Gravitation (Schwerkraft) — Wo kommt sie her? Warum gibt es sie überhaupt?
Die Frage klingt vielleicht ein bisschen dumm. Ich würde gerne erklärt haben wollen von jemandem, der sich auskennt, was eigentlich Gravitation bewirkt, wo kommt sie her, warum gibt es sie überhaupt?
7 Antworten
Ich seh's mittlerweile so: Wir als (winzige) Teilmenge des Universums können niemals alle Informationen des gesamten Universums aufnehmen, erkennen, speichern. Wir sehen, erkennen schon deswegen nie die Dinge selbst, sondern nur einige Eigenschaften der Dinge, auch nur, wie unsere (auch technischen) Sinne dies hergeben.
Was wir können, ist Modelle, Theorien erstellen, mit denen man Vorhersagen, "Blicke in die Zukunft" machen kann. Eine absolute Genauigkeit gibt es aber nicht, auch deswegen, weil diese Modelle immer nur ein Teilaspekt des Gesamten sein können.
Anders gesagt, auch Einsteins Raumkrümmung erklärt nicht, was Gravitation ist, sondern umschreibt die erkennbaren Wirkungen mit einem Modell, einer Theorie. Nicht mehr und nicht weniger.
Was sind elektromagnetische Felder, Kernkräfte, Elementarteilchen? Gerade bei letzteren scheint's mir, die Natur veräppelt uns geradezu indem sie da immer komplexere Theorien erfordert. Etwas endgültiges wird sich da m. E. nicht finden lassen. Na, vielleicht irre ich mich ja...
Die immense Größe des Universums, die maximal mögliche (Licht-)Geschwindigkeit usw. erzwingen m. E. geradezu eine völlig neue Sichtweise bez. dessen was das Universums wirklich ist. Unsere Wahrnehmung des Universums beruht nahezu vollständig auf Elektromagnetische Sachen, Licht usw. Vielleicht ist das schlicht eine Sackgasse!? Gut, eine Lösung habe auch ich nicht. Noch nicht... 😎
Denn je weiter unten man in der "Wissenschafts-Hierarchie" ankommt, desto dogmatischer werden die Antworten.
Das ist leider wahr, erlebe ich auch nicht selten (hier).
Wir sehen, erkennen schon deswegen nie die Dinge selbst,...
Wahrscheinlich ist die Frage nach den Dingen an sich überhaupt müßig.
...auch Einsteins Raumkrümmung erklärt nicht, was Gravitation ist, ...
Das ist richtig, allerdings ist es Krümmung der Raumzeit. Die lässt sich schon in alltäglichen Situationen feststellen (die Weltlinien massiver Körper tendieren zum Zusammenlaufen, obwohl sie beide geodätisch sind), während sich die Raumkrümmung erst bei ziemlich starker Gravitation bemerkbar macht (Gravitationslinseneffekt).
Wenn das Ding an sich niemals erkennbar ist, wird man auch niemand je eine korrekte Antwort bekommen.
Raumzeit — natürlich. Warum so kleinlich?
Das ist nicht kleinlich. Die Idee der Gravitation als Krümmung funktioniert nur so.
Aber danke für die Präsentation Deines Wissens! 😎
Das klingt fast so, als hätte ich angeben wollen. Dem ist nicht so. Ich will Jeden, der sich entfernt für ART interessiert, wissen lassen, was mit Krümmung genau gemeint ist und was nicht.
Es richtet sich auch gegen das Modell von Murmeln auf einem elastischen Tuch; dieses Modell ist nachgerade Desinformation; es bringt Leute davon weg, die Grundaussagen der ART zu verstehen. Die Murmeln werden der echten Gravitation der Erde unter dem Tuch folgen, nicht der Krümmung des Tuches, wie es sein sollte.
Warum sollte gerade die einzige Existenz die es vermag überflüssige Dinge zu tun und überflüssig ist die Definition von grausam, fähig sein dies zu verstehen? Vielleicht ist es ja auch überflüssig dies zu können. Es dient keinem Zweck. Es sind immer Mutmaßungen, die man beweisen wollte. Brillante Mutmaßungen die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit richtig sein könnten. In unserer Wahrnehmung, der Wahrnehmung eines jeden, in der ein jeder alleine ist. Ich glaube nicht, dass es unendlich ist. Das fühlt sich unlogisch an. Aber ich weiß nichts. Ich bin nur der Mensch der am meisten Gedichte der Weltpoesie auswendig kann. Was natürlich überflüssig ist, wie dieser Kommentar.
Was die Ursache der Gravitation ist bzw. warum es sie gibt weiß man nicht, da gibt es verschiedene Meinungen. Eine Hypothese postuliert masselose Teilchen (Gravitonen) als Ursache für die Gravitation bzw. für die Entstehung des Gravitationsfeldes. Bisher konnten Gravitonen aber nicht nachgewiesen werden, falls es sie geben sollte. Sicher weiß man aber, dass jede Masse eine Gravitation ausübt, die mit zunehmender Entfernung abnimmt, aber letztlich unendlich weit reicht. Das Universum wird also dominiert von Gravitation und hält es quasi zusammen bzw. sie wirkt der expansiven Kraft des Universums entgegen. Auch die Entstehung aller Strukturen im All, also Galaxiehaufen, Galaxien, Sterne, Planeten usw. beruht auf der Gravitation bzw. der Schwerkraft der Massen.
Hallo Tommyleinchen59,
warum sollte die Frage dumm sein? Es ist nur vielleicht müßig, sie zu stellen, weil niemand sie wirklich beantworten kann, denn in erster Linie erklärt die Physik nicht, sondern sie beschreibt.¹)
Gravitation als WechselwirkungMan kann Gravitation als grundlegende Wechselwirkung beschreiben, als gegenseitige Anziehung von Massen als einer Art "Gravitationsladung", wie Isaac NEWTON es tat. Heutige Wissenschaftler beschreiben Wechselwirkungen als Austausch sog. virtueller (d.h. selbst nicht messbarer) Teilchen, z.B. Photonen bei der elektromagnetischen Wechselwirkung und spekulieren über die Existenz des Gravitons. Ob es je als manifestes Teilchen gefunden wird, ist nicht sicher.
Das ÄquivalenzprinzipAllerdings hat Gravitation eine Eigenschaft, die sonst keine Wechselwirkung hat: Ihre "Ladung", die Masse, ist offenbar identisch mit der trägen Masse, dem Proportionalitätsfaktor zwischen einer auf einen Körper wirkende Kraft und seiner Beschleunigung, die sie bewirkt. Deshalb ist die Gravitationsfeldstärke auch eine Beschleunigung, die Fallbeschleunigung was schon Galileo GALILEI auffiel.
Gravitation verhält sich also genauso wie eine Trägheitskraft, die eigentlich gar keine richtige Kraft ist, sondern der Trägheit der Körper in einem Mehrkörpersystem zu verdanken ist; wird das System beschleunigt, leisten die Körper einen Widerstand, der genauso wirkt wie ein Gewicht. Andererseits: Kann ein Mehrkörpersystem einem (hinreichend homogenen) Gravitationsfeld widerstandslos folgen (freier Fall oder Orbit), "spüren" seine Körper gar keine Gravitation. An Bord der ISS herrscht nicht deshalb Schwerelosigkeit, weil sie außerhalb des Gravitationsfeldes der Erde wäre – so etwas gibt es nicht – sondern weil sie gewissermaßen frei fällt, sie ist inertial, ein an sie gebundenes Koordinatensystem ist (lokal) ein Inertialsystem.
Diese Erkenntnisse brachten einen damals noch relativ jungen Physiker namens Albert EINSTEIN auf die Idee, dass Gravitations- und Trägheitskräfte nichts wirklich verschiedenes seien.
Gravitation als KrümmungDas wiederum brachte ihn darauf, dass Gravitation sich auch als innere Krümmung der Raumzeit beschreiben lässt. "Innere" heißt hier, dass es nicht um eine Verbiegung einer Fläche oder ihrer Verallgemeinerung, einer Mannigfaltigkeit, in einem höherdimensionalen Raum geht, sondern ihre innere Geometrie²) im Sinne von Carl Friedrich GAUß und Bernhard RIEMANN.
Es geht darum, wie sich Geodätische (Linien) verhalten, die geradesten möglichen Linien in der Mannigfaltigkeit. In einer geometrisch flachen Mannigfaltigkeit verlaufen Geodätische, die an einer Stelle in dieselbe Richtung verlaufen, überall parallel. In einer negativ gekrümmten (wie eine Sattelfläche) tendieren sie dazu, auseinanderzulaufen, in einer positiv gekrümmten (wie eine Kugeloberfläche) tendieren sie zum Zusammenlaufen.
In der Raumzeit geht es vor allem um Weltlinien (WL), die Wege von Körpern (respektive ihrer Schwerpunkte) durch die Raumzeit. Parallele WL gehören zu Körpern, die sich relativ zueinander nicht bewegen. Geodätische WL gehören zu inertialen Körpern.
Abb. 1: Eine Reise zwischen zwei Orten auf demselben Breitenkreis entlang desselben ist ein Modell dafür, wenn ich einfach auf dem Boden (dafür steht der Breitenkreis) stehe: Meine WL ist keine Geodätische, dafür aber parallel zu der des Erdmittelpunkts (dafür steht hier der Äquator). Dieselbe Reise entlang eines Großkreisbogens ist ein Modell für einen vertikalen Sprung. Während ich in der Luft bin, bin ich inertial und der entsprechende WL- Abschnitt geodätisch.
Beschreibung ≠ ErklärungWas aber krümmt die Raumzeit? Energiekonzentrationen (Masse ist nämlich physikalisch nichts anderes als Energie). Genauer steht der Energie-Impuls-Tensor in engem Zusammenhang mit den Tensoren, die die innere Geometrie der Raumzeit beschreiben (EINSTEINsche Feldgleichungen). Es ist eine ganz ähnliche Beziehung wie die zwischen elektrischen Ladungen und ihren Bewegungen einerseits und elektromagnetischen Feldern andererseits (MAXWELL-Gleichungen).
Warum aber Energiekonzentrationen die Raumzeit krümmen, wissen wir nicht, zumindest jetzt noch nicht. Ob wir je einen tieferen Grund dafür finden, wissen wir nicht.
Wir können aber froh sein, dass es so ist, sofern uns an unserer Existenz gelegen ist und wir ein schönes Universum einem totlangweiligen Universum vorziehen, in dem es außer kaltem diffusem Gas nichts gibt.
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¹) Natürlich kann sie einzelne Phänomene auch erklären, z.B., warum der Kopf eines Erpels grün schimmert.
²) Eine Zylindermantelfläche ist z.B. nicht gekrümmt, obwohl sie sogar in sich selbst zurückläuft. Man könnte sie längs aufschneiden und verzerrungsfrei auf einer Ebene ausrollen. Mit einer Kugeloberfläche kann man das nicht machen.
Naturgesetze und Physik. Der Körper wird immmer vom größtmöglichen Objekt angezogen. Da wir auf der Erde rumlaufen können wir natürlich keinem größeren Gegenstand näher sein. Das war mal in einer Folge von Sendung mit der Maus
Das weiß ich doch alles. Es erklärt aber nicht meine Frage!
Nein, sorry. Was du geschrieben hast, ist eine Fortführung meiner Frage aber nicht deren Antwort. Wenn ich beispielsweise gefragt hätte: was ist Kavitation?, Dann wäre deine Antwort richtig.
Hier für dich https://www.youtube.com/watch?v=B8Qe3jw-5xo
Du verstehst wohl meine Frage immer noch nicht?
Der Körper wird immmer vom größtmöglichen Objekt angezogen.
Nein, Körper ziehen einander an. Alle beteiligten Körper werden dabei beschleunigt, allerdings umgekehrt proportional zur Masse.
das ist nicht richtig. Alle Körper ziehen sich gegenseitig an; wir werden also von allen Körpern in unserer Umgebung angezogen, nicht nur vom größten oder schwersten
Der Raum wird gekrümmt. Daher ist es eine Eigenschaft des Raumes, indem wir uns befinden und keine Kraft an sich.
Je Maße reicher, desto stärker ist der Raum gekrümmt. Die Sache ist nämlich, dass ein Objekt in der Nähe eines sehr Masse reichen Objektes eben sich nicht in einer geraden Linie fortbewegt, sondern auf einer schiefen/gekrümmten Bahn. Und das gilt sogar für Teilchen ohne Ruhe Masse wie Photonen.
Die Raumzeit ist gekrümmt, und das macht sich schon im Alltag bemerkbar; solange Du auf dem Boden stehst, Deine Weltlinie (WL) also parallel zu der des Erdmittelpunkts ist, spürst Du Gewicht, das man als Trägheitskraft deuten kann. Während eines vertikalen Sprungs spürst Du keines, Deine WL ist geodätisch. Allerdings tendiert sie dazu, auf die des Erdmittelpunkts zuzulaufen, bis der Erdboden eine weitere Annäherung verhindert.
Die Krümmung des Raumes macht sich erst bei stärkerer Gravitation oder in größerem Maßstab bemerkbar, durch den Gravitationslinseneffekt.
Allerdings bleibt die Frage offen, warum Massen bzw. Energiekonzentrationen die Raumzeit krümmen.
Wow. Mein allergrößter Respekt!
Deine Antwort erinnert mich an die fähigsten und einflussreichsten Wissenschaftler, die unisono sehr demütig auf solche Fragen antworten. Denn je weiter unten man in der "Wissenschafts-Hierarchie" ankommt, desto dogmatischer werden die Antworten.
Allein schon aus diesem Grund "riecht" das nach dem Hilfreich-Stern. Und nach Aristoteles... du weißt schon.