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Thomas Reiber

• Die vorliegende Dissertation möchte einen intuitiven Zugang zum Verständnis der allgemeinen Relativitätstheorie bieten. Dazu wird die gekrümmte Raumzeit eines rotierenden schwarzen Loches visualisiert, deren Geometrie durch die Kerr-Metrik beschrieben wird. Die Kerr-Raumzeit stellt eine rotationssymmetrische Vakuumlösung der Einsteinschen Feldgleichungen dar. In dieser Arbeit liegt ein besonderer Fokus auf dem Innenraum des schwarzen Loches, wie er durch die maximale analytische Erweiterung der Kerr-Raumzeit beschrieben wird. In den im Rahmen dieser Arbeit erstellten Videos wird die visuelle Wahrnehmung eines im Gravitationsfeld eines schwarzen Loches (in den meisten Fällen) frei fallenden Beobachters auf verschiedenen Bahnen um oder durch ein rotierendes schwarzes Loch wiedergegeben. Die Videos geben hierbei einen Überblick über alle möglichen Flugbahnen. Die Erstellung der Einzelbilder der Videos erfolgte mit Hilfe von Ray-Tracing. Bei diesem Verfahren werden die Bahnen der beim Beobachter eintreffenden Lichtstrahlen zurück bis zum Objekt berechnet. Die für die Berechnung der Videos notwendigen mathematischen Konzepte der zugrundeliegenden Theorie werden im ersten Teil der Arbeit ausführlich diskutiert und erläutert. Im zweiten Teil werden die Ergebnisse der Berechnungen in Form von Bildern und Videos präsentiert und ausführlich beschrieben.
• This PhD thesis aims at establishing an intuitive access to the understanding of General Relativity. For this purpose the curved spacetime of a rotating black hole with a geometry described by the Kerr metric is visualized. Kerr spacetime is a vacuum solution of the Einstein field equations possessing axial symmetry. In this work there is a certain focus on the black hole interior as described by the maximal analytic extension of Kerr spacetime. The videos produced during this work present the visual perception of an observer in free fall (in most cases) in the gravitational field of a black hole, travelling on various paths around the black hole as well as through its interior. The videos give an overview over all possible paths. For the calculation of the images ray tracing is used. In this method the paths of the light rays are traced from the observer back to the source. The first part of the thesis deals with the mathematical concepts of the underlying theory that are necessary for the calculation of the images. The second part is dedicated to a detailed presentation and discussion of the resulting pictures and videos.