Welle - Teilchen

Numerische Relativitätstheorie

Welle - Teilchen
Foto: https://pixabay.com/de/welle-teilchen-physik-abstrakt-3488466/

Gravitation ist eine der vier fundamentalen Wechselwirkungen in der Physik. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie enthält Newtons Gravitationstheorie als klassischen Grenzfall und beschreibt die Gravitation als Krümmung der Raumzeit. Experimente haben die Allgemeine Relativitätstheorie in hoher Genauigkeit bestätigt, z.B. für die Ablenkung von Lichtstrahlen und Zeitmessungen im GPS. Sie beschreibt Schwarze Löcher, den Urknall und Gravitationswellen.

Einsteinsche Feldgleichung Einsteinsche Feldgleichung

In der numerischen Relativitätstheorie werden die Einsteinschen Feldgleichungen auf dem Computer gelöst.

Das numerische Lösen dieser 10 gekoppelten, hochgradig nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen ermöglicht die Untersuchung

  • physikalischer Eigenschaften astrophysikalischer Systeme wie die Verschmelzung schwarzer Löcher oder Neutronensterne.
  • mathematischer Eigenschaften von Raumzeiten wie etwa Geometrie oder Horizonte.

Die numerische Relativitätstheorie ergänzt analytische Methoden und Störungstheorie, und ermöglicht die Berechnung von Phänomenen, die nicht mittels anderer Methoden untersucht werden können.

Von besonderem Interesse ist die Berechnung von Gravitationswellen. Während Methoden der Störungstheorie die Wellenformen in der Phase des Einspiralens binärer schwarzer Löcher liefert, ist es in der numerischen Relativitätstheorie möglich, Wellenformen der Verschmelzungsphase zu bestimmen. Diese simulierten Gravitationswellensignale sind hilfreich bei der Detektion von Gravitationswellen.

Das Lösen der Einsteinschen Feldgleichungen auf dem Computer ist eine große Herausforderung. Es ist erforderlich, viele verschiedene Themenfelder abzudecken.

  • Physik ist das Ziel, jedoch auch essentiell, um die Ergebnisse numerischer Simulationen zu verstehen und zu interpretieren.
  • Simulationen werden auf Hochleistungsrechnern ausgeführt, damit diese in angemessener Zeit abgeschlossen werden können
  • Mathematik wird benötigt, um die Einsteinschen Feldgleichungen in ein wohlgestelltes Anfangswertproblem umzuschreiben.
  • Numerik stellt Methoden hoher Genauigkeit bereit, um die Einsteingleichungen zu diskretisieren und Lösungen zu berechnen.

Arbeitsgruppe

Prof. Dr. Bernd Brügmann Inhalt einblenden
Prof. B. Brügmann Foto: B. Brügmann

Werdegang

  • 1987. M.S. in Mathematik, Syracuse University, USA
  • 1993. Ph.D. in Physics, Syracuse University, USA
  • 1993 - 1995. MPI für Physik, München
  • 1995 - 2002. MPI für Gravitationphysik, Potsdam
  • 2002 - 2004. Associate Professor, Penn State University, USA
  • seit 2004 Professor, Lehrstuhl für Gravitationstheorie, FSU Jena
Prof. Dr. Sebastiano Bernuzzi Inhalt einblenden
S. Bernuzzi Foto: S. Bernuzzi

Werdegang

  • 2009 PhD in Theoretischer Physik, Universität Parma, Italien
  • 2009-2014 Postdoc am TPI
  • 2014-2015 Senior Postdoc at TAPIR/Caltech
  • 2014-2017: Rita Levi Montalcini fellow, Universität Parma, Italien
  • 2017: Habilitation
  • 2017-2018 Associate Professor, Universität Parma, Italien
  • 2017-2022 ERC-StG fellow
  • seit 2018 Professor am TPI
Francesco Fabbri Inhalt einblenden

Werdegang

  • 2014-2017: M.Sc. Astrophysik und Kosmologie an der Università degli Studi di Trieste (University of Trieste), Thema: General Relativistic Simulations of Binary Neutron Stars Mergers: An Engine for Short Gamma Ray Bursts (at University of Trento)
  • Seit 2017: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am TPI
Maximilian Kölsch Inhalt einblenden
Maximilian Kölsch Foto: M. Kölsch

Werdegang

  • 2011-2017: 1. Staatsexamen Mathematik und Physik
  • 2015-2017: Erweiterungsprüfung Astronomie
  • Seit 2017: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am TPI
Sarah Renkhoff Inhalt einblenden

Werdegang

  • 2016 - 2018: M.Sc. Physik am TPI Jena, Masterarbeit: "Apparent Horizons in Numerical Spacetimes: A New Apparent Horizon Finder for bamps"
  • Seit 2018: Wissenschaftliche Mitarbeiterin am TPI
Ondrej Zelenka Inhalt einblenden

Werdegang

  • 2017-2019: M.Sc. Theoretical Physics, Charles University in Prague, Masterarbeit: "Dynamics of spinning test particles in curved spacetimes"
  • Seit 2019: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am TPI
Daniela Cors Inhalt einblenden

Werdegang

  • 2017-2018: M.Sc. Physics at University College London, UK. Research project: "Derivation of the Lorentz force law from the Einstein-Maxwell field equations".
  • Seit 2019: Wissenschaftliche Mitarbeiterin am TPI.
Florian Atteneder Inhalt einblenden

Werdegang

  • 2017-2019: M.Sc. Physik an der Karl-Franzens-Universität Graz (Österreich), Masterarbeit: „The rotating mass shell in the general theory of relativity“
  • Seit 2020: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am TPI.

Ehemalige Mitarbeiter und Doktoranden

Dr. Niclas Moldenhauer Inhalt einblenden
Dr. Tim Dittrich Inhalt einblenden
Dr. Marcus Bugner Inhalt einblenden
Dr. Hannes Rütter Inhalt einblenden
  • Bis 2018: Wissenschaftliche Mitarbeiterin am TPI, Promotion
  • Danach: Postdoc am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, Potsdam)
Reetika Dudi Inhalt einblenden
  • Bis 2019: Wissenschaftliche Mitarbeiterin am TPI
  • Danach: Postdoc am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, Potsdam)
Vivek Chaurasia Inhalt einblenden
  • Bis 2020: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am TPI
  • Danach: Postdoc an der Universität Stockholm
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