Gravitationsfeldtheorie

Gravitationsfeldtheorie bezeichnet Theorien, die Gravitation als Feld beschreiben, das von Masse-Energie erzeugt wird und andere Massen beeinflusst. In der klassischen Physik lässt sich das Gravitationsfeld als Skalar- oder Vektorfeld darstellen; die Bewegung eines Körpers ergibt sich aus dem Gravitationspotential φ, und a = -∇φ. Die Poisson-Gleichung ∇^2φ = 4πGρ verbindet das Feld mit der Massenverteilung und die Superposition erlaubt die additive Verknüpfung mehrerer Feldbeiträge.

Die bekannteste Gravitationsfeldtheorie ist die Allgemeine Relativitätstheorie, in der Gravitation nicht als Kraft, sondern als Geometrie der Raumzeit verstanden wird. Die Feldgleichungen G_{μν} = (8πG/c^4) T_{μν} koppeln die Krümmung der Raumzeit an die Energie-Impuls-Verteilung der Materie. Die zentrale Größe ist die Metrik g_{μν}, deren Geodäten die Bahnen frei fallender Objekte bestimmen. Typische Lösungen umfassen die Schwarzschild-Metrik, das FLRW-Modell der Kosmologie und Gravitationswellenlösungen.

Zu den wichtigsten Vorhersagen gehören die Ablenkung von Licht, gravitative Rot- und Zeitdilatation sowie die Verzögerung von Lichtsignalen (Shapiro-Verzögerung). Gravitationswellen wurden erstmals 2015 direkt detektiert. Viele Effekte wurden experimentell bestätigt; Anwendungen reichen von GPS-Korrekturen bis zur Beobachtung von Gravitationswellen in der Astronomie und Kosmologie. In der Quantengravitation versuchen verschiedene Ansätze, Gravitation zu quantisieren – etwa durch das Konzept des Gravitons oder durch Schleifenquantengravitation und Stringtheorie; ein allgemein akzeptiertes, konsistentes Modell existiert bislang nicht.

Gravitationsfeldtheorien spielen eine zentrale Rolle in der Astrophysik und Kosmologie – von Schwarzen Löchern über die großräumige Strukturen des Universums bis hin zur Beschreibung der kosmischen Expansion.