Astronauten aufgepasst...?
... nee mach nur Spaß, aber meine Frage hat durchaus etwas mit dem Weltall zu tun und zwar frage ich mich, ob ein Gegenstand in absoluter Schwerelosigkeit, der sich in Bewegung befindet, also mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch die unendlichen Weiten des Weltalls gleitet, irgendwann an Geschwindigkeit verliert oder gar zum Stillstand kommt, ein Asteroid bspw. oder von mir aus auch ein Erkundungssatellit, den man ins All geschossen hat. Würde dieser Gegenstand bis in alle Ewigkeit sich mit gleichbleibender Geschwindikeit bewegen oder wie eben schon mal gefragt irgendwann stehen bleiben?
11 Antworten
Es gibt nirgendwo im Weltall absolute Schwerelosigkeit.
Falsch! Die sog. "Schwerelosigkeit" gibt es nicht hier, da, irgendwo oder nirgendwo. Die sog. "Schwerelosigkeit" ist keine Ortseigenschaft, sondern ein dynamischer Zustand.
Die Bezeichnung "Schwerelosigkeit" ist grob irreführend! Gemeint ist damit das schiere Gegenteil, nämlich die völlige, ausschließliche Auslieferung eines Körpers an die jeweiligen Schwerefelder. Das ist der freie Fall, so wie z.B. der Ball im Flug unter Vernachlässigung des Luftwiderstandes.
Hallo fiabaka876,
wenn auf einen Körper keine nennenswerte Kraft wirkt, bleibt seine Geschwindigkeit konstant, und zwar nach Betrag und Richtung. Dieses Prinzip heißt das Trägheitsprinzip (TP) und stammt in seiner ursprünglichen Fassung von GALILEI.
Von ihm stammt allerdings noch ein weiteres grundlegendes Prinzip, das Relativitätsprinzip (RP). Es sagt aus, dass Fortbewegung relativ ist:
Definieren wir von einem "ruhenden" Körper B aus ein Koordinatensystem Σ (Bezugssystem), in dessen x-Richtung sich ein zweiter Körper B' mit konstanter 1D-Geschwindigkeit v bewegt, so können wir ebensogut ein von B' aus definiertes Koordinatensystem Σ' als Bezugssystem auswählen, das natürlich B' als ruhend und B als mit −v in x'-Richtung bewegt beschreibt.
Die grundlegenden Beziehungen zwischen physikalischen Größen (nichts anderes sind Naturgesetze) sind in Σ' dieselben wie in Σ.
Ein Haken......ist an der Sache: Es gibt den Kosmischen Mikrowellen- Hintergrund (engl. Abk. CMB), der einer Temperatur von ca. 2,7 K (−270,45°C) entspricht und von der Erde aus isotrop (aus allen Richtungen gleich) wirkt – fast.
Es gibt "zufällige", d.h. über den Himmel gleichmäßig verteilte Schwankungen; daneben gibt es aber auch eine Dipol- Anisotropie, d.h., in eine Richtung scheint es noch etwas kälter, in die entgegengesetzte Richtung etwas weniger kalt zu sein – ein Hinweis, dass sich die Erde relativ zum Kosmos als Ganzem bewegt, und zwar mit ca. 370 km⁄s.
Im Prinzip bremst schon der Unterschied im CMB einen Körper ab, und zwar umso stärker, je schneller er ist. Je weiter dabei aber das Universum expandiert und auskühlt und ausdünnt, desto näher kommt es dem Idealzustand des leeren, kraftfreien Universums.
Relativität der GleichortigkeitTrotz des RP postulierte NEWTON nicht nur die Existenz der absoluten Zeit, sondern auch die des absoluten Raumes. Das ist aber eigentlich nicht haltbar, denn dank RP hängt die Frage, was überhaupt ein Ort ist, von der Wahl des Bezugssystems ab.
Zwei aufeinander folgende Ereignisse E₁ und E₂, die sich in Σ' an einem Ort ereignen, ereignen sich in Σ an zwei verschiedenen Orten, die um Δx = x₂ − x₁ = vΔt = v(t₂ − t₁) auseinander liegen.
Schon das nötigt eigentlich schon dazu, von der Raumzeit zu sprechen, da diese in Σ und Σ' auf unterschiedliche Weise in Zeit und Raum zerlegt wird. Tatsächlich sind Σ und Σ' raumzeitliche Koordinatensysteme mit der Weltlinie (WL) des Schwerpunkts von B bzw. B' als Zeitachse, und die von B aus ermittelte oben erwähnte Zeitspanne Δt ist eine Koordinatendifferenz und heißt deshalb auch B- Koordinatenzeit.
Ereignisse, die in irgendeinem Koordinatensystem gleichortig, aber durch eine (von einer lokalen Uhr direkt gemessene) Zeitspanne Δτ getrennt sind, heißen zeitartig getrennt und Δτ heißt Eigenzeit. Die ist für die oben erwähnten E₁ und E₂ mit der B'- Koordinatenzeit Δt' identisch.
Bisher haben wir noch nichts gesagt, was in der NEWTONschen Mechanik (NM) falsch wäre; nur wäre in der NM auch Δt = Δτ. Die in der NM verwendete GALILEI- Transformation zur Umrechnung zwischen Σ und Σ' ist geometrisch betrachtet eine Scherung.
GALILEI meets MAXWELL ⇒ SRTAuch die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) beruht vollständig auf dem RP, denn zu den Naturgesetzen gehört auch MAXWELLs Elektrodynamik und damit auch die elektromagnetische Wellengleichung, die auch das Ausbreitungstempo c elektromagnetischer Wellen enthält.
Was sich relativ zu B als Bezugskörper mit c bewegt, das bewegt sich auch relativ zu B' als Bezugskörper mit c und umgekehrt.
Eigenzeit und KoordinatenzeitInsbesondere fordert das RP, dass der optische DOPPLER-Effekt symmetrisch sein muss.
-- Baustelle --
Bei der Fragestellung sind zunächst zwei physikalische Mythen zu klären:
"..... ein Gegenstand in absoluter Schwerelosigkeit ......"
Die sog. "Schwerelosigkeit" ist keine Raumeigenschaft, sondern ein dynamischer Zustand, nämlich der freie Fall. Im freien Fall sind alle Körper, die ohne weitere Kräfte allein den jeweils wirkenden Schwerefeldern ausgeliefert sind wie z.B. ein in die Höhe getretener Ball.
Dein gedachter Gegenstand fällt also im Weltraum herum ohne Antrieb bzw. ohne jede nennenswerte Kollision mit irgendwelchen Fremdkörpern wie z.B. ein Himmelskörper. Jede Geschwindigkeitsänderung, d.h. jede Beschleunigung bedarf einer angreifenden Kraft. Ohne eine solche Kraft verändert sich in Ewigkeit keine Geschwindigkeit. Unter solchen Umständen ergibt aber die Sortierung von bewegten und unbewegten Gegenständen keinen Sinn:
"..... ein Gegenstand der sich in Bewegung befindet ...."
In unserem irdischen Alltag messen wir die Geschwindigkeit eines Körpers gewöhnlich in Bezug auf die örtliche Erdoberfläche. Im Bahnabteil beziehen wir die Laufgeschwindigkeit des Passagiers auf den rollenden Waggon.
Die augenblickliche Geschwindigkeit eines im Weltall frei fallenden Körpers können wir z.B. in Bezug auf die Zugspitze messen, die um die Erde kreist, in Bezug auf die Erdachse, die um die Sonne kreist, in Bezug auf das Sonnensystem, das um die Milchstraßenachse kreist u.s.w. Die "absolute Geschwindigkeit im Weltraum" ist also eine Illusion. Demnach ist der "unbewegte Körper" ein Körper, der die gleiche Geschwindigkeit aufweist wie mein gerade willkürlich ausgewähltes Bezugssystem.
Der gedachte antriebslose Körper "in Schwerelosigkeit" ist also in Ewigkeit beständigen oder auch wechselnden Schwerefeldern ausgeliefert. Unsere Erde z.B. ist dem (in überschaubarer Zeit) beständigen Schwerefeld der Sonne ausgeliefert, die zu einer angenäherten Kreisbeschleunigung mit nahezu konstanter Bahngeschwindigkeit führt.
Eine genauere Betrachtung zeigt, dass die Erdbahn nicht ganz kreisrund verläuft, sondern elliptisch. Während der größeren Sonnennähe erhöht sich die Bahngeschwindigkeit in Bezug auf das Sonnensystem etwas. An den spitzen Kehren der Ellipse wird es etwas langsamer. Das ähnelt den sog. "Swing-by-Manövern" der Raumfahrer, bei denen antriebslose Raumschiffe im Vorbeiflug an Himmelskörpern beschleunigt werden.
- In absoluter Schwerelosigkeit
- Im absoluten Vakuum
- In absoluter Dunkelheit
.... dann ja.
Nein. Im interplanetaren Raum hat man immer noch ca. 10^4 Teilchen / m³, aber eben nicht "0".
Und dann kommt ein Objekt mit sagen wir mal 20,000 km/h und einem Gewicht von 2 t (Satellit?) in etwa nach wievielen km zum Stillstand?
Zum Stillstand relativ zum "Bad" aus sehr dünner Materie und Strahlung, das das Objekt umgibt, musst Du sagen, um präzise zu sein, denn Fortbewegung ist relativ.
Der einzige Weg, wie es zu diesem Stillstand kommen kann, ist ein Ungleichgewicht der ohnehin schon geringen Kräfte zugunsten derer, die von "vorn" (also aus seiner Bewegungsrichtung) kommen, und wenn das Objekt tatsächlich langsamer wird, wird auch das Kräfte-Ungleichgewicht kleiner. Es ist daher unwahrscheinlich, dass das Objekt je zum Stillstand kommt oder auch nur wesentlich langsamer wird.
Ganz absolut ist das Vakuum auch selbst im Weltraum nirgends. So ein paar verlorene Atome schwirren immer umher. Und die stoßen rein theoretisch betrachtet (!) natürlich jeden beliebigen Gegenstand hin und her. Aber das ist praktisch völlig bedeutungslos hinsichtlich der Dynamik eines Körpers mit der Masse von 1 kg oder mehr. Der fliegt ewig mit seiner (ohnehin willkürlich definierten) Geschwindigkeit weiter, solange keine Kraft an ihm angreift: Beschleunigung = Kraft durch Masse. Die Beschleunigung ist eine Änderung der Geschwindigkeit (skalar) bzw. der Bewegungsrichtung (vektoriell).
Siehe dazu meine ausführlichere Antwort oben.
bis in alle Ewigkeit sich mit gleichbleibender Geschwindikeit bewegen
So ähnlich sagt es ja das Newtonsche Bewegungsgesetz. Ein Körper verharrt im Zustand der gleichmässigen Bewegung, solange es keine Störung gibt. Und das kann man für die Ewigkeit nicht ausschließen.
Und selbst wenn ein Asteroid durch eine Staubschwade fliegt und dann an Geschwindigkeit verliert. Dann ist die Frage nach dem Ruhezustand immer gekoppelt mit Frage nach dem Ruhezustand gegenüber welchem Bezugssystem.
Beispielsweise befindet sich das James Webb Teleskop in einem Ruhezustand im Bezug zum Erde-Sonne-System. Aber das gesamte Sonnensystem bewegt sich immer noch mit rasanter Geschwindigkeit um die galaktische Hauptachse.
So ähnlich sagt es ja das Newtonsche Bewegungsgesetz.
Dieses ist sogar älter als NEWTON, es stammt noch von GALILEI.
Im Universum hat man doch absolutes Vakuum. Ich wollte es am Beispiel eines Objektes, das sich durchs Weltall bewegt...