Gravitationstheorie

Gravitationstheorie bezeichnet die Gesamtheit der Theorien, die die Ursache, Wirkung und die Erscheinungen der Gravitation beschreiben. In der Wissenschaftsgeschichte dominiert heute die Allgemeine Relativitätstheorie, doch die klassische Gravitation wird weiterhin als nützliche Näherung benutzt.

Die Newtonsche Gravitation: Das Gesetz der universellen Gravitation beschreibt die Anziehungskraft zwischen zwei Massen durch F = G m1 m2 / r^2. Das Gravitationspotential hat die Poisson-Gleichung ∇^2 ψ = 4πGρ. In schwachen Feldern und bei niedrigen Geschwindigkeiten liefert sie genaue Bahnbilder energiegetätem Systemen wie Planeten, Monden und Satelliten. Sie scheitert jedoch in starken Feldern oder bei hohen Geschwindigkeiten und erklärt Phänomene wie Lichtablenkung oder Zeitdilatation nicht zuverlässig.

Allgemeine Relativitätstheorie: Gravitation wird durch die Krümmung der Raumzeit verursacht, die durch Masse-Energie mittels der Einstein-Gleichungen Gμν = 8πTμν bestimmt wird. Frei bewegte Teilchen folgen Geodäten. Zentrale Konzepte sind Äquivalenzprinzip, Metrik und Raumzeit-Krümmung. Zu den beobachtbaren Vorhersagen gehören Lichtablenkung, Gravitationsrotverschiebung und Gravitationswellen, die erstmals 2015 von LIGO/Virgo direkt nachgewiesen wurden.

Derzeit ist die Allgemeine Relativitätstheorie die Standardtheorie der Gravitation; Newtonsche Gravitation bleibt eine praktikable Näherung in Feldern schwacher Gravitation. In der Forschung werden Erweiterungen wie skalare-tensorale Theorien, MOND oder Ansätze der Quantengravitation untersucht, um offene Fragen zu klären oder Grenzfälle zu beschreiben.