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Lehrerfortbildung "Allgemeine Relativitätstheorie" | Hans-Peter Nollert, Universität Tübingen

Die Allgemeine Relativitätstheorie ist neben der Quantenphysik der zweite Grundpfeiler der modernen Physik. Zwar handelt es sich bei der Relativitätstheorie um eine klassische Theorie, ihre zugrunde liegenden Konzepte bewegen sich also näher an Alltagsvorstellungen als dies in der Quantenphysik der Fall ist. Dennoch kommt es immer wieder zu Verständnisproblemen und Missverständnissen, die durch übliche populäre Darstellungen oft noch verstärkt werden.

In dieser Veranstaltung werden wir die Allgemeine Relativitätstheorie aus verschiedenen Perspektiven kennenlernen, nicht zuletzt auch im Rahmen der Ausstellung „Einstein inside - 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“. Die Teilnehmer sollen dabei Hintergrundwissen wie auch Anregungen mitnehmen, wie die Relativitätstheorie im Unterricht behandelt werden kann, und welche Möglichkeiten dabei ein Besuch der Ausstellung bieten kann.

Hier kommen Sie zum Anmeldeformular.

 Der Beginn der Besuche ist in der Aula/ Berliner Tor 21.


Datum

UhrzeitInhalt

20.11.2017

16:00 - 17:30
Baustein 1:
Annäherungen an die Relativitätstheorie im Unterricht

Wir lernen verschiedene Ansätze, die Allgemeine Relativitätstheorie anschaulich darzustellen, kennen und diskutieren, wie angemessen diese die Grundlagen der Theorie wiedergeben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Darstellungen, die für einen kurzen Zeitrahmen gedacht sind, also etwa bei einem Vortrag, in einer oder wenigen Schulstunden, oder in einem kurzen Film

Insbesondere geht es um folgende Zugangswege:

  • Visualisierung gekrümmter Räume durch Einbettung von Flächen im euklidischen Raum 
  • Sektormodell 
  • Darstellung der inneren Geometrie von Raum und Zeit durch Abstände benachbarter Punkte bzw. Ereignisse
  • Äquivalenz von Gravitationskraft und Beschleunigung
  • First-Person-Visualisierung

 

Dabei geht es vor allem um folgende Fragen:

Welche Aspekte der Theorie werden gut wiedergegeben, welche nicht? - Kann eine Darstellung zwar formal korrekt, im Ergebnis dennoch irreführend sein? - Wie lassen sich falsche Schlussfolgerungen durch Veränderungen an den Details der Darstellung vermeiden? - Wie findet man die Balance zwischen Anschaulichkeit und intuitivem Zugang auf der einen und korrekter Darstellung auf der anderen Seite?

 

20.11.201717:45 - 19:15
Baustein 4: 
Sonderführung durch die Ausstellung „Einstein inside — 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“

Eine Führung durch die Sonderausstellung „Einstein inside — 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“ bildet den Abschluss dieser Veranstaltung. Die Ausstellung beleuchtet die Allgemeine Relativitätstheorie im wissenschaftlichen und historischen Kontext und stellt aktuelle Forschungsgebiete dar, die eng mit der Relativitätstheorie verknüpft sind. Dazu haben deutschlandweit Forschungsinstitutionen, die auf diesem Gebiet arbeiten, Beiträge über ihre Arbeit zur Verfügung gestellt.

Diese Führung soll Ihre Vorbereitung für einen Besuch der Ausstellung mit Ihren Schülern unterstützen und Ihnen Möglichkeiten aufzeigen, wie die Ausstellung mit Schulklassen genutzt werden kann. Selbstverständlich können Sie alle Stationen ausprobieren, es wird ausgiebig Gelegenheit für Austausch und Fragen geboten.

 


21.11.2017

13:00 - 14:30
Baustein 1: 
Annäherungen an die Relativitätstheorie im Unterricht

Wir lernen verschiedene Ansätze, die Allgemeine Relativitätstheorie anschaulich darzustellen, kennen und diskutieren, wie angemessen diese die Grundlagen der Theorie wiedergeben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Darstellungen, die für einen kurzen Zeitrahmen gedacht sind, also etwa bei einem Vortrag, in einer oder wenigen Schulstunden, oder in einem kurzen Film.

Insbesondere geht es um folgende Zugangswege:<o:p></o:p>

  • Visualisierung gekrümmter Räume durch Einbettung von Flächen im euklidischen Raum
  • Sektormodell
  • Darstellung der inneren Geometrie von Raum und Zeit durch Abstände benachbarter Punkte bzw. Ereignisse
  • Äquivalenz von Gravitationskraft und Beschleunigung
  • First-Person-Visualisierung 

 

Dabei geht es vor allem um folgende Fragen:

Welche Aspekte der Theorie werden gut wiedergegeben, welche nicht? - Kann eine Darstellung zwar formal korrekt, im Ergebnis dennoch irreführend sein? - Wie lassen sich falsche Schlussfolgerungen durch Veränderungen an den Details der Darstellung vermeiden? - Wie findet man die Balance zwischen Anschaulichkeit und intuitivem Zugang auf der einen und korrekter Darstellung auf der anderen Seite?

 


21.11.2017

14:45 - 16:00

Baustein 3: 
Gravitationswellen-Astronomie

Am 14. September 2015 wurde zum ersten Mal eine Gravitationswelle direkt nachgewiesen. Gerade wurde der Nobelpreis für Physik 2017 für die Entwicklung des Gravitationswellendetektors LIGO und die Messung von Gravitationswellen verliehen. Inzwischen sind drei weitere Messungen verschmelzender Binärsysteme aus Schwarzen Löchern gelungen. Bei der letzten Messung war auch der italienisch-französische Detektor VIRGO beteiligt. Vermutlich gab es inzwischen auch einen Nachweis eines verschmelzenden Binärsystems aus Neutronensternen. Damit eröffnen sich abermals ganz neue Möglichkeiten für die Astronomie: Wir erleben den Beginn der Astronomie mit Gravitationswellen.

Nach einer Einführung in die theoretischen Grundlagen von Gravitationswellen als Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie stehen die Messungen im Mittelpunkt, vor allem die erste Messung GW150914. Die Bedeutung dieses Ereignisses und der zu erwartenden weiteren Messungen für die Astronomie wird ausführlich diskutiert.

 


21.11.2017

16:15 - 17:45 
Baustein 4:
Sonderführung durch die Ausstellung „Einstein inside — 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“

Eine Führung durch die Sonderausstellung „Einstein inside — 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“ bildet den Abschluss dieser Veranstaltung. Die Ausstellung beleuchtet die Allgemeine Relativitätstheorie im wissenschaftlichen und historischen Kontext und stellt aktuelle Forschungsgebiete dar, die eng mit der Relativitätstheorie verknüpft sind. Dazu haben deutschlandweit Forschungsinstitutionen, die auf diesem Gebiet arbeiten, Beiträge über ihre Arbeit zur Verfügung gestellt.

Diese Führung soll Ihre Vorbereitung für einen Besuch der Ausstellung mit Ihren Schülern unterstützen und Ihnen Möglichkeiten aufzeigen, wie die Ausstellung mit Schulklassen genutzt werden kann. Selbstverständlich können Sie alle Stationen ausprobieren, es wird ausgiebig Gelegenheit für Austausch und Fragen geboten.

 


23.11.2017

13:00 - 14:30 
Baustein 4: 
Sonderführung durch die Ausstellung „Einstein inside — 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“

Eine Führung durch die Sonderausstellung „Einstein inside — 100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie“ bildet den Abschluss dieser Veranstaltung. Die Ausstellung beleuchtet die Allgemeine Relativitätstheorie im wissenschaftlichen und historischen Kontext und stellt aktuelle Forschungsgebiete dar, die eng mit der Relativitätstheorie verknüpft sind. Dazu haben deutschlandweit Forschungsinstitutionen, die auf diesem Gebiet arbeiten, Beiträge über ihre Arbeit zur Verfügung gestellt.

Diese Führung soll Ihre Vorbereitung für einen Besuch der Ausstellung mit Ihren Schülern unterstützen und Ihnen Möglichkeiten aufzeigen, wie die Ausstellung mit Schulklassen genutzt werden kann. Selbstverständlich können Sie alle Stationen ausprobieren, es wird ausgiebig Gelegenheit für Austausch und Fragen geboten.

 


23.11.2017

14:45 - 16:45 
Baustein 2: 
ART konstruktiv und handlungsorientiert

Leider gibt es keine Experimente zur Relativitätstheorie, die in der Schule durchgeführt werden können. Das macht es besonders schwierig, die Relativitätstheorie be-greif-bar zu machen.

Im Rahmen eines kleinen Workshops wird es um eine Möglichkeit gehen, wie Relativitätstheorie in konstruktiver und handlungsorientierter Weise vermittelt werden kann. Dabei werden die Konzepte der Karte und der Metrik eine zentrale Rolle spielen. Am Ende sollen die Schüler in der Lage sein, zwei der klassischen Test der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Lichtablenkung und den Shapiro-Effekt, qualitativ zu beschreiben und, wenigstens grundsätzlich, auch quantitativ zu berechnen.

Die wesentlichen Schritte dabei sind:

  • Einführung von Lichtablenkung und Shapiro-Effekt, Versuch eine Newtonschen Deutung
  • Konzept der Metrik anhand einer Erdkarte
  • Übertragung des Konzepts auf die Geometrie der Äquatorebene eines (nicht-rotierenden) Schwarzen Loches
  • Einbeziehung der gravitativen Zeitdilatation
  • Bestimmung der optimalen Bahn für Lichtstrahlen („Lichtablenkung“)
  • Berechnung des Shapiro-Effekts

Bitte Lineal und einen Taschenrechner (Smartphone mit Taschenrechner-App geht natürlich auch) mitbringen.

Letzte Änderung: 17.11.17

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