Frage von Paulpaulchen, 96

Wie lässt sich Gravitation Physikalisch erklären?

Wieso hat eigentlich ein Objekt im Ruhezustand Gravitation? Gravitation entsteht ja durch Masse. Und Masse entsteht ja durch Beschleunigung. Wie kann dann ein Objekt im Ruhezustand Masse bzw Gravitation haben? Und vor allem wie soll ein Objekt, dass sich im Ruhezustand befindet überhaupt Gravitationswellen aussenden können?

Antwort
von OlliBjoern, 15

Gravitation entsteht durch Masse. Ok. Bei dem Satz "Masse entsteht durch Beschleunigung" musste ich etwas stutzen. Ich habe auch Masse. Jedoch fühle ich mich derzeit nicht sonderlich beschleunigt. :)

Masse entsteht durch die starke Wechselwirkung (in den Nukleonen) und auch durch das Higgs-Feld (in den Nukleonen eher weniger, aber auch; vor allem aber in den Eichbosonen).

Zu den Gravitationswellen: ja, im Ruhezustand sollte das nicht funktionieren. Aber die Objekte, die wir da "bemerkt" haben bei dem Event in den USA, waren ja nicht in Ruhe, sondern in einem Zustand vor der Kollision. Erst durch die Abweichung von deren normaler Flugbahn und den dabei entstandenen Beschleunigungen kam diese "Unruhe" in den Gravitationsfeldern zustande, die Wellen geschlagen hat, salopp ausgedrückt.

Antwort
von Parhalia, 19

Ein jedes Objekt für sich hat selbst im Ruhezustand eine bestimmte Masse und erzeugt somit auch eine Wechselwirkung auf andere Körper ( Gravitation ) . Du verwechselst hier die reine Masse eines einzelnen ruhenden Objektes mit der Wechselwirkung zweier oder mehrerer ( ruhender ) Massen in gegenseitiger Wechselwirkung.

Würdest Du ein Objekt wie unseren Mond im freien extrastellaren Raum ( ohne nennenswerte äussere Einflüsse anderer Massen ) platzieren und einen anderen Körper in einem einflussnehmenden Abstand daneben, so würden sich diese beiden Objekte selbst im ursprünglich ruhenden Zustand langsam und dann immer weiter beschleunigend aufeinander zubewegen und irgendwann miteinander kollidieren.

Bildlich vereinfacht so ähnlich, wie 2 Magneten, welche auf je einem Stück Styropor noch gerade nahe genug in einer Kunststoffwanne auf dem Wasser treiben und nicht durch äussere Einflüsse gestört werden . 

Wenn die Pole Süd und Nord dabei einander zugewandt sind, und deren Anziehungskraft zwischeneinander dann grösser als die Summe aller anderen Einflüsse von aussen ist, so beginnen sie sich langsam aber beschleunigend aufeinander zuzubewegen.

Und die Entdeckung / Nachweisung der Gravitationswellen hat mit Einsteins Relavitionstheorie zu tun. Ruhende ( sehr grosse Massen ) verformen bildlich betrachtet das Raum-/ Zeitkontinuum wie eine schwere Stahlkugel auf einer Gummimembrane. Solange sie statisch ruhen, ist dieser Effekt nur im direkten Einflussbereich dieses Objektes selbst erkennbar und streut auch keine "Wellen" aus. ( wieder metaphorisch zu lediglich einem Magneten samt Schwimmkörper auf einer absolut spiegelglatten Wasseroberfläche )

Solange sich die Masse gegenüber den Wassermolekülen nicht bewegt, so erzeugt sie auch keinerlei Wellen. Unterliegt sie aber einer sich steigernden  Wechselwirkung und bewegt sich zunehmend schnell, so erzeugt sie auch im Wasser immer grössere Wellen wegen der räumlichen Veränderung. Und wenn diese Wellen gross genug sind, so lassen sie sich auch in weiter Entfernung irgendwann messtechnisch ( je nach relativer Präzision des Messverfahrens ) auch erfassen.

Soweit mal ganz metaphorisch zu besser bekannten physikalischen Eigenschaften rein bildlich erklärt. Und eine "Explosion" liesse sich bildlich auf diese Weise auch nachstellen. Tippe von oben vorsichtig auf das Objekt. Es ändert dann zwar seine Lage nicht in der Ebene, aber in der Höhe und somit dreidimensional. Die Wellen entstehen dann durch die rein in senkrechter Achse von der Ebene geänderte Wasserverdrängung.

Gundlegend also metaphorisch von der zweidimensionalen Ansicht auf die dritte Dimension nachgestellt. ( denn mit Wellengang ändert sich auch der Druck im Wasser )

Antwort
von PrandatorEB, 28

Die Gravitation ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Die Masse ist eine Eigenschaft der Materie. Ich denke, du hast etwas falsch verstanden, Masse entsteht nicht durch Beschleunigung. Wenn du auf die Formel E=mc² hinaus möchtest: Diese besagt nur, wie viel Energie ein beschleunigtes Objekt benötigt. Nach der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein, ist die Gravitationen keine Kraft, die auf den Körper wirkt, sondern durch eine Krümmung in der vierdimensionalen Raumzeit. Von der Erde werden z.B. Gravitationswellen erzeigt, jedoch sehr schwache. Neutronensterne in einem Doppelstern-System erzeugen auch Gravitationswellen, genau wie
Schwarze Löcher die kollidieren. Wenn also diese Objekte beschleunigt werden, wie zwei Neutronensterne die kollidieren, wird ein Teil der Energie in Form von Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum gesandt. Gravitationswellen sind ribbel in der Raumzeit. Du kannst sie dir gut wie Wasserwellen vorstellen. Das Wasser ist still, wenn du jedoch ein Stein rein wirfst, erzeugt die Verdrängung Wellen. Jede Veränderung in der Verteilung von Masse und/oder Energie im Universum, bei der zumindest das Quadrupolmoment zeitlich variiert, führt zur Abstrahlung von Gravitationswellen. Im einfachsten Fall sind dies zwei einander umkreisende Massen.

Kommentar von Paulpaulchen ,

aber was ist mit Photonen die sind im Ruhezustand Masselos und wenn du sie beschleunigst haben sie eine Masse.

Kommentar von PrandatorEB ,

Es gibt keine Photonen im Ruhezustand, da Photonen (=Lichtteilchen) Elementarteilchen des elektromagnetischen Feldes sind. Du hast schließlich noch nie einen klumpen Licht in den Händen gehalten, oder? :)

Kommentar von Paulpaulchen ,

doch natürlich. Photonen sind im Ruhezustand masselos.

Kommentar von PrandatorEB ,

Ein Photon kann keine Ruhemasse besitzen, dass ist Physikalisch unmöglich. Photonen bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit, daher ist der Begriff ''Ruhemasse'' für Photonen per se sinnlos.

Kommentar von Paulpaulchen ,

hast du nicht gelesen. habe ich doch eins über dir geschrieben:) "doch natürlich. Photonen sind im Ruhezustand MASSELOS"

Kommentar von Parhalia ,

Was sagt "masselos" denn aus in Anbetracht unserer Forschung und deren Messungen / Instrumentarien ? 

Ich würde dieses "Mysterium" anhand unseres ( bis dato ) erwiesenen Forschungsgrades doch nach wie vor der "Grenze" zwischen "allgemeiner Physik" und "Quantenphysik" zuordnen. Denn hier zieht die Wissenschaft nach wie vor eine Grenze ob ihrer aktuell verfügbaren Technologie und Ergebnisstellung. ( Widersprüchlichkeit zwischen "sollte" und "Ergebnis" )

Kommentar von PrandatorEB ,

Photonen besitzen allerdings keinen Ruhezustand, daher ist diese Aussage unzulässig.

Antwort
von anja199003, 55

nein, auch im Ruhezustand hat ein Objekt Masse - die sogenannte Ruhemasse. 

Kommentar von Paulpaulchen ,

das weiß ich ja. aber wie kann dann Gravitation entstehen?

Kommentar von anja199003 ,

Gravitation ist eine Eigenschaft von Masse. Wenn Masse vorhanden ist, dann auch Gravitation.

Kommentar von Paulpaulchen ,

aber wieso krümmt Masse den Raum?

Kommentar von anja199003 ,

Das steht ziemlich präzise in der allgemeinen Relativitätstheorie. Lies  da mal nach. Besser als dort beschrieben kann man es nicht erklären.

Kommentar von Paulpaulchen ,

wo kann ich das denn nachlesen außer bei wikipedia? denn die meisten Seiten erklären nur dass man bei Lichtgeschwindigkeit nicht mehr altert und das ein Objekt um so langsamer Alter desto schneller man es beschleunigt allerdings beschreiben sie nicht warum dies so ist. bei Beschleunigung altert man ja langsamer da man mehr Masse hat und diese Masse den Raum krümmt. damit hätten wir schon mal geklärt warum ein Objekt langsamer altert um so schneller man ist beschleunigt. die andere Frage die ich aber habe ist wieso krümmt Masse den Raum? kennst du ne gute seite im Internet wo es einfach erklärt wird?

Kommentar von anja199003 ,

Erstens musst Du Dich am Wort Relativ... festhalten. Alles was Du oben gesagt hast gilt nur wenn Du eine Relation zwischen zwei Objekten herstellst. So altern die Menschen nicht, wenn sich ein Raumschiff relativ zur Erde mit (fast) Lichtgeschwindigkeit bewegt. In Relation zu anderen sich bewegenden Objekten kann das ganz anders aussehen. Geschwindigkeit existiert übrigens nur in einer Relation zwischen mindestens zwei Objekten.

Zweitens wird Dir nichts anderes übrig bleiben, als zu glauben, dass Masse den Raum krümmt. Man kann das zwar durchaus beweisen, nämlich indem man die zugehörigen physikalischen Formeln nachrechnet, allerdings ist das ungeheuer kompliziert. 

Kommentar von OlliBjoern ,

Eine Sache hatte ich dabei etwas anders verstanden: wenn jemand mit fast Lichtgeschwindigkeit reist, ändert sich seine Eigenzeit völlig normal (er altert z.B. in 5 Jahren Reise auch um 5 Jahre). Nur die Eigenzeit auf der Erde kann wesentlich mehr sein (umso mehr, je schneller er reiste, und umso weiter entfernt der "Umkehrpunkt" von der Erde ist). Für den Fall, dass er zurückkommt, heißt das.

Kommentar von Paulpaulchen ,

was meinst du mit relativ?

Antwort
von SupendedCathal, 51

Mal nix durcheinanderbringen. Weder "entsteht" Gravitation durch Masse, noch Masse durch Beschleunigung. Gravitation lässt sich noch nicht erklären - darum gibt es noch Physiker!

Kommentar von Paulpaulchen ,

umso schneller du ein Objekt beschleunigst desto mehr Masse hat es. und daraus ergibt sich: Masse entsteht durch Beschleunigung. und umso mehr Masse ein Objekt hat desto mehr Gravitation hat es. Relativitätstheorie enbendhalt

Kommentar von Interceptor36 ,

Die Relativitätstheorie gibt an, dass Energie durch Masse und Geschwindigkeit entsteht und nicht Masse. Ich bin mir zwar nicht hundertprozentig sicher, aber ich glaube du hast Masse mit Energie verwechselt. Deine Theorie ergibt für mich nicht wirklich Sinn, schließlich bewegt sich unsere Sonne nur minimal und beeinflusst durch ihre enorme Gravitation dennoch das gesamte Sonnensystem.

Kommentar von bmke2012 ,

Leider ist das so nicht richtig und leider ist diese falsche Interpretation der Relativitätstheorie nicht tot zukriegen. Die relativistischen Bewegungsgleichungen enthalten gegenüber dem klassischen Ansatz einen "Strafterm", der den Eindruck erweckt als würde die Masse anwachsen. Tatsache ist aber, dass jeder Körper nur "eine", immer gleiche und konstante Masse hat. Sonst wäre auch Einsteins Aussage das "träge" Masse  und "schwere" Masse gleich sind nicht erfüllt.

Die Gravitation selber ist eigentlich eine Pseudokraft, mit deren Hilfe man die klassischen Effekte der Krümmung der Raum-Zeit durch die Himmelskörper (ob groß oder klein) beschreibt. Damit lässt sich zwar die Newtonsche Himmelsmechanik unseres Sonnensystems erklären aber nicht mehr warum masselose Teilchen wie Photonen durch massereiche Körper (Galaxien oder schwarze Löcher) abgelenkt werden.

Kommentar von OlliBjoern ,

"Warum" sie abgelenkt werden, kann man schon nachvollziehen, es haut nur quantitativ nicht so recht mit dem folgenden Ansatz hin. E = m*c^2, aber auch E = h*v (v = Frequenz), nun kann man formal schon schreiben: m*c^2 = h*v, und diese "Pseudomasse" m ist dann h*v/c^2.

Blöd ist nun, dass man - wenn man das in Newtons Gleichung einsetzt - einen Wert für die "Photonen-Gravitation" herauskriegt, der nicht stimmt. Auch wenn man berücksichtigt, dass E = m*c^2 eine Vereinfachung ist, die im Grunde um den Impulsterm ergänzt werden müsste, kommt es glaube ich nicht hin.

Ergo: ja, so kann man es nicht rechnen. Es gibt aber zumindest eine qualitative Vorstellung darüber, dass eine elektromagnetische Welle (die ja einen Energieinhalt hat) eine irgendwie geartete "Pseudomasse" hat, die auch von der Gravitation nicht ungeschoren davonkommt.

Es braucht also andere Berechnungen an dieser Stelle. Nur mit den beiden "E-Formeln" und Newton kommt man definitiv nicht hin.

Antwort
von Ninombre, 39

Masse entsteht ja durch Beschleunigung.

?

Kommentar von Paulpaulchen ,

das ist richtig!

Kommentar von Halswirbelstrom ,

m … Impulsmasse

mₒ … Ruhemasse

c … Vakuumlichtgeschwindigkeit

v … Geschwindigkeit der Masse mₒ im Bezugssystem  

m = mₒ / √(1 - v²/c²)

    

Kommentar von Paulpaulchen ,

das stimmt so, aber das ist aber nicht die Lösung meines problems. woher weißt du das eigentlich?

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