Frage von Hephaistosph, 62

Können wir Gravitation ohne "massenreiche Körper ziehen sich an" und nur mit "massereiche Körper krümmen den Raum" beschreiben?

Wenn wir uns dies in einem astronomischem Maßstab ansehen und jeden Körper als eine Einheit betrachten reicht der zweite Satz aus, aber wenn wir uns von der Einheit entfernen, weiß ich nicht wie ich ohne den ersten Satz erklären würde, dass man nicht einfach von der Erde davonfliegt. Wie genau erklärt denn die Relativitätstheorie das? Oder brauchen wir auch im ersten Falle noch den ersten Satz?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von WeicheBirne, 26

In der Realativitätstheorie kannst Du die Gravitation als Effekt der Raumzeitkrümmung interprätieren.

Das klingt sicherlich erst einmal ziemlich abstrakt, aber laß mich versuchen es zu erklären: 


In der Newtonschen Physik wirkt auf einen Körper dann keine Kraft wenn er sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf einer geraden Linie bewegt. Eine Linie ist, wie Du weißt, der kürzeste Weg zwischen zwei Punkten. Du könntest also sagen: 

"Auf einen Körper wirkt keine Kraft wenn er sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf dem kürzesten Weg zwischen zweiPunkten bewegt."


Laß uns jetzt mal überlegen was der kürzeste Weg zwischen zwei Punkten in einem gekrümmten Raum ist. Wenn Du Dich zum Beispiel über die Erdoberfläche von Hamburg nach München bewegst dann ist die kürzeste Strecke zwischen beiden Städten eine gekrümmte Linie. In einer Karte von Deutschland wird die Erdoberfläche "entkrümmt" dargestellt. Da ist die der kürzeste Weg zwischen Hamburg und München dann eine gerade Linie.

Wie ist das jetzt mit Kräften im gekrümmten Raum? Gilt unsere Aussage immer noch? Wenn Du in einem Auto auf der kürzesten Strecke und mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von Hamburg nach München fährst, dann wirkt parallel zur Erdoberfläche keine Kraft auf Dich. Du kannst also auch für einen gekrümmten Raum sagen:

"Auf einen Körper wirkt keine Kraft wenn er sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten bewegt."


In der Relativitätstheorie wird die Zeit als vierte quasi-räumliche Dimension betrachtet. Hier bewegt sich ein Körper also durch eine vierdimensionale Raumzeit und nicht einfach durch Newtons dreidimensionalen Raum.

Damit auf einen Körper keine Kraft in der Raumzeit wirkt muß er sich auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten in dieser vierdimensionalen Raumzeit bewegen.

Wenn die Raumzeit gekrümmt ist dann ist der kürzeste Weg eben auch eine gekrümmte Linie in der Raumzeit. Auch in den drei räumlichen sieht sie dann gekrümmt aus. 

Ein Beispiel ist ein Satellit, der um die Erde kreist. Wenn Du seine Bewegung in der gekrümmten Raumzeit betrachtest würdest Du sehen, daß er sich immer auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten bewegt. So betrachtet wirkt also gar keine Kraft auf ihn.

Anders ist es mit einem Körper, der gerade von oben herab zur Erde fällt. In der gekrümmten Raumzeit bewegt er sich nicht auf der kürzesten Linie zwischen zwei Punkten. Daher wirkt eine Kraft auf ihn -nämlich die Gravitationskraft.


Jetzt zurück zu Deiner ursprünglichen Frage. Wie Du gesehen hast kommt die Gravitationskraft durch die Krümmung der Raumzeit zustande. Wir wissen, daß Materie die Raumzeit krümmt. Die Aussage "massereiche Körper krümmen den Raum" ist soweit wir wissen also immer korrekt und Du kannst die Gravitationskraft von Körpern so beschreiben.

Kommentar von Hephaistosph ,

Danke erstmal für deinen Aufwand eine so lange Antwort zu schreiben, aber die Frage ist noch nicht ganz beantwortet.

"3.Ein Beispiel ist ein Satellit, der um die Erde kreist. Wenn Du seine Bewegung in der gekrümmten Raumzeit betrachtest würdest Du sehen, daß er sich immer auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten bewegt. So betrachtet wirkt also gar keine Kraft auf ihn.

4.Anders ist es mit einem Körper, der gerade von oben herab zur Erde fällt. In der gekrümmten Raumzeit bewegt er sich nicht auf der kürzesten Linie zwischen zwei Punkten. Daher wirkt eine Kraft auf ihn -nämlich die Gravitationskraft."

Was ich ja fragte ist, ob man den ersten Satz "Massereiche Körper ziehen sich an" loswerden kann und die Gravitation nur mit dem zweitem Satz beschreiben kann. Mit 3 und 4 hast du im Grunde genau meine Frage zusammen gefasst. In 3 reicht Satz 2 aus und in 4 Satz 1. Gibt es denn auch eine Erklärung, wie man 4 mit satz 2 beschreiben kann. Außerdem sagst du, dass in 3 die Gravitationskraft nicht auf den Satelliten wirkt (bzw du deutest es an, indem du bei 4 direkt darauf hinweist).Ist das wirklich, was du damit sagen willst? Und wenn ja, warum wirkt sie nicht auf diesen?

Kommentar von WeicheBirne ,

Laut Relativitätstheorie wirkt auf einen Satelliten im Orbit tatsächlich keine Kraft. Wie schon gesagt bedeutet "keine Kraft" eine gleichmäßige Bewegung auf dem kürzesten Weg zwischen zwei Punkten der viedimensionalen Raumzeit. Im dreidimensionalen Raum kann diese Bewegung auch eine Kurve beschreiben.

Beispiel 4 kannst Du auch mit Satz 2 beschreiben, indem Du sagst, daß der fallende Körper sich wegen der gekrümmten Raumzeit auf die Erde zubewegt. In der Raumzeit bewegt sich jeder Körper mit einer bestimmten "Geschwindigkeit" durch die Zeit und einer bestimmten Geschwindigkeit durch den Raum -egal ob er jetzt in der Nähe einer Masse ist oder nicht.

In der Nähe einer Masse sind Zeit und Raum miteinander "verdreht". Wenn ein Körper, sich durch diese verdrehte Raumzeit bewegt wird ein Teil seiner "Geschwindigkeit" durch die Zeit zu einer Geschwindigkeit durch den Raum. Auf gut Deutsch sagen wir er fällt.

Du brauchst also nie von Anziehungskraft zu sprechen. Wenn Du magst kannst Du davon ausgehen, daß Masse die Raumzeit krümmt/verdreht, wodurch Körper, die durch diese Raumzeit fliegen einen Teil in ihrer "Geschwindigkeit" durch die Zeit verlieren und dafür Geschwindigkeit durch den Raum gewinnen.

Kommentar von Hephaistosph ,

Und in welchem Falle gewinnt ein Körper "Geschwindigkeit" durch die Zeit? Wenn man ihn aus dem Anziehungsbereich eines massereichen Körpers entfernt?

Kommentar von WeicheBirne ,

Ja, genau. Das hast Du gut erkannt.

Danke für die Kür :o)

Antwort
von colagreen, 43

Das ist eine schwierige frage. Beispiel: 2 große Felsen die jeweils 100.000 Tonnen wiegen ziehen sich nicht an. ..... zwei Magnete die jeweils nur 20 Gramm wiegen ziehen sich an. Was aber seltsam ist: wenn ein Luftballon elektrisch aufgeladen ist, dann zieht er Haare und Staub an oder bleibt an der Decke.

Kommentar von Hephaistosph ,

Dem ersten Satz nach und damit newtonscher Mechanik folgend ziehen sich die Felsen schon an, bloß halt sehr schwach. Ich weiß nicht genau, warum du jetzt die elektromagnetische Kraft ins Spiel bringst. Ich meine ja, die beiden Kräfte sind unterschiedlich stark. 

Antwort
von ghosty89, 33

Kannst du die Frage etwas genauer stellen? Ich weiß nicht genau, worauf du hinaus willst. 

Kommentar von Hephaistosph ,

Welcher Teil ist dir denn nicht genau genug?

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