Wieso genau kommt Gravitation zu Stande?

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5 Antworten

Wir befinden uns in einem vierdimensionalen Gebilde, das heißt, um ein "Ereignis" (etwas räumlich und zeitlich vergleichsweise wenig ausgedehntes) zu beschreiben, brauchen wir 4 Koordinaten. Drei davon stellen unseren Raum dar und eine unsere Zeit. Wir sprechen auch von "Raumzeit".

Was jetzt genau Raum ist und was Zeit, ist aber nicht strikt festgelegt; wie es Drehungen im Raum gibt, die aus einer Ausdehnung in x-Richtung teilweise eine Ausdehnung in y-Richtung machen und umgekehrt, gibt es auch "Drehungen", die aus einer räumlichen Ausdehnung teilweise eine zeitliche machen und umgekehrt.

Jeder Körper stellt hier eine "Weltlinie" dar, das ist eine Linie durch die Raumzeit, die hauptsächlich in Zeitrichtung verläuft.

Bis hierher ist das noch spezielle Relativitätstheorie.

Aber diese Raumzeit ist nicht eben, sondern gekrümmt. Nicht wie ein Blatt Papier, das man zu einer Röhre biegt, sondern wie die Hülle eines Gummiballs oder eine Tuba.

Eine Weltlinie, die ohne einwirkende Kräfte zustandekommt, läuft soweit wie möglich "geradeaus" auf dieser Raumzeit, ähnlich wie eine Ameise auf einem Gummiball oder einer Tuba, die auch glaubt, geradeaus zu laufen, aber ein gekrümmte Linie läuft.

Diese Linie ist nicht nur für einen äußeren Beobachter gekrümmt, sondern auch für eine andere Ameise, die neben der ersten herläuft. Der Abstand der Ameisen bleibt nicht gleich, auch wenn sie am Anfang parallel laufen. Auf dem Gummiball kommen sich die Ameisen immer näher, wenn sie parallel gestartet sind.

Die Gravitation entspricht der Krümmung der Raumzeit; zwei Körper, die am Anfang zueinander ruhen - d. h. ihre Weltlinien laufen in Richtung Zeit parallel - kommen sich im Laufe der Zeit immer näher. Das ist die Wirkungsweise der Gravitation.

Woher kommt diese Krümmung?

Von sich aus ist die Raumzeit bestrebt, möglichst eben zu sein, ähnlich wie eine Teichoberfläche.

Aber wenn sich ein Wasserläufer (eine Insektenart) auf die Teichoberfläche stellt, bildet die Wasseroberfläche unter seinen Füßen kleine Dellen. Ähnlich verzerrt sich die Raumzeit auch, wenn Energie (= Masse) "auf" sie gelegt wird. Die Raumzeit krümmt sich in Anwesenheit von Energie so, dass die Energien sich gegenseitig anziehen.

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Jede Masse erzeugt ein (prinzipiell unendlich weit ausgedehntes) Gravitationsfeld. In diesem Gravitationsfeld hat jeder Punkt ein so genanntes Gravitationspotential.

Das Gravitationspotential ist ein 1/r-Potential. Der negative Gradient (Gradient = höherdimensionale Ableitung) eines Potentials ist eine Kraft.

-d/dr 1/r = 1/(r^2)

Deswegen geht die Gravitationskraft wie 1/(r^2).

Genaueres hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationsfeld

Das selbe gibt es auch mit elektrischer Ladung, elektrischem Feld und elektrischem Potential. Ist im Prinzip genau der selbe Effekt. Die Unterschiede sind, dass zum einen jede Masse eine Gravitationskraft erfährt (und auch ausübt), während eben nur geladene Körper eine elektrische Kraft ausüben (und auch erfahren), zum anderen die Gravitationskraft immer anziehend wirkt und es auch nur eine Form der "Ladung" gibt, während die elektrische Kraft anziehend (ungleichnamige Ladungen) oder abstoßend (gleichnamige Ladungen) sein kann.

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Genau weiß ich da auch noch nichts drüber, aber es lässt sich durch die Keplerschen Gesetze herleiten, dass die Gravitation konstant zu 1/r^2 ist. Das hat Newton nach Kepler gemacht. Weißt du was noch total faszinierend ist? Die Gravitation der Erde an der Oberfläche ist genau gleichgroß wie wenn die Gesamtmasse der Erde im Erdinneren in einem Punkt konzentriert wäre. Die kleinen Teilchen mit ihren Einzelgravitationen haben genau diese Gesamtgravitation. Das hat auch Newton bewiesen, hat aber 20 Jahre dafür gebraucht, weil er zuerst Infinitesimalrechnung dafür entwickeln musste. Ist jetzt nicht ganz eine Antwort auf deine Frage aber ich hoffe dir gefällt sie trotzdem 😂 LG

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Kommentar von SirPanamera
10.12.2015, 19:15

ehrlich hm total spannendes Thema, danke für die Antwort !

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Kommentar von JonasV
11.12.2015, 11:39

Mir ist grad eingefallen, was mein Prof in einer Vorlesung mal gesagt hat. Man vermutet, dass es ein massenloses teilchen (graviton) geben könnte, was die Gravitationswechselwirkung antreibt. Das konnte aber noch nicht nachgewiesen werden.

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Schau dir mal die allgemeine Relativitätstheorie an. Das ist die bisher einzige Erklärung, die bis jetzt nicht widerlegt wurde für die Gravitation. Ich sag nur Krümmung der Raumzeit.

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Kommentar von SirPanamera
10.12.2015, 19:17

ja habe eigentlich auf eine Antwort gehofft von jemanden der sich mit der Relat. Theorie auseinander gesetzt hat... klar könnte ich mir  jetzt die Mühe machen, war aber nicht die Art Antwort die ich erwartet hab

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Kommentar von MrsGinger
10.12.2015, 20:47

Das ist die Erklärung: Gravitation ebtsteht durch die Krümmubg der Raumzeit ;) Stell dir das so vor: man legt eine schwere Kugel auf eine gespanntes Tuch (z.B. wie bei einem Trampolin). Nun rollen alle leichteren/kleineren Kugeln in Richtung der Kugel, weil diese ja eine 'Kuhle' in den Tuch verursacht.

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Man kann Gravitation spueren, man kann sie messen, man kann sie berechnen, aber niemand kann sie erklaeren.

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