Einführung

Innerhalb Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wird die Gravitation geometrisch in Form einer vierdimensionalen gekrümmten Raumzeit beschrieben, die durch die mathematische Sprache der Differentialgeometrie ausgedrückt wird. Auf Grund der Krümmung der Raumzeit werden Lichtstrahlen durch Gravitationsquellen abgelenkt. Das Verbiegen der Lichtstrahlen kann durch nichtlineares Ray-Tracing berücksichtigt werden. Auf diese Weise können Bilder erzeugt werden, so wie sie von einem Beobachter, d.h. einer Kamera, unter dem Einfluss eines Gravitationsfeldes gesehen werden.

Allgemeinrelativistisches Ray-Tracing kann als Basis für vielfältige Visualisierungstechniken auf dem Gebiet der Gravitationsphysik dienen. Erstens bietet Ray-Tracing einen intuitiven Zugang zu numerischen oder analytischen Ergebnissen der Gravitationsphysik, was insbesondere für die Darstellung für Kollegen oder auch einer breiteren Öffentlichkeit hilfreich ist. Zweitens erlaubt es eine systematische Untersuchung von Lichtstrahlen und damit der zu Grunde liegenden Geometrie der Raumzeit. Drittens können fraktale Strukturen für die Lichtstrahlen identifiziert werden. Viertens können die Eigenschaften einer Gravitationslinse untersucht werden, insbesondere deren Kaustiken.

Allgemeinrelativistische rotierende Scheibe

Ein Beispiel für allgemeinrelativistisches Ray-Tracing ist die Visualisierung der starr rotierenden Staubscheibe.

Ansprechpartner

Ansprechpartner: Daniel Weiskopf

Bibliographie

[1] D. Weiskopf, M. Ansorg: Visualization of the General Relativistic Rigidly Rotating Disk of Dust, Annalen der Physik, 9 (2000) Spec. Issue, 179-18

[2] D. Weiskopf: Four-Dimensional Non-Linear Ray Tracing as a Visualization Tool for Gravitational Physics, IEEE Visualization 2000 Proceedings, T. Ertl, B. Hamann, A. Varshney (eds.), ACM Press, Oktober 2000, 445-448.