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Frame-Dragging (Lense-Thirring-Effekt)

1918
  • Josef Lense
  • Hans Thirring
Laborversuch mit einem Gyroskop zur Demonstration des Rahmenmitführungseffekts in der Relativitätstheorie.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass ein massives, rotierendes Objekt die Struktur der Raumzeit mit sich ‘zieht’, ein Phänomen, das als Frame-Dragging oder Lense-Thirring-Effekt bekannt ist. Das bedeutet, dass sich ein Kreisel, der den rotierenden Körper umkreist, nicht aufgrund eines angelegten Drehmoments verformt, sondern weil die Raumzeit selbst durch die Rotation des Körpers verdreht wird.

Der Lense-Thirring-Effekt ist eine subtile Folge der Einsteinschen Feldgleichungen, wenn er auf eine rotierende Masse angewendet wird. Während eine nicht rotierende Masse die Raumzeit statisch krümmt (beschrieben durch die Schwarzschild-Metrik), führt eine rotierende Masse eine ‘Verdrehung’ der Raumzeit ein. Dies ist vergleichbar mit einem sich drehenden Ball in einer viskosen Flüssigkeit wie Honig; die Flüssigkeit in der Nähe des Balls wird durch seine Rotation mitgerissen. Beim Frame-Dragging wird die Raumzeit selbst mitgerissen. Der Effekt ist extrem schwach. Für die Erde beträgt die vorhergesagte Präzession eines Kreisels in einer polaren Umlaufbahn nur etwa 42 Millibogensekunden pro Jahr.

Die eindeutigste Bestätigung kam von der Satellitenmission Gravity Probe B (GP-B), die 2004 gestartet wurde. GP-B nutzte vier ultrapräzise Gyroskope in einer polaren Umlaufbahn. Nach jahrelanger Datenanalyse gab das Wissenschaftlerteam 2011 bekannt, dass es den Frame-Dragging-Effekt auf 19 % genau gemessen hatte, verglichen mit dem von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Wert. Der Effekt ist in der Nähe von schnell rotierenden, extrem massereichen Objekten wie Schwarzen Löchern und Neutronensternen deutlich ausgeprägter. Frame-Dragging spielt eine entscheidende Rolle in der Astrophysik dieser Objekte, da es das Verhalten von Akkretionsscheiben beeinflusst und möglicherweise einen Mechanismus zur Auslösung starker relativistischer Jets von den Polen aktiver Galaxienkerne bietet.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Relativität

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Einstein-Feldgleichungen
  • Das Machsche Prinzip (als konzeptioneller Einfluss)
  • Konzept von Drehimpuls und Rotation in der klassischen Mechanik

Anwendungen

  • Testen einer grundlegenden Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie mit Satelliten wie der Schwerkraftsonde B
  • Messung der Rotation Schwarzer Löcher
  • Verständnis der Dynamik von Akkretionsscheiben um massive Objekte
  • hochpräzise Messungen des Gravitationsfeldes der Erde

Patente:

NA

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Related to: frame-dragging, lense-thirring effect, general relativity, spacetime, gravity probe b, gyroscope, black hole spin, rotation.

Historischer Kontext

Frame-Dragging (Lense-Thirring-Effekt)

1915
1915-11
1916
1918
1919-05-29
1920
1920
1913
1915
1916
1917
1918
1920
1920
1921

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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