Einer der wichtigsten Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie ist die gravitative Rotverschiebung. Mit diesem Ausdruck ist die Tatsache gemeint, dass die Zeit in einem Feld der Schwerkraft langsamer vergeht als außerhalb des Feldes. Sie ist mit der Zeitdilatation der speziellen Relativitätstheorie verwandt.
Die gravitative Rotverschiebung ist leicht zu verstehen, wenn man von der Gleichheit von träger und schwerer Masse ausgeht. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie verhalten sich nicht nur Massen in einem Schwerefeld genau so wie bei einer Beschleunigung, sondern alle physikalischen Gesetzmäßigkeiten verhalten sich unter beschleunigten Bewegungen ebenso wie in einem Schwerefeld. Wenn also in einem beschleunigten System die Zeit je nach Postition unterschiedlich schnell geht, dann muss das im Schwerefeld ebenso sein. Nach der speziellen Relativitätstheorie kann man nun berechnen, wie sich zwei Uhren in einem beschleunigten System zueinander verhalten. Die Uhr, in deren Richtung die Beschleunigung erfolgt, geht schneller als die Uhr am hinteren Ende des beschleunigten Systems. (hier ist eine Rechnung dazu). Die Trägheitskraft wirkt bei solch einer Beschleunigung nach hinten, so dass die hintere Uhr einer Uhr im inneren eines Schwerefeldes entspricht. Die vordere, schneller laufende Uhr entspricht der Uhr außerhalb des Feldes. Uhren gehen also innerhalb eines Schwerefeldes langsamer.
In der speziellen Relativitätstheorie heißt der Effekt, dass Uhren unterschiedlich schnell laufen Zeitdilatation. In der allgemeinen Relativitätstheorie spricht man dagegen von einer gravitativen Rotverschiebung das hängt damit zusammen, dass atomare spektroskopische Übergänge im Schwerkraftfeld langsamerer Schwingungen haben und sichtbare Spektrallinien dadurch zu den langen Wellenlängen des roten Lichts verschoben erscheinen. Diese Rotverschiebung kann experimentell an atomaren Linien der Sonne oder einiger Sterne gemessen werden. Solche Messungen stimmen hervorragend mit den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie überein und bestätigen die Theorie damit.
Viel direktere Bestätigungen der gravitativen Rotverschiebung sind heute mit modernen Atomuhren möglich. Diese Uhren sind so genau, dass man den Effekt schon eindeutig nachweisen kann, wenn man eine Uhr nur wenige Tage auf dem Kölner Dom platziert und dann mit einer Uhr am Boden vergleicht. Auch an den Uhren des Global Positioning Systems (GPS) wird die gravitative Rotverschiebung heute eindeutig beobachtet. Erste Experimente, die Atomuhren zum Nachweis der allgemeinen Relativitätstheorie einsetzten fanden Anfang der siebziger Jahre statt, indem Atomuhren in Flugzeugen um die Erde geschickt wurden oder stundenlang in großer Höhe kreisten.
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Letzte Änderung: 14.04.2007