Swing-by-Effekt: Ist die Änderung der Bahnenergie eines Raumfahrzeugs relativistisch erklärbar, oder fand man bisher nur noch keine Erklärung?
7 Antworten
Wie meinen? Das ist doch (bei den üblichen Geschwindigkeiten unserer Raumfahrzeuge) ein mit ganz klassischer simpler Mechanik (á la Newton) berechenbares Manöver.
Dazu braucht man weder irgendwelche relativistischen Ansätze noch ist daran irgendwas physikalisch komplexes oder gar nicht erklärbar.
Wieso denkst du dazu wäre Relativitätstheorie nötig?
Dass man durch Gravitation zu einem Körper hingezoge wird, ist physikalisch gesehen eher einer Krümmung der Raumzeit als einer Kraft zu verschulden.
Was du bedenken musst, ist, dass jeder Körper eine gewisse Gravitation verursacht. Damit zieht die Sonde den entsprechenden Planeten auch an - nicht nur andersrum. Das führt im großen Ganzen zu einer Verlangsamung der Umlaufgeschwindigkeit des Planeten. Die Energie geht also nicht bei der Gravitation verloren - sondern bei der Umlaufgeschwindigkeit. Bedenke aber auch, dass dem Planeten nicht genauso viel Geschwindigkeit entzogen wird, wie der Sonde, sondern genauso viel Impuls. Und da sich Impuls aus Masse und Geschwindigkeit zusammensetzt und eine große Massedifferenz besteht, wird die Geschwindigkeit des Planeten sehr viel schwächer verändert als die der Sonde
Dafür braucht man nicht einmal Relativitätstheorie - das ist ganz klassisch erklärbar mit einfacher Newton-Mechanik…
Ich habe etwas gefragt und erwarte eigentlich eine Antwort. Dennoch bezweifle ich, dass die Relativitätstheorie keinerlei Relevanz hätte im Fall meiner Frage. Und auch für dich gilt: Dass man etwas berechnen kann, heißt noch lange nicht, dass man weiß, wie diese Wechselwirkung zustande kommt. Denn letztendlich fehlt der Gravitation kein Quäntchen Energie, die aber im Raumschiff sehr wohl hinzugekommen ist.
Dass man durch Gravitation zu einem Körper hingezoge wird, ist physikalisch gesehen eher einer Krümmung der Raumzeit als einer Kraft zu verschulden. Eine Antwort wurde dir (sogar mehrfach) gegeben.
Wenn Du auf das Thema Quantengravitation anspielst, dann ist dieses Forum wohl kaum der richtige Ort, um derartige Fragen zu stellen - ein zukünftiger Nobelpreisträger, der eine tragbare Theorie der Quantengravitation entwickelt, wird sich wohl kaum dazu bemüssigt fühlen, sein Wissen mit Dir auf dieser Plattform zu teilen…
Denn letztendlich fehlt der Gravitation kein Quäntchen Energie, die aber im Raumschiff sehr wohl hinzugekommen ist.
Der Gravitation nicht. Wäre auch schwer bei einem konservativen Feld.
Dem Planeten fehlt aber nacher die kinetische Energie. Fällt nur nicht auf weil der Planet einige Zehnerpotenzen schwerer ist als das Raumschiff.
Ich spiele nicht darauf an. Ich entwickle auch keine Theorie, denn ich stelle nur die Frage: Welche Quanten tragen dann die Bewegungsenergie oder den Impuls von einem Ort zum anderen?
Hat mit Relativität nichts zu tun. Die Beschleunigungskraft bzw. der Impuls wird nicht aus der Gravitation des Planeten genommen, sondern aus der Planetenbewegung. In die andere Richtung kann man auch per Swing By Manöver abbremsen. Genau genommen entzieht man dem Planeten tatsächlich einen Teil seiner Bewegungsenergie. Das umgekehrte Manöver würde dem Planeten wieder Bewegungsenergie zuführen.
Und welche Quanten tragen dann die Bewegungsenergie von einem Ort zum anderen?
Wenn es überhaupt Quanten sind, Gravitonen (Manche Physiker fragen sich, ob Gravitation nicht als einzige Wechselwirkung nicht quantisch sein könnte).
Ein Swing- By- Manöver funktioniert hauptsächlich mit sehr massereichen Objekten, denen man eine ziemliche Menge Energie abzwacken kann, ohne dass ihre Bahnen dadurch wesentlich beeinflusst würden.
(Manche Physiker fragen sich, ob Gravitation nicht als einzige Wechselwirkung nicht quantisch sein könnte.)
Ich hoffe, ich interpretiere das richtig:
Ob man bei der Gravitation die Ausnahme machen sollte und sie nicht als Quant betrachten sollte.
In jenem Fall stellt sich mir dann die Frage, wie der Bahnimpuls beim Planeten und beim Raumschiff sich verändert, oder besser gesagt, wie kann eine Wirkung substanzlos auf ein anderes Objekt wirken.
Und dieses würde ich tatsächlich auch für möglich halten, aber das will ich noch am Wochenende ausarbeiten, denn meine Diskussionsreihe, die ich Sonntag begann, zielt genau darauf ab.
Ich kann es aber schon vorweg nehmen, dass es potenzielle Größen sein werden, wie man sie bisher noch nicht als solche betrachtete, die aber ganz überzeugend plausibel sind, weil die inneren Zusammenhänge sowohl die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit als auch die Masse erklären.
Ob man bei der Gravitation die Ausnahme machen sollte und sie nicht als Quant betrachten sollte.
Nich ganz. Wenn es Gravitonen geben sollte, ist Gravitation quantisch.
Bahnimpuls beim Planeten und beim Raumschiff sich verändert, oder besser gesagt, wie kann eine Wirkung substanzlos auf ein anderes Objekt wirken.
Die "Substanz" ist hier das Gravitationsfeld eines Planeten, wie z.B. Jupiter. In dessen Ruhesystem betrachtet hat das Raumschiff immer dieselbe Energie, wobei sich im Laufe des Manövers potentielle in kinetische Energie und wieder zurück verwandelt.
Im Ruhesystem des Sonnensystems sieht das jedoch anders aus. Je nachdem, in welchem Winkel die Sonde den Planeten anfliegt, kann sie ihm ein bisschen Bahnenergie abluxen, was seine Bahn ein winziges bisschen enger macht. Was allerdings nicht ins Gewicht fällt, denn was für eine kleine Sonde viel Energie ist, ist für einen Planeten fast gar nichts.
Nich ganz. Wenn es Gravitonen geben sollte, ist Gravitation quantisch.
Und genau mit dem „… sie nicht als Quant betrachten sollte.“ meinte ich im Besonderen, dass es nicht auch keine Gravitonen sein sollten.
…, wobei sich im Laufe des Manövers potentielle in kinetische Energie und wieder zurück verwandelt.
Und genau auf dieses ominöse „Verwandlung“ von potenzieller in kinetischer Energie geht es hier, denn in der Physik kann man zwar theoretisch auch zaubern (verwandeln), oder nutzt stattdessen wegen fehlender Kenntnis einer echten physikalischen plausiblen Erklärung sogenannte virtuelle Quanten, um die physikalisch unseriösen Wörtchen „verwandeln“ oder „transformieren“ nicht benutzen zu müssen.
Es ist nämlich so, dass das raumzeitliche Vorstellungsmodell nicht geeignet ist, für diese „zauberhaften“ Vorgänge eine endgültig deterministische und auch noch vorstellbar plausibel Erklärung zu finden.
Nur dieser Umstand lässt manche Physiker sich fragen: „ob Gravitation nicht als einzige Wechselwirkung nicht quantisch sein könnte.“
Denn viele Physiker vermuten bereits, ob die Gravitation nicht vielleicht gar keine Kraft ist, sondern einfach nur die fehlende 4. räumliche Dimension ist. Denn wenn dem so wäre, dann wären viele noch offene Fragen aus einer völlig neuen Perspektive zu betrachten. Die Zeit wäre dann nämlich die 5. Dimension.
Man könnte wohl kaum derartige Manöver ganz gezielt für Kursänderungen planen, vorausberechnen und nutzen, wenn man keine Erklärung dafür hätte.
Auch für dich gilt das Folgende:
Dass man etwas berechnen kann, heißt noch lange nicht, dass man weiß, wie diese Wechselwirkung zustande kommt. Denn letztendlich fehlt der Gravitation kein Quäntchen Energie, die aber im Raumschiff sehr wohl hinzugekommen ist.
Dass man durch Gravitation zu einem Körper hingezoge wird, ist physikalisch gesehen eher einer Krümmung der Raumzeit als einer Kraft zu verschulden.
Unsinn. Mein Tipp: Ändere deinen Nutzernamen und lass „Physik” dabei weg.
Klar, das ist alles bekannt, aber das ist keine Erklärung dafür, was ich fragte, denn auch hier steht die Frage dann noch offen: Und welche Quanten tragen dann die Bewegungsenergie von einem Ort zum anderen?
Wieso geht es denn auf einmal um Quanten? Ich habe eine ausführlichere Antwort unter einem anderen Kommentar verfasst
Nun ja: Wenn du oder andere von Bewegungsenergie, Impulsen oder was auch immer für physikalische Größen sprichst, so sind das Quantitäten, die von einem Ort zum anderen wechseln, und es wird daher auch gerne mal von Wechselwirkungen gesprochen. Doch kann man keine Energie substanzlos von einem Ort zum anderen transformieren. Es wird auch sicherlich ein gewisses räumliches Volumen einnehmen, das auch sicherlich eine eigene Gravitation, Impuls und Spin hat. Also einfach gesagt, ein Energie tragendes Quantum darstellt.
Also, wenn der Impuls des Planeten geringer wird und der des Raumschiffs größer wird, dann wird es sicherlich nicht dahin gebeamt sein, auch dann nicht, wenn man das denn transformieren nennt.
Wie erklärst du dir dann Gravitation an sich? Die Sonne zieht die Erde genauso ohne substanzlosen Übergang an, wie es eine Sonde mit dem entsprechenden Planeten tun würde. Wie schon erwähnt: Gravitation ist nicht als Kraft zu verstehen sondern physikalisch eher eine Krümmung der Raumzeit.
Mir scheint die Krümmung der <Raumzeit> doch etwas zu weit hergeholt, denn die Zeit kann man nicht krümmen oder einrollen, dafür fehlen ihr die bidirektional räumlichen Eigenschaften. Aber bei der Krümmung des Raums wäre ich schon damit einverstanden, dass Jenes die Gravitation bestimmt.
Eine Krümmung benötigt aber mindestens zwei Dimensionen, die in einem quadratischen Verhältnis zueinander stehen, also mit dem Quadrat der Entfernung in Beziehung stehen. Aber jenes will ich eventuell erst am Sonntag beantworten, sofern du es eben beim Kommentar von SlowPhil mitgelesen hast.
Als Krümmung der Zeit meint man die Streckung und Stauchung der Zeitskala, da die ja auch von der Gravitation abhängt.
Als Raumzeit an sich kannst du den 4 Dimensionalen Minkowski Raum nehmen dort kannst du die Raumzeit an sich natürlich schon krümmen.
Was die quadratische Abhängigkeit angeht so hast du in den Einstein Feldgleichungen den Einsteintensor der eben nun die Krümmung dieser Raumzeit beschreibt. Der Krümmungstensor ergibt sich dabei aus dem Energieimpulstensor i n welchem die Energiedichten stehen und die nehmen natürlich mit dem Quadrat zur Entfernung ab. Anders gesagt die Raumkrümmung nimmt mit 1/r² ab.
Ich glaube nicht an die Raumzeit, denn es gibt ein Gesetz, dem man nicht widersprechen kann, das mir verbietet, an hypothetisch raumzeitliche Dinge zu glauben, wenn es zweifelsfrei Alternativen gibt. Dieses Gesetz besagt, dass eine Quantität zwischen zwei gleichzeitig gegenwärtigen, aber unterschiedlichen Punkten liegen muss, um überhaupt wirken zu können.
Und bei einer zeitlichen Strecke ist nur ein einziger Punkt gegenwärtig, wogegen der andere Punkt immer in der gedanklichen Vergangenheit unseres Gedächtnisses liegt. Die Zeit ist zudem auch unidirektional und kann daher ihre Dehnung nicht mehr neutralisieren, denn eine Wirkung kann auch negativ wirken.
Wer dem widersprechen will, der muss widerlegen, dass die beiden Punkte gleichzeitig gegenwärtig sein müssen, um zu wirken.
Wieso fragst du dann in deiner Frage nach der RT wenn du sie eh nicht akzeptieren willst?
Du verwechselst das raumzeitliche Vorstellungsmodell mit der Relativitätstheorie, denn die behält weiterhin ihre Gültigkeit, wenn die zeitliche 4. Dimension als eine räumliche 4. Dimension betrachtet wird. Der Unterschied ist nämlich, dass eine räumliche Dimension, die auch als Zeitdauer gut bekannt ist, keine Probleme mit den räumlichen Eigenschaften hat, weil sie nämlich eine echte bidirektionale Quantität darstellt, während die Zeit eine unidirektionale Qualität darstellt.
Ich verwechsle hier nichts.
Im Minkowski Raum ist die Zeit wie eine räumliche Dimension und dieses 4 Dimensionale Gebilde bezeichnet man als Raumzeit, aber damit hast du ja ein Problem...
Du kannst dich auch so auf dieser Zeitachse bewegen, die einzige Bedingung ist dass die Kausalität erhalten bleibt und diese Bedingung gilt auch so in der RT und ist einer der Gründe warum diese Überlichtgeschwindigkeit ausschließt.
Auch im Minkowski-Raum ist die Zeit nicht wie eine räumliche Dimension,
denn diese Art der zeitlichen Quantität ist akausal.
Sie widerspricht dem Gesetz, dass eine Quantität zwischen zwei gleichzeitig gegenwärtigen, aber unterschiedlichen Punkten liegen muss, um überhaupt wirken zu können.
Und wer dem widersprechen will, der muss widerlegen, dass die beiden Punkte gleichzeitig gegenwärtig sein müssen, um zu wirken.
Und ich denke, dass du das nicht wirklich willst.
Zunächst mal würde ich dich fragen woher das Gesetz kommt. Aus der RT nämlich sicher nicht. Wenn du mit Quantität Teilchen wie ein Graviton meinst dann hast du hier auch das Problem, dass dieses nun mal derzeit nicht ganz mit der RT überhaupt vereinbar ist.
Und was soll in diesem Punkt gleichzeitig gegenwärtig überhaupt bedeuten.
Prinzipiell basiert die ganze RT eben auf so einer Zeitachse. Wenn du also die Zeit anders beschreiben willst musst du das erst mit der RT vereinbaren und nicht bloß behaupten es ist vereinbar. Akausale Vorgänge schließt die RT nämlich schon vorne heraus aus, weil sie auf dem Kausalitätsprinzip aufbaut.
Zunächst mal würde ich dich fragen, woher das Gesetz kommt.
Ach, die meine Güte: Du willst nicht daran glauben, weil du nur an Dinge glaubst, die in Büchern stehen? Hat der Liebe Gott dir keinen eigenen Verstand mitgegeben? Oder hast du noch nichts über den Determinismus gelesen? Der Determinismus besagt nämlich, dass zuerst eine zeitliche Veränderung, eine Ursache, erfolgen muss, damit überhaupt eine Wirkung auftreten kann.
Und die Ursache ist die Veränderung der Zeit, die eine neue Perspektive schafft, woraufhin sich z.B. zwei Objekte begegnen und sich ihre Felder überlagern, was dann die Wirkung darstellt.
Die Ursache ist also eine quadratische Addition der beiden Objekte und das Resultat dieser Addition ist die Wirkung. So stellt sich die Frage, wie sollte etwas addiert werden, wenn eines der beiden Objekte abwesend ist, also beide nicht gleichzeitig anwesend sind. Diese deterministische Bedingung beschriebe ich mit den Worten „gleichzeitig gegenwärtig“.
... dieses nun mal derzeit nicht ganz mit der RT überhaupt vereinbar ist.
Was soll daran nicht mit der RT vereinbar sein?
Prinzipiell basiert die ganze RT eben auf so einer Zeitachse.
Das stimmt eben nicht, denn das Prinzip, mit dem du argumentierst, beruht auf der raumzeitlichen Hypothese, die Zeit sei eine reale bidirektionale Quantität. Doch ist sie das keinesfalls, denn die Zeit hat ganz gewiss nicht die Freiheit, rückwärts zu wirken. Denn jedes mathematische Resultat, dem eine Formel zugrunde liegt, kann mit der unidirektionalen Bedingung der Zeit nicht einfach umgestellt werden, als sei die Zeit bidirektional.
Die RT beruht also nicht einfach auf den Eigenschaften von Zeit, sondern sie beruht nur auf einer Dimension mit bidirektional quantitativen Eigenschaften, die deterministischer Natur sein müssen – also gleichzeitig gegenwärtig sind.
Wenn du also die Zeit anders beschreiben willst, musst du das erst mit der RT vereinbaren und nicht bloß behaupten es ist vereinbar.
Ich beischreibe die Zeit nicht anders, sondern lasse sie weiterhin das sein, was auch jeder glauben mag, sie sei. Sondern es gibt viele Gründe anzunehmen, dass wir eine real räumlich gegenwärtige 4. Dimension „übersehen“. Ich werde daher darüber noch eine eigene Diskussion eröffnen.
Akausale Vorgänge schließt die RT nämlich schon vorne heraus aus,...
Nein, das ist nicht richtig. Sie schließt sie explizit mit der raumzeitlichen Hypothese ein. Denn jede zeitliche Quantität ist akausal, weil sie dem Determinismus widerspricht, da zwei zeitlich ungleiche Punkte keine Wirkung verursachen können, denn nur ein Punkt dieser zeitlichen Quantität ist niemals gegenwärtig.
Die <Zeit> kann somit niemals gleichzeitig anwesend sein, was eben genau die Bedingung der Raumzeit ist, nämlich dass man die Vorstellung von absoluter Zeit aufgeben muss, womit man gegen das grundsätzliche Gesetz von Ursache und Wirkung verstößt.
Du willst nicht daran glauben, weil du nur an Dinge glaubst, die in Büchern stehen?
Wo wir bei dem Punkt sind dass du überlegungen anstellst und die dir logisch erscheinen und daraus am Ende etwas ableitest ohne zu prüfen ob deine Logik korrekt ist.
ich kann dir nur sagen, dass mir der nötige Einblick in die RT fehlt um hier einfach mal eine behauptung aufzustellen.
Oder hast du noch nichts über den Determinismus gelesen?
Klar.
dass zuerst eine zeitliche Veränderung, eine Ursache, erfolgen muss, damit überhaupt eine Wirkung auftreten kann.
Nennt sich Kausalitätsprinzip und bedingt die Unumkehrbarkeit der Ursache und Wirkung.
Diese deterministische Bedingung beschriebe ich mit den Worten „gleichzeitig gegenwärtig“.
Und wo siehst du dann ein Problem?
Das ist doch immer gegeben bei einer Wechselwirkung.
Doch ist sie das keinesfalls, denn die Zeit hat ganz gewiss nicht die Freiheit, rückwärts zu wirken.
Hab ich doch geschrieben... stichwort kausalität.
Sondern es gibt viele Gründe anzunehmen, dass wir eine real räumlich gegenwärtige 4. Dimension „übersehen“. Ich werde daher darüber noch eine eigene Diskussion eröffnen.
WAs eine bloße Behauptung ist.
Denn jede zeitliche Quantität ist akausal, weil sie dem Determinismus widerspricht, da zwei zeitlich ungleiche Punkte keine Wirkung verursachen können, denn nur ein Punkt dieser zeitlichen Quantität ist niemals gegenwärtig.
Die Ursache wirkungsbeziehung von der du redest ist die Kausalität. Akausal wäre wenn die Wirkung vor der Ursache erfolgt.
ich weiß zudem nicht ganz was dein Punkt ist einmal sagst du
Nein, das ist nicht richtig. Sie schließt sie explizit mit der raumzeitlichen Hypothese ein.
Doch tut sie und das sehr konkret. Eine der Aussagen ist Information kann nicht schneller als Licht sein.
Du kannst auch schlecht akausale Dinge mit ihr beschreiben daher gibt es bei Tachyonen auch das Runaway Problem was es unwahrscheinlich macht dass sie existieren.
Die <Zeit> kann somit niemals gleichzeitig anwesend sein, was eben genau die Bedingung der Raumzeit ist, nämlich dass man die Vorstellung von absoluter Zeit aufgeben muss, womit man gegen das grundsätzliche Gesetz von Ursache und Wirkung verstößt.
Tut man nicht. Nur weil die Zeit nicht für jeden Beobachter gleich ist, ist das keine Umkehr der Kausalität.
Äh, Pfui, vielleicht haben wir verschiedene Ansichten über das Wort „akausal“. Ich meine mit „akausal“ in jedem Fall, dass der Wirkung eine Ursache fehlt.
Denn eine Bewegung ist eine Wirkung und eine quantitativ zeitliche Größe, bei der der zweite Punkt nicht anwesend ist, der fehlt die Ursache, um wirken zu können.
Alle anderen Argumente Deinerseits betrachte ich damit als gegenstandslos. Es wäre gut gewesen, wenn du das Kausalitätsprinzip der Unumkehrbarkeit auch auf meine Argumente bezogen hättest. Denn ich sagte:
Das stimmt eben nicht, denn das Prinzip, mit dem du argumentierst, beruht auf der raumzeitlichen Hypothese, die Zeit sei eine reale bidirektionale Quantität. Doch ist sie das keinesfalls, denn die Zeit hat ganz gewiss nicht die Freiheit, rückwärts zu wirken. Denn jedes mathematische Resultat, dem eine Formel zugrunde liegt, kann mit der unidirektionalen Bedingung der Zeit nicht einfach umgestellt werden, als sei die Zeit bidirektional.
Und besonders eine mathematische Formel, die zeitliche Größen verwendet, die unumkehrbare Bedingungen erfüllen müssen, widersprechen dem Kausalitätsprinzip. Auf dass du hier aber einfach nicht reflektierst. Die Ignoranz meines simplen mathematischen Arguments ist aber von fundamentaler Art, denn alles, was du danach noch argumentierst, ist bereits nicht mehr kausal.
Alle anderen Argumente Deinerseits betrachte ich damit als gegenstandslos
Wenn du denkst dass das eine gute Argumentation ist dann muss ich dich leider enttäuschen und wenn du ohnehin alles als Gegenstandslos betrachtest, dann hat es auch keinen Sinn mehr hier zu argumentieren.
In dem Sinne glaub was du willst, ich machs wie du und betrachte deine Argumentation als Gegenstandslos.
Dann fasse dich doch mal an deine eigene Nase – du sagst es zwar nicht, aber du ignorierst meine Argumente. Es ist nämlich keine Grundlage für eine kausale <Zeit> mehr vorhanden, mit der du aber weiterhin lustig argumentierst als sei sie kausaler Natur.
Es geht schlichtweg um deine Art mit der ich nicht klar komme und da habe ich auch keine Lust mehr weiter zu diskutieren und wenn du mit meiner Art auch nicht klar kommst, dann lassen wir es einfach so stehen. Ist einfacher für uns beide...
Das ist newtonsche Mechanik, du nimmst über gravitative Kopplung einen Teil des Impuls des Planeten mit.
Klar, auch hier stellt dann die Frage: Welche Quanten tragen dann die Bewegungsenergie oder den Impuls von einem Ort zum anderen?
Du brauchst in dieser Beschreibung keine Quanten.
Die Quanten selbst sind am Ende ja auch nur ein physikalisches Modell so wie die Krümmung der Raumzeit oder das newtonsche Gravitationsmodell auch.
Zur Beschreibung eines Sachverhaltes nutzt man nun das Modell welches die Realität hinreichend genau beschreibt, da dies Bereits mit Newton gegeben ist brauchst du auch hier keine Quantengravitation oder ähnliches anwenden.
Diese Form der Argumentation ist mir denn doch zu naiv und unscharf.
Dass man etwas berechnen kann, heißt noch lange nicht, dass man weiß, wie diese Wechselwirkung zustande kommt. Denn letztendlich fehlt der Gravitation kein Quäntchen Energie, die aber im Raumschiff sehr wohl hinzugekommen ist.