier
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schwarzer Löcher, bestätigte, dass sich die Krümmung
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der Raumzeit selbst als Welle ausbreitet mit
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Eigenschaften, die zu den Vorhersagen der allgemeinen
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Relativitätstheorie passen. Die Beobachtung einer
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Neutronensternverschmelzung im Jahr 2017, nachgewiesen
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sowohl in Gravitationswellen als auch in elektromagnetischer
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Strahlung, begrenzte die Geschwindigkeit der
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Gravitationswellen darauf, mit außerordentlicher
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Präzision der Lichtgeschwindigkeit zu entsprechen.
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Die Messung war so exakt, dass das Experiment
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es bemerkt hätte, wenn die Lichtgeschwindigkeit
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und die Geschwindigkeit der Schwerkraft über
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das gesamte Alter des Universums um nur eine
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Sekunde voneinander abgewichen wären. Dies schloss
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viele modifizierte Gravitationstheorien aus,
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die andere Ausbreitungsgeschwindigkeiten vorgeschlagen
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hatten und die Glänze hielt. Mit der Entwicklung
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des Formalismus stabilisierte sich die geometrische
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Interpretation als Standarddefinition für alle
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klassischen Zusammenhänge. Schwerkraft ist die
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universelle physikalische Wechselwirkung, die
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durch die einsteinischen Feldleichungen beschrieben
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wird, in denen die Anwesenheit von Masse und
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Energie die Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit
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bestimmt und diese Krümmung die Bewegung von
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Masse und Energie bestimmt. Im Grenzfall schwacher
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Felder und langsamer Bewegungen, der für die
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meisten irdischen Phänomene und Phänomene des
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Sonnensystems angemessen ist, reduziert sich
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dies auf die Newton'sche Theorie als Näherung.
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Die Definition zeichnet sich aus durch ihre universelle
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Kopplung an alle Formen von Energie, ihren rein
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anziehenden Charakter in den Standardformulierungen
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und ihre Identifikation mit der Geometrie der
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Raumzeit selbst. Doch die geometrische Interpretation
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blieb nicht ohne Anfechtung und die Anfechtung
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legte eine Grenze frei, jenseits derer die Definition
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noch nicht reicht. Der Erfolg der Quantenfeldtheorie
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bei der Beschreibung der anderen fundamentalen
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Kräfte, der elektromagnetischen und der starken
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und schwachen Kernkraft, legte nahe, dass auch
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die Schwerkraft eine Quantenbeschreibung zulassen
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sollte. In diesem Gebäude würde die Schwerkraft
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durch ein hypothetisches Teilchen namens Graviton
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vermittelt, ein Eichboson mit Spin 2 und würde
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als eine Kraft in flacher Raumzeit behandelt
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statt als Geometrie. Das ist nicht bloß eine
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andere mathematische Formulierung. Es stellt
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ein konkurrierendes, ontologisches Gebäude dar.
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Ist die Schwerkraft grundlegend Geometrie oder
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ist sie eine Quantenkraft wie die anderen? Die
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geometrische Sicht behandelt die Metrik der Raumzeit
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als das fundamentale Feld. Die Teilchensicht
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behandelt die Metrik als eine Zusammensetzung
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aus Caviton -Anregungen. Diese Interpretationen
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gehen auf extrem kleinen Skalen der Planck -Skala
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scharf auseinander, wo die geometrische Beschreibung
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Singularitäten vorhersagt, Punkte unendlicher
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Krümmung, an denen die Theorie zusammenbricht,
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während die Ansätze der Quantengravitation unvollständig
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bleiben. Was diese Neubewertung auslöste, war
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eine Reihe von Entdeckungen, die die Grenzen
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der geometrischen Definition offenlegten. Die
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Singularitätentheoreme von Penrose und Hawking
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in den 1960er und 1970er Jahren bewiesen, dass
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der Gravitationskollaps unter allgemeinen Bedingungen
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Singularitäten erzeugt, an denen die klassische
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Theorie nicht mehr gilt. Hackings Entdeckung
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der Strahlung schwarzer Löcher im Jahr 1974,
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erzeugt durch Quanteneffekte nahe dem Ereignishorizont,
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schuf einen direkten Konflikt zwischen der allgemeinen
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Relativitätstheorie, und der Quantenmechanik.
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Information, die in ein schwarzes Loch fällt,
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geht in der geometrischen Beschreibung für immer
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verloren, aber die Quantenmechanik verlangt,
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dass Information erhalten bleibt. Dieses Informationsparadoxon
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schwarzer Löcher erzwang eine grundlegende Neubewertung
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der Frage, ob die geometrische Definition vollständig
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sein konnte, und die Unvollständigkeit selbst
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wurde zu einer bekannten Grenze. Schließlich
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entstand eine klare Struktur in Form konkurrierender
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Programme der Quantengravitation, obwohl keines
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einen endgültigen Erfolg erzielt hat. Die Stringtheorie
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versucht, die Schwerkraft mit anderen Kräften
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zu vereinheitlichen, indem sie Punktteilchen
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durch eindimensionale Strings ersetzt und erzeugt
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auf natürliche Weise ein Graviton mit Spin 2
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in flacher Raumzeit. während sie die allgemeine
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Relativitätstheorie als niedrigen Erginäherung
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zurückgewinnt. Die Schleifenquantengravitation
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versucht, die Raumzeitgeometrie direkt zu quantisieren
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und bewahrt die geometrische Interpretation auf
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der fundamentalen Ebene. Die Adz -Keeft -Korrespondenz,
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1997 von Malderzener entdeckt, legt eine tiefe
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mathematische Äquivalenz zwischen Gravitationstheorien
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in bestimmten gekrümmten Räumen, und Quantenfeldtheorien
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auf deren Rändern nahe und deutet an, dass die
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Geometrie und die Teilcheninterpretation letztlich
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äquivalente Beschreibungen derselben zugrunde
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liegenden Struktur sein könnten. Die operative
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Definition der Schwerkraft bleibt stabil und
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experimentell bestätigt für alle derzeit zugänglichen
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Skalen. Die geometrische Interpretation ist der
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Standard in der Astrophysik und Kosmologie. Die
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Teilcheninterpretation dominiert in Kontexten
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der Hochenerbiephysik, in denen die Vereinheitlichung
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mit anderen Kräften gesucht wird. Die ontologische
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Frage, ob die Schwerkraft wirklich Geometrie
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oder wirklich eine Quantenkraft ist, bleibt offen
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und die Offenheit selbst ist eine Grenze. Wir
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wissen, wo unsere Definition funktioniert und
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wir wissen, wo sie es nicht tut. Was von der
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frühesten Definition überlebt hat, ist bedeutsam.
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Der Newton'sche Grenzfall besteht fort als die
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Näherung schwacher Felder und niedriger Geschwindigkeiten
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der allgemeinen Relativitätstheorie, genau genug
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für die meisten technischen und astronomischen
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Zwecke. Das Abstandsquadratgesetz überlebt als
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Näherung erster Ordnung in der post -Newton'schen
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Entwicklung. Das Konzept der schweren Masse als
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Quelle überlebte, wenn auch verallgemeinert zum
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vollständigen Energieimpulstensor, der alle Formen
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von Energie und Impuls einschließt, nicht nur
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Masse. Die Universalität der Gravitationskopplung,
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das die Schwerkraft alle Dinge gleichermaßen
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beeinflusst, überlebte als Äquivalenzprinzip.
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Was verworfen oder korrigiert wurde, umfasst
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die Vorstellung von Schwerkraft als einer Kraft
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im traditionellen Sinn, die Idee der augenblicklichen
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Ausbreitung. Das Konzept von absolutem Raum und
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absoluter Zeit als unabhängigen Hintergründen
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und die Möglichkeit, Gravitationseffekte abzuschirmen
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oder abzuschotten. Die Gleichheit von schwerer
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und träger Masse, einst ein unerklärter Zufall,
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wurde zu einem notwendigen strukturellen Merkmal.
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Die verbleibenden konzeptionellen Grenzen sind
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erheblich und ausdrücklich anerkannt. Die Natur
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der Schwerkraft auf Quantenskalen bleibt undefiniert.
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Ob Gravitonen als physikalische Teilchen existieren,
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ist unbekannt. Der Ursprung der Gravitationskonstante
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und warum sie ihren beobachteten Wert hat, ist
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unerklärt. Die Beziehung zwischen der Schwerkraft
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und anderen Kräften auf Vereinheitlichungsskalen
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ist nicht etabliert. Das Problem der kosmologischen
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Konstante Eine Diskrepanz von 120 Größenordnungen
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zwischen den Vorhersagen der Quantenfeldtheorie
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und der beobachteten Dichte der dunklen Energie
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bleibt eines der drängendsten Rätse. Um das Ausmaß
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dieser Diskrepanz zu spüren, wenn sie die Entfernung
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von der Erde zum Mond messen würden, wäre ein
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Fehler von 120 Größenordnungen so, als lägen
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sie um die gesamte Größe des beobachtbaren Universums
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daneben. auf sich selbst gestapelt, wieder und
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wieder. Die Natur der Raumzeitsingularitäten,
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ob sie physikalisch sind oder ein Versagen der
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Theorie anzeigen, ist umstritten. Und die Frage,
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ob die Schwerkraft aus zugrunde liegenden, nicht
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-gravitativen Freiheitsgraden hervorgehen könnte,
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wie in verschiedenen Szenarien der entropischen
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Gravitation vorgeschlagen, bleibt offen. Der
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Begriff wurde mit der Zeit nicht großartiger.
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Er wurde enger und exakter. Was einst als eine
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geheimnisvolle Kraft beschrieben wurde, die über
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eine Distanz wirkt, wurde zur präzisen Geometrie
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der Raumzeitkrümmung mit ausdrücklichen Grenzen
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dessen, was sie bedeutet und was nicht. Schleerkraft
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ist keine Kraft, die Objekte im freien Fall spüren.
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Sie ist nicht augenblicklich. Sie ist keine Eigenschaft
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einzelner Objekte, sondern ein relationales Merkmal
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des Systems aus Materie und Raumzeit. Sie kann
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nicht abgeschirmt oder abgeschottet werden. Sie
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ist nicht global äquivalent zur Beschleunigung,
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nur lokal. Die gängigen Vereinfachungen, die
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Zugkraft und das Gummituch erfassen Teilintuitionen,
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führen aber in Bezug auf die formale Struktur
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in die Irre. Was ungewiss bleibt, liegt nicht
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in der Existenz oder der operativen Definition
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der Schwerkraft, sondern in ihren tieferen Implikationen.
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Ob die geometrische Beschreibung auf den kleinsten
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Skalen einer Quantenbeschreibung weicht, ob diese
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Quantenbeschreibung die klassische Geometrie
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bewahrt oder auflöst, und ob ein tieferes Prinzip
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diese Perspektiven vereinheitlicht, sind Fragen
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für die künftige Verfeinerung. Die Definition
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hat sich für den Bereich stabilisiert, in dem
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wir sie testen können. Ihre Grenzen sind klar.
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Was jenseits dieser Grenzen liegt, ist Gegenstand
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laufender Arbeit, nicht der Spekulation. Präzision
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ist leiser als Spekulation. Der Zuhörer geht
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nicht mit einem Gefühl kosmischen Geheimnisses,
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sondern mit einem Gefühl begrifflicher Klarheit,
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die man gewinnt, indem man eine Idee über Jahrhunderte
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hinweg schärfer werden sieht. Die verschwommene
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Definition ist exakt geworden. Die Grenzen sind
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gezogen. Was ungelöst bleibt, ist ausdrücklich
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begrenzt. Und die Arbeit geht innerhalb dieser
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Grenzen weiter.