Relativistische n-Körper-Simulation. Gravitationswellenforschung am Laptop durch hocheffiziente Java-Programmierung

Projektarbeit aus dem Jahr 2016 im Fachbereich Physik - Astronomie, , Veranstaltung: Jugend Forscht Landeswettbewerb Bayern, Sprache: Deutsch, Abstract: n-Körper-Simulationen gibt es viele, doch die wenigsten berücksichtigen die auf den ersten Blick unscheinbare Konstante c - die Lichtgeschwindigkeit. Dass bewegte Massen schwerer sind, ist eine der einfachen Folgen, die sich mit etwa zehn Zeilen Quellcode bewältigen lässt. Aber c verursacht noch ein weiteres Problem, ein sehr viel schwierigeres, das man erst bei genauerem Hinsehen bemerkt: Nichts kann sich schneller als c ausbreiten, eben auch nicht die Gravitation selbst. Während sich durch die bewegte Masse die Periheldrehung erklären lässt, ist die begrenzte Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitation in Kombination mit der Zeitdilatation Ursache für Gravitationswellen, die mit meinem Programm untersucht werden können. Mein Programm kann sowohl Sonnensysteme als auch Kollisionen von Sternhaufen und Galaxien mit mehreren tausend Körpern klassisch oder relativistisch berechnen. Je nach Prozessorleistung sind bei Desktopcomputern bis zu 15 Millionen Rechenschritte pro Sekunde möglich. Es enthält zudem verschiedene zuschaltbare Module, mit denen man beispielsweise die Raumkrümmung visualisieren kann oder zusätzliche Informationen zu den Körpern wie Flugbahn, Geschwindigkeit oder Gruppierungen von Körpern anzeigen kann.

Moritz Lehmann ist der Programmierer hinter Projekten wie "PhysX3D" und "SoundFFT". Er wurde 1997 in Bayern geboren. Im Alter von 16 Jahren brachte er sich selbst das Programmieren anhand von Softwareprojekten bei. Nach dem Abitur im Jahr 2015 begann er sein Physikstudium in der Universität Bayreuth, wo er derzeit nebenbei als Tutor, Korrektor und Software-Entwickler arbeitet. Während des Studiums begegnete er Themen wie Echtzeit-3D-Rendering, künstlicher Intelligenz in Form neuronaler Netzwerke, GPU-beschleunigten Vielteilchensimulationen, der Visualisierung von Datenbanken, physikalischen Simulationen, der numerischen Fouriertransformation zur Frequenzanalyse von Audio in Echtzeit sowie der Visualisierung von mathematischen Zahlenmengen mithilfe von Grafikkarten-Programmierung.