Wie wird Gravitation “kommuniziert”?
Gravitation scheint kein Medium zu benötigen … ?
4 Antworten
Hallo CrieXY,
eine ähnliche Frage könnte man bei elektromagnetischen Kräften stellen. Auch sie brauchen kein Medium, um sich zu verbreiten. In diesem Fall werden die Kräfte über das elektromagnetische Feld vermittelt; in einer Modellvorstellung wird die Wechselwirkung durch den Austausch sog. virtueller Photonen vermittelt, die sich anders als echte Photonen allerdings nicht als solche detektieren lassen.
Die Ausbreitung jeder Änderung im elektromagnetischen Feld erfolgt mit c ≈ 3×10⁸ m⁄s.
Das elektromagnetische Feld ist überall in der Raumzeit vorhanden. Es ist ein Tensorfeld, d.h. es hat mehrere Komponenten (nämlich 6 unabhängige), die für sich genommen davon abhängen, in welchem Koordinatensystem wir rechnen.
Das Gravitationsfeld unterscheidet sich grundlegend davon, es ist nicht in der Raumzeit, es ist die Raumzeit. Genauer: es stellt die innere Geometrie der Raumzeit dar. Diese wird durch die Verteilung von Masse und anderer Energie beeinflusst in dem Sinne, dass die Raumzeit (in sich) gekrümmt ist.
Als Krümmung der Raumzeit breitet sich Gravitation dadurch aus, dass sich diese Krümmung fortpflanzt. Üblicherweise betrachtet man den (Hyper-)Raum, in dem wir leben, aber nicht als Medium.
Gravitation breitet sich so aus wie Licht.
Die sogenannte Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der Realität sich ausbreitet. Nichts was Ruhemasse hat kann diese Geschwindigkeit erreichen, und nur weil Photonen keine Ruhemasse haben, haben sie diese Geschwindigkeit, daher der Name.
Der Name kommt auch daher, dass man früher glaubte, das Licht brauche ein Medium, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten (so wie Schallwellen in Luft), den sog. Äther. Die Frage, woran dieser Äther räumlich festgemacht sei, führte zum Michelson-Morley Experiment, bei dem eigentlich erwartet wurde, dass mit der Geschwindigkeit der Erde durch den Äther unterschiedliche Geschwindigkeiten des Lichts in unterschiedliche Richtungen gemessen würden. Überraschung: kein Unterschied, also kein Äther (es sei denn er würde zufällig ausgerechnet an der Erde festgemacht sein). Daraus geht nicht nur hervor, dass es keinen Äther gibt, sondern dass diese Geschwindigkeit eine in allen Inertialsystemen gleiche Naturkonstante und damit nicht überholbar ist, denn wenn man versucht den Strahl einer Taschenlampe mit dem Auto zu überholen, ist er relativ zum Auto genauso schnell wie relativ zur Taschenlampe.
Erst hier setzt die spezielle Relativitätstheorie an, die mit recht einfacher Mathematik (Lorentz-Transformationen) darlegt, was das für Auswirkungen auf Zeiten und Längen (und auch die kinetische Energie) in bewegten Systemen hat.
Das liegt daran, dass Gravitation eine Illusion ist. Es ist kein „Etwas“, das durch „Etwas“ transportiert wird, sondern eine Krümmung des Raumes selbst, also ein rein geometrische Eigenschaft der Raumzeit.
Etwas ausführlicher, aber immer noch kurz erklärt:
https://m.youtube.com/watch?v=2uTBolGz3Yc&pp=ygUYZ3Jhdml0YXRpb24gMTAwIHNla3VuZGVu
Entschuldige bitte die Ungenauigkeit. Raum und Raumzeit sind für mich bloß Synonyme.
Tatsächlich sind sie das nicht. Man kann die Raumzeit mit Hilfe eines Bezugskörpers (also eines Körpers, den man dann als ruhend betrachtet) in Zeit (1 Vorwärtsrichtung, parallel zur Weltlinie des Körpers) und Raum (3 zueinander und zur Zeitachse senkrechte Seitwärtsrichtungen) zerlegen.
Die Krümmung der Raumzeit macht sich schon im Alltag dadurch bemerkbar, dass geodätische*) Weltlinien (z.B. meine während eines Sprungs und die des Erdmittelpunktes) dazu neigen, aufeinander zuzulaufen, bis eine davon auf ein Hindernis stößt, z.B. den Erdboden.
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*) Die Geodätische (Linie) durch einen bestimmten Punkt in eine bestimmte Richtung ist die geradeste Linie, die ganz in der Fläche oder Mannigfaltigkeit (das ist eine Verallgemeinerung einer Fläche) liegt; in einer Kugeloberfläche sind das z.B. Großkreise.
Der Raumzeit. Natürlich ist im Extremfall auch eine Krümmung des Raumes sichtbar, aber im Alltag erfahren wir nur eine Krümmung der Raumzeit.