"Erstens aus der Sicht eines schnell bewegenden Objektes, wie sieht die Außenwelt aus für ihn? Müsste er nicht alles in schnellerer Geschwindigkeit sehen?"

er sieht etwas auf das er sich zu bewegt schneller, und etwas von dem er sich weg bewegt langsamer. das ist aber schon in der klassischen theorie so, das nennt man Doppler-effekt. in der relativitätstheorie kommt dann noch ein faktor für die zeitdilatation hinzu.

d.h. es braucht unser Initials System weniger Zeit

braucht weniger zeit wofür?

zum letzten punkt:

es gibt nicht "das schnell" und das "nicht bewegte". bewegung ist relativ. das ist der ganze punkt. wenn sich beobachter A und B relativ zu einander bewegen, dann kommt A zu dem schluss dass für B die zeit langsamer vergeht, und B zu dem schluss dass für A die zeit langsamer vergeht. *(ich schreibe "kommt zu dem schluss" in dem sinne dass das das resultat ist das er erhält wenn er die lichtlaufzeit rausrechnet. denn dafür was die beiden SEHEN ist dann wieder der Doppler-effekt relevant, siehe oben)

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Einstein wies diese Vorstellung zurück

tat er nicht. und darin scheint das ganze missverständnis deiner frage zu liegen.

können wir denn nicht anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts sagen wie wie uns relativ zum Raum bewegen

nein. da es keine absolute geschwindigkeit "relativ zum raum" gibt.

Alternativ könnte man auch einen Punkt finden an dem die Zeit am schnellsten vergeht.

auch so eine punkt gibt es nicht. verschiedene "wege" durch die raumzeit zwischen zwei ereignissen können unterschiedlich "lang" sein - wobei die "länge" einer weltlinie durch die raumzeit der entlang dieser weltlinie versteichenen eigengeiz entspricht - aber es gibt keinen punkt an dem die zeit "schneller" oder " langsamer" vergeht.

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die geographische lage der uni wo du einen master machst relativ zur uni wo du deinen bachelor machst ist wirklich das letzte was jemanden interessiert.

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Jetzt wird er wieder eingeschaltet.

der läuft schon seit 2022 wieder...

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nicht hier fragen, sondern direkt bei der studienprogrammleitung des masterstudiengangs astrophysik der uni Bonn fragen. das sind die einzigen die dir eine verlässliche auskunft geben können. und genau dafür sind sie auch da.

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ja, geschwindigkeiten sind immer nur relativ, das ist richtig.

also musst du eine wahl treffen relativ zu was du eine geschwindigkeit angeben willst.

zB relativ zu einer beliebigen anderen galaxie, oder relativ zum schwerpunkt unserer lokalen gruppe, oder relativ zu dem bezugssystem in dem die kosmische hintergrundstrahlung isotrop ist, oder....

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Könnte man sogar berechnen wie lange es dauern würde bis sie sich berühren?

das sollte

 sein

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Aber ist nicht die Gravitationskraft prinzipiell gleich

nein. die gravitationsBESCLEUNIGUNG ist gleich.

a=F/m

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Wenn die sog. "dunkle Materie" alles zusammen hält,

sie hält nicht alles zusammen. sondern galaxien und noch größere strukturen

das sie ständiger Bestandteil auch der "nicht dunklem Materie" ist und wir das bisher nur nicht gemerkt haben?

wenn es eine weitere wechselwirkung mit materie gibt außer die gravitation - und das wissen wir nichtmal ob dem so ist - dann muss diese wechselwirkung extrem schwach sein, sonst hätte man sie bereits nachweisen können.

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Gibt es Berechnungen, wie weit der Ereignishorizont von der Singularität entfernt ist

schon in einem gewissen sinn, aber nicht so wie du dir das wahrscheinlich vorstellst. dieser "abstand" ist nämlich kein räumlicher sondern ein zeitlicher. die "singularität"(*) ist kein ort, sodern ein zeitpunkt in der zukunft jedes beobachters innerhalb des ereignishorizonts. zu fragen wie weit der ereignishorizont von der singularität entfernt ist, ist im prinzip äquivalent dazu zu fragen wie weit ich vom nächsten montag entfernt bin. die antwort ist eine zeitliche distanz, und hängt natürlich davon ab auf welcher weltlinie ich mich von jetzt bis nächsten montag bewege.

was man berechnen kann ist die maximale zeit die vom erreichen des ereignishorizonts bis zum eintreten der singularität vergeht:

 die minimale zeit die man erreichen kann ist schlicht:



beide resultate sind als limes zu verstehen. das erste kann man nur erreichen wenn man ein unendlich starkes triebwerk zur verfügung hat, und das zweite nur wenn man masselos ist. beides ist natürlich nicht möglich, sondern nur als limes zu verstehen.

ab wann man so nah an nem schwarzen Loch dran ist, dass man z.B. mit nem Raumschiff nicht mehr wegkommt?

das hängt klarerweise in erster linie von deinem raumschiff ab. wie stark kann es beschleunigen?

um vom abstand(*) r wieder wegzukommen musst du mindestens die beschleunigung

 aufbringen.

außerdem muss dein raumschiff die gezeitenkräfte in der nähe des schwarzen lochs aushalten können, welche in radialer richtung zB

 betragen, wobei L die länge deines raumschiffs ist.

alle resultate gelten für ein schwarzschild black hole, also ein nicht-rotierendes, nicht-geladenes schwarzes loch. mit allem was darüber hinaus geht kenne ich mich nicht aus.

(*) niemand geht von einer echten "singularität" aus. diese ist ein resultat der allgemeinen relativitätstheorie, wenn man diese einfach stur immer weiter weit außerhalb ihres gültigkeitsbereichs anwendet. wir wissen dass das falsch ist, weil an einem gewissen punkt einmal quanteneffekte der gravitation relevant werden, welche die ART aber komplett ignoriert. aber für alles was nicht zu knapp an der "singularität" passiert ändert das nichts.

(**) auch hier muss man ein bisschen aufpassen was die koordinate r eigentlich bedeutet. auch das kann man nicht immer 1:1 als distanz übertragen. r ist definiert als jener abstand, für den alle punkte mit dem selbe abstand eine fläche 4*pi*r² ergeben.

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es geht nicht darum dass ein elektron in einem atom auf ein höheres energieniveau gehoben werden kann. natürlich kann es das.

es geht auch nicht darum dass man ein elektron beschleunigen und ihm dadurch energie zuführen kann. natürlich kann man das.

es geht darum dass du ein elektron selbst nicht in einen angeregten zustand bringen kannst. ein atom kann in einem angeregten zustand sein. ein atomkern kann in einem angeregten zustand sein. ein proton oder ein neutron kann in einem angeregten zustand sein (allerdings nennt man das dann anders und spricht zB von Delta-baryonen).

aber ein elektron kann nicht in einem angeregten zustand sein.

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da geschwindigkeiten immer nur relativ gesehen einen sinn machen, hat auch deine frage keine klare antwort.

man kann eine andere frage stellen die lautet: mit welcher geschwindigkeit bewegt sich unser sonnensystem relativ zu einem bezugssystem in dem die kosmische hintergrundstrahlung isotrop ist. die antwort lautet ca 370 km/s.

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Warum behaupten Physiker immer wieder, dass Gravitonen hypothetisch (also noch nicht wirklich nachgewiesen) seien?

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KI ist dazu (wie ich auch) ganz anderer Meinung:

Gravitationswellen sind Fluktuationen in der Krümmung der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und durch massive beschleunigte Objekte erzeugt werden, wie zum Beispiel durch das Verschmelzen von Neutronensternen oder schwarzen Löchern. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ist ein Experiment, das darauf ausgerichtet ist, diese Wellen zu detektieren und zu analysieren.

FRAGE: Nehmen wir an, wir haben ein durch LIGO aufgefangenes Gravitationswellensignal mittels Fouriertransformation als Summe unzerlegbarer Anregungen des gravitativen Feldes dargestellt. Wie bestimmt sich dann der Spin dieser unzerlegbaren Feldanregungen?

Die KI glm-4-plus antwortete mir:

Die unzerlegbaren Anregungen des gravitativen Feldes, die durch LIGO detektiert werden, sind sogenannte Graviton-Zustände. Diese Zustände können durch ihre Quantenzahlen charakterisiert werden, zu denen auch der Spin gehört. Der Spin von Gravitonen, den hypothetischen Teilchen, die Gravitationswellen vermitteln, ist 2. Dies folgt aus der Tensorstruktur des Gravitationsfeldes, das durch den Metriktensor \( g_{\mu\nu} \) beschrieben wird.

Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie sich der Spin der unzerlegbaren Feldanregungen bestimmt:

1. Graviton als Spin-2-Teilchen:

In der Quantenfeldtheorie wird das Gravitationsfeld durch den Austausch von Gravitonen beschrieben. Diese Gravitonen sind Spin-2-Teilchen. Dies bedeutet, dass sie zwei Drehimpulsquanten besitzen.

Der Spin-2-Charakter ergibt sich aus der Tatsache, dass der Metriktensor \( g_{\mu\nu} \) ein Tensor zweiter Stufe ist, der vier Indices hat (zwei obere und zwei untere Indices). Dies führt dazu, dass das Graviton zwei Spin-Quanten trägt.

2. Fouriertransformation und Moden:

Wenn man ein Gravitationswellensignal mittels Fouriertransformation analysiert, zerlegt man das Signal in seine Frequenzkomponenten. Jede dieser Komponenten kann als eine Anregung des Gravitationsfeldes betrachtet werden.

Diese Anregungen können als Moden des Feldes beschrieben werden, die durch ihre Polarisation und Frequenz charakterisiert sind.

3. Polarisation und Spin:

Die Polarisation der Gravitationswellen ist eng mit dem Spin der Gravitonen verbunden. Gravitationswellen haben zwei unabhängige Polarisationen, die als \( h_+ \) und \( h_\times \) bezeichnet werden.

Diese beiden Polarisationen entsprechen den zwei möglichen Spin-Zuständen des Gravitons in der transversalen Ebene.

4. Quantenfeldtheoretische Beschreibung:

In der Quantenfeldtheorie wird das Gravitonfeld durch einen quantisierten Tensorfeldoperator \( h_{\mu\nu} \) beschrieben. Die verschiedenen Moden dieses Feldes entsprechen den verschiedenen Anregungen, die durch die Fouriertransformation identifiziert werden.

Jede dieser Moden trägt die Quantenzahl des Spins, die für Gravitonen immer 2 ist.

Zusammengefasst: Der Spin der unzerlegbaren Feldanregungen, die durch die Fouriertransformation eines Gravitationswellensignals identifiziert werden, ist 2. Dies folgt aus der Tensorstruktur des Gravitationsfeldes und der Natur der Gravitonen als Spin-2-Teilchen. Die Polarisationen der Gravitationswellen spiegeln die Spin-Eigenschaften dieser Teilchen wider.

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hatten wir diese diskussion nicht schon mal?

nach deiner privat definition wäre IMMER absolut JEDES wellenphänomen quantisiert. es wäre nach deiner privat definition UNMÖGLICH dass es so etwas wie eine klassische wellentheorie überhaupt geben kann oder jemals gab. mit dieser definition stehst du halt alleine da.

Warum behaupten Physiker immer wieder, dass Gravitonen hypothetisch (also noch nicht wirklich nachgewiesen) seien?

was meinst warum sie das sagen? ich würde sagen es gibt mehrere möglichkeiten.

a) weil alle physiker auf diesem planeten noch nie draufgekommen sind dass man ein gravitationswellensignal Fourier-transformieren kann. gravitonen sind in wirklichkeit natürlich eh nachgewiesen, aber alle zusammen sind ausnahmslos zu blöd das zu verstehen, oder einfach nur zu faul um sich ihren Nobelpreis abzuholen.

b) weil du etwas grundlegendes falsch verstanden hast.

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der quellterm für die gravitation ist der energie-impuls-tensor. und eine der 16 komponenten ist die energiedichte. und die masse liefert einen beitrag zur gesamtenergie.

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aber dass ein Teilchen mehr Masse bekommt,

das ist aber eine komplett veralterte vorstellung von masse die in der physik seit hundert jahren nicht mehr verwendet wird.

was man in der physik als "masse" bezeichnet ist eine invariante größe.

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und die Kugel auf dem Tisch fängt sich an, von mir weg zu bewegen.

und

dass (...) zu keiner Geschwindigkeitsübertragung kommt

(ich nehme an du meinst geschwindigkeitsänderung)

widerspricht sich.

wenn sie plötzlich anfängt sich zu bewegen dann hat sich ihre geschwindigkeit geändert.

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was man sagen kann: wenn man einen konstantem abstand r von einem schwarzschild black hole hält - was bedeutet dass man eine konstante beschleunigung von  aufbringen muss - dann sieht man licht dass von senkrecht über einem aus unendlich großer entfernung zu einem gesandt wurde blauverschoben um einen faktor  wobei r_s der schwarzschildradius dieses scharzen lochs ist. um diesen faktor siehst du alles was dort (weit weit entfernt über dir) ist schneller ablaufen.

beide gleichungen gelten für r>r_s.

"die zeit vergeht hier oder dort oder sonst wo schneller oder langsamer oder..." ist keine hilfreiche aussage. das bezieht sich maximal darauf wie du gleichzeitigkeit an verschiedenen orten definierst ("jetzt ist hier bei mir eine sekunde vergangen und GLEICHZEITIG sind dort ganz wo anders X sekunden vergangen") und das ist willkürlich und nicht eindeutig. wird oft so gesagt wenn man "zeitdilatation" zwischen zwei inertialsystemen in einer flachen raumzeit bespricht, aber auch nur weil es hier (und eigentlich nur hier) eine "naheliegende" (wenn auch nicht zwingende) definition von gleichzeitigkeit für jedes inertialsystem gibt. aber darüber hinaus ist das letztlich nicht mehr als eine koordinatenwahl, und von der wahl meiner koordinaten kann die physik niemals abhängen.

was hingegen eindeutig ist, ist wie viel eigenzeit zwischen zwei ereignissen entlang verschiedener weltlinien vergangen ist (aber hier bei deiner frage betrachten wir keine zwei verschiedenen weltlinien die beide die gleichen zwei ereignisse beinhalten), und ebenfalls eindeutig ist unter welcher rot/blauverschiebung jemand etwas anderes sieht und damit auch um wie viel schneller oder langsamer jemand etwas anderes sieht (zB wie schnell er eine uhr gehen sieht). die antwort dafür steht oben. beachte allerdings dass es diesen effekt, dass du zB eine uhr schneller oder langsamer gehen siehst, auch bereits in der Newtonschen physik, ganz ohne relativitätstheorie, gibt. nennt sich Doppler-effekt. quantitativ gibt es natürlich andere resultate in der Newtonschen mechanik, gravitation spielt hier auch keine rolle, aber der prinzipiell selbe effekt ist da und ist hier etwas ganz banales.

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wir wissen nicht ob das universum unendlich groß ist oder nicht. werden wir vielleicht auch nie wissen. tut für den energieerhaltungssatz aber nichts zur sache.

der energieerhaltungssatz gilt lokal. d.h. in einem raumbereich ist die änderung der energie gleich dem fluss an energie durch die begrenzung dieses bereichs.

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