Funktioniert so Gravitation?
Größere Dinge ziehen kleinere Dinge an. Massemäßig. Relativitätstheorie.
Schön und gut. Aber wie genau es funktioniert kann niemand sagen. Also habe ich etwas genauer darüber nachgedacht.
Wenn jetzt ein Objekt im Universum die Raumzeit krümmt, dann tut es das ja in alle Richtungen.
Ich habe ein vereinfachtes Bild gemalt mit nur 4 Richtungen um es aufzuzeigen.
Bei Krümmung der Raumzeit entsteht eine Zone um das Objekt in der kein Raum mehr vorhanden ist.
Mehrdimensional hat Masse also keinen Berührpunkt im Raum. Der Raum wird durch Masse abgestoßen.
Betrachtet man das wiederum Mehrdimensional im Sinne Kopf bewegt sich nach rechts, gleichzeitig aber auch nach links
Wird der Raum auch angezogen.
Deshalb bewegen wir uns in Richtung Mitte der Masse.
Was sagt ihr?
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Hallo Munzmann,
die Physik kann eine Menge Phänomene erklären, indem sie sie auf grundlegendere sowie auf fundamentale Prinzipien zurückführt. Auf einer fundamentalen Ebene¹) erklärt sie allerdings nicht, sondern beschreibt. Zum Beispiel die Gravitation.
Nein, die Anziehung ist immer gegenseitig. Das gilt für jede Kraft. Wenn meine Schwester und ich mit meiner doppelten Masse (genauer: Träger Masse²)) auf einer Eisfläche stehen und die Enden eines Seils halten, ist es egal, wer zieht und wer nur festhält oder ob wir beide ziehen; in jeden Fall setzen wir uns beide in Bewegung, sie halt doppelt so sehr wie ich. Die Kraft, die wir aufeinander ausüben, ist aber gleich groß und wirkt in entgegengesetzte Richtung. Das ist NEWTONs Wechselwirkungsprinzip.
Naaaa. Es ist die NEWTONsche Mechanik (NM), die sie als eine durch die Schwere Masse³) vermittelte Kraft beschreibt. Auf ähnliche Weise wird nach COULOMB auch die durch die elektrische Ladung vermittelte Kraft beschrieben.
Allerdings fiel schon GALILEI auf, dass alle Körper grundsätzlich gleich beschleunigt werden und nur so etwas wie Luftwiderstand einen Unterschied macht. Das heißt, Schwere Masse und Träge Masse ist dasselbe.
Diese Eigenschaft teilt die Gravitation nur mit den Trägheitskräften, die eigentlich keine richtigen Kräfte sind. Diese Erkenntnis schlägt sich in EINSTEINs Äquivalenzprinzip (ÄP) nieder:
Das ÄP gilt allerdings nur in zeitlich und räumlich kleinem Maßstab, und dies auch nur näherungsweise. In realen Gravitationsfeldern treten nämlich Gezeitenkräfte auf, und die Gravitationsfeldstärke nimmt mit wachsendem Abstand von einem schweren Körper ab.
Hier setzt EINSTEINs Allgemeine Relativitätstheorie (ART) an; sie beschreibt Gravitation nicht länger als Kraft, sondern als innere Krümmung der Raumzeit als Mannigfaltigkeit (mehrdimensionale Verallgemeinerung einer Fläche). Damit ist keine Verbiegung in einem höherdimensionalen Raum gemeint; ich kann ein Blatt Papier verbiegen; dadurch ist es noch lange nicht in sich gekrümmt, denn es gibt Geodätische (Linien)⁵), die überall parallel verlaufen, und wenn man aus Geodätischen ein Dreieck bastelt, ist dessen Winkelsumme 180°.
In einer negativ gekrümmten Fläche wie einer Sattelfläche tendieren Geodätische dazu, auseinanderzulaufen; in einer positiv gekrümmten Fläche wie einer Kugeloberfläche tendieren sie dazu, zusammenzulaufen; die Meridiane zum Beispiel sind am Äquator alle parallel, laufen aber an den Polen zusammen.
Der Weg eines Köpers (genauer: seines Schwerpunkts) durch die Raumzeit heißt seine Weltlinie (WL). Sie ist dann geodätisch, wenn der Körper inertial ist, d.h. keiner Beschleunigung unterliegt (bzw. nur, im NEWTONschen Sinne, durch Gravitation beschleunigt wird). Ein Beispiel dafür ist der Schwerpunkt der Erde bzw. Erdmittelpunkt.
Die WLn von Körpern, die sich relativ zueinander nicht bewegen, sind parallel. Wenn wir die Drehung der Erde um die eigene Achse außer Acht lassen, gilt dies für die WLn des Erdmittelpunkts und eines Beobachters auf der Erdoberfläche. Allerdings ist letztere nicht geodätisch, der Beobachter spürt ja Gewicht.
Dafür ist die WL eines Beobachters während eines – z.B. vertikalen – Sprungs geodätisch.
Ein – natürlich sehr unvollkommenes – Modell dafür ist eine Kugeloberfläche, wobei der Längengrad für die Zeit steht, der Äquator für die WL des Erdmittelpunkts und die WL eines an der Erdoberfläche stehenden Beobachters durch einen Breitenkreis, z B. ein nördlicher. Der ist parallel zum Äquator und offensichtlich nicht geodätisch. Man kann sich eine Mauer um den Breitenkreis vorstellen, der alles, was ihn entlang geht oder fährt und “geradeaus will”, ständig nach norden drückt und ein Abdriften nach Süden blockiert wie die Erdoberfläche einen Fall in die Erde hinein.
Einem waagerechten Sprung entspricht eine Reise zwischen zwei Punkten auf unserem Breitenkreis entlang eines Großkreises, der auf einer Mercator- Karte wie ein Umweg nach norden aussehen würde. Aber es ist kein Umweg, es ist der direkteste Weg.
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¹) Natürlich kann man nicht ausschließen, dass sich etwas, das zu einer Zeit als fundamental gilt, später als erklärbar bzw. herleitbar erweist.
²) Damit ist das Verhältnis zwischen der auf einen Körper ausgeübte Kraft und die Beschleunigung (= Änderung der Geschwindigkeit nach Betrag oder/ und Richtung) gemeint.
³) Die “Gravitations- Ladung”; sie ist gleich der Trägen Masse, wurde zu NEWTONs Zeiten aber begrifflich von ihr unterschieden.
⁴) Das ist die 1D-Beschleunigung, die das Fahrzeug jeweils in seinem momentanen Ruhesystem erfährt, d.h. in einem Koordinatensystem, in dem es sich gerade nicht bewegt. Die 1D- Beschleunigung a relativ zu einer nicht mitbeschleunigten Bezugs-Uhr U entspricht nämlich nur bei im Vergleich zum Lichttempo c kleinen 1D-Geschwindigkeiten v diesem α; sie wird immer kleiner, je mehr v sich c nähert. Das geht aus der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) hervor.
⁵) Das sind die geradesten in einer Fläche verlaufenden Linien; auf einer Zylindermantelfläche können das längs verlaufende Geraden, schräg verlaufende Schraubenlinien oder quer verlaufende Kreise sein, auf einer Kugeloberfläche sind es Großreise.
Vielen Dank für den Stern!
Nicht so ganz. Einiges richtiges dabei…
Nach heutigem Kenntnisstand funktioniert Gravitation nicht anziehend in dem Sinne. Deine Erläuterung und Skizze ist nur bedingt richtig. Aber es stimmt, die Gravitation birgt auch heute noch viele Rätsel.
Wirkliche Anziehung finden wir bei der starken Kernkraft welche den Atomkern (Protonen/ Neutronen) zusammenhält oder der elektromagnetischen Kraft.
Wie wir es heutzutage verstehen ziehen makroskopische Objekte sich nicht direkt an. Wie du richtig erwähnst krümmen sie den Raum, 3 dimensional. Das Bild des Tuches in dem eine Kugel eine Kuhle bildet, was aber nur 2 dimensional ist. Diese Krümmung im Tuch muss man sich, mal bezogen auf eine perfekte Kugel, wie ein Sphäre rund um die ganze Kugel verstehen. Ohne Animation schwer zu visualisieren.
Der Raum bleibt dabei erhalten, er wird durch Massen nur verzerrt, wobei auch das kleinere Objekt den Raum verzerrt. Am Rand dieser Verzerrung bewegen sich in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit andere Objekte. Dadurch werden sie aneinander gebunden. Das Wechselspiel zwischen unserer Sonne und ihrer Planeten bewirkt, dass auch die Sonne etwas hin und her eiert.
Bin mir nicht sicher was du mit „Berührpunkt“ meinst. Raum ist allgegenwärtig da, gekrümmt oder nicht. Selbst ein Atom besteht zu über 99% aus „leeren“ Raum.
Der erste Teil ist schon nicht ganz richtig. Massen ziehen sich allgemein an, also nicht nur die große die kleine Masse, sondern auch umgekehrt.
Was würde dein Modell erklären oder beschreiben, was andere Modelle nicht können? Welche Vorhersagen kannst du damit machen?
Was meinst du damit, dass kein Raum mehr um das Objekt vorhanden ist? Meinst du damit, dass der Raum sehr klein wird oder einfach nicht mehr messbar ist, also eine 0 Ausdehnung hat?
Letztendlich ist der Raum etwas abstraktes, damit wir etwas geometrisch beschreiben können. Die Allgemeine Relativitätstheorie basiert auf der Grundlage der riemannschen Geometrie. Diese beschreibt unter anderem nicht-lineare Räume. Ich weiß nicht, ob es mathematisch Sinn macht einen Raum zu haben, der nicht stetig ist, also quasi Lücken besitzt.
Da beißt sich die Katze in den Schwanz. Du nutzt diese Geometrie, um die Gravitation zu beschreiben, kannst das aber nicht mehr, weil es keinen Raum mehr gibt, mit der du die Gravitation beschreiben kannst.
Das ist aber nur mein bescheidenes Ingenieurswissen. Vllt ist hier ja auch ein Physiker, der so etwas kennt.
Kannst du deine Hypothese einmal bitte mathematisch beschreiben?
Die Masse befindet sich nach wie vor im Raum. Es ist der Raum selbst, der gekrümmt ist (wie eine Luftballonhülle, auf die man mit dem Finger drückt), und auch die Zeit wird gekrümmt.
Solange man nicht gerade von der Umgebung eines Schwarzen Loches oder Neutronenstern spricht, merkt man die Krümmung des Raumes kaum. Man merkt aber sehr deutlich, dass die Zeit näher an der Masse langsamer vergeht als weiter entfernt. Das kann man direkt nur mit sehr, sehr genauen Uhren messen (bei GPS spielt es eine gewisse Rolle), aber die Gravitation merkt man sehr deutlich.
Weit weg von allen Massen bleibt eine ruhende “Probemasse”, die keinen äußeren Kräften ausgesetzt ist, in Ruhe (gegenüber einem Beobachter, auf den ebenfalls keine äußere Kräfte wirken). Durch die merkwürdige Geometrie der gekrümmten Zeit sieht aber die kräftefreie Bewegung in der Nähe einer Masse wie eine beschleunigte Fallbewegung aus, und entsprechend wird die räumliche Ruhe gegenüber der Masse durch eine Kraft in Gegenrichtung aufrecht erhalten.
Gravitation und magnetismus sind die selbe Kraft!
Der Magnetismus lässt sich auf den Elektronen Spin ableiten und Gravitation auf den Dreh Impuls.
Sowohl Magnetismus als auch Gravitation folgen beide dem proportionalitäts Quadrat Gesetz.
Ein Stattisch geladener Kunststoff stab krümmt einen Wasser Strahl am Wasser Hahn.
Der selbe Effekt wird auch mit Gravitation erklährt mit Ebe und Flut.
Alle Anzieh und abstoß kräfte lassen sich auf den Dreh Impuls ableiten!
Unfug³ = Unfug hoch drei
Die Relativitätstheorie steht in keinem Fall im Zusammenhang mit irgendwelchen gravitativen Eigenschaften.
Auch hiermit liegst du falsch.
Wenn du sagst, dass niemand sagen kann, wie das mit der Gravitation genau funktioniert, dann liegst du fast richtig. Aber eben nur fast.
Denn es ist tatsächlich so, dass die „Experten“ die Erklärung, die ich dir jetzt gebe, einfach nur nicht akzeptieren wollen, weil sie sonst um ihre selbst ernannte Kompetenz bangen müssen. Denn wenn keiner wirklich etwas weiß, dann gilt immer nur das, was der übliche „Platzhirsch“ sagt.
Also – was ist Gravitation?
Damit wir ein Objekt überhaupt im Raum erkennen können, müssen wir den Raum derart kennzeichnen, dass wir irgendwie ein Ding erkennen. Wir werden von einem zentralen Punkt aus die drei uns bekannten räumlichen Richtungen (Dimensionen) in eine weitere Dimension krümmen, die man im raumzeitlichen Sinne als 4. bzw. als Zeit verstehen möchte.
Für eine einfach horizontal ausgerichtete Gerade bedeutet das, dass sie z.B. in eine andere Richtung gedrängt wird. Was aber so viel bedeutet, dass die Horizontale um jenen Betrag verkürzt wird, um den sie in die Vertikale gedrängt wird und dort den Abstand zum zentralen Punkt verlängert.
Hierbei stehen sich also die schwarze Horizontale A im rechten Winkel zur roten Vertikalen B gegenüber. Wenn dann auf der Linie von A die räumlichen Abstände kontrahiert werden, dann wird der Abstand vom Zentrum bis zum horizontalen Ende mit 1/r² skaliert sein.
https://www.youtube.com/watch?v=2vlDFztpYZg
Wobei dann das vertikale Ende der roten Linie B sich weiter entfernt bzw. der Abstand sich ausdehnt. Wenn wir dann registrieren, dass die rote Vertikale B die zeitlichen Anteile darstellt und die Horizontale A die räumlichen Anteile darstellt, dann wird die Hypotenuse C das Verhältnis der beiden Größen zueinander darstellen, was wir als Geschwindigkeit bezeichnen.
Die Hypotenuse wird also um den Betrag der Wurzel (2) größer sein als irgendeiner der beiden Schenkel.
Diese wäre quasi die eindimensionale Erklärung der verkürzenden Wirkung einer Raumkrümmung, weil wir die Zeit nicht sehen können. Es ist also nicht so, dass der Raum im Nirwana der raumzeitlichen Vorstellung verloren geht oder von dort verdrängt wird, sondern die Verhältnisse verschieben sich derart, dass wir die in die 4. Dimension gekrümmten Anteile einfach nur nicht sehen können, weil die 4.Dimension immer rechtwinklig zur Bewegungsrichtung steht.
Es ist also nicht so, dass da etwas den Raum verdrängt, sondern dass sich das Volumen nur anders verteilt. Es ist aber immer noch nur jene Krümmung, die sich als Objekt im Raum damit strukturell kennzeichnet, dass alle Abstände von innen nach außen mit dem umgekehrt proportionalen Quadrat der Entfernung skaliert sind.
Somit bildet sich eine endliche Sphäre, innerhalb der überhaupt etwas wirken kann. Jener Radius dieser 4D-Sphäre ist nun aber ausschließlich von räumlicher Natur. Die Endlichkeit des Radius ist keineswegs zeitlich bedingt. Somit sollte eigentlich auch verstanden werden, dass der Rand der Wirksamkeit auch im ruhenden Zustand gegenwärtig ist. Womit er dem typisch raumzeitlich orientierten Vorstellungsmodell widerspricht, dass Ort und Impuls niemals gleichzeitig gegenwärtig sein können.
Somit ist diese strukturelle Art der räumlichen Kennzeichnung das eigentliche Objekt unserer Betrachtung und nicht ein externes Objekt, das den Raum verdrängt und dessen Substanz dann noch einer weiteren Erklärung bedarf.
Die Wirkung dieser Struktur auf die Bewegungsrichtung anderer Objekte ist dann jenes, was du unter Anziehung verstehst, denn die Abstände in Richtung Zentrum sind immer kürzer als die äußeren Abstände, womit die Punkte innerhalb des Objekts früher erreicht werden als die äußeren.
Diese Erklärung geht zwar noch viel weiter, aber die Länge einer Antwort ist hier bei gutefrage.de limitiert.
Daher lese weiter, wenn es dich interessiert:
Du hast es doch schon stehen. Ein Objekt krümmt die Raumzeit. Eine Gerade Bewegung in einer gekrümmten Raumzeit sieht gekrümmt, sprich Parabelförmig aus.
Damit hast du das bereits erklärt.
Super, der Knobelpreis ist dir sicher.