Gedanken zur Dunklen Materie | Seite 33 | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Gedanken zur Dunklen Materie

holger_merlitz

Mitglied
Na klar, das Experiment zur Lichtablenkung am Sonnenrand etwa, oder die Messungen zu Gravitationslinsen - sie alle verwenden Photonen. Zudem gibt es zahllose theoretische Analysen zu den Flugbahnen von Photonen in der Nähe von Schwarzen Löchern.

Viele Grüße,
Holger
 

kirk11

Mitglied
Was ich aber eigentlich nach Post #951 schreiben wollte, möchte ich jetzt nachholen:

In der Realität wird sich die Annäherung eines Objekts im Raum an die Erde aus großer Entfernung praktisch nie geradlinig vollziehen.
Dazu müßte die Bahn (auch schon ohne Berücksichtigung der Gravitation der Erde) ziemlich direkt durch den Mittelpunkt der Erde führen - die Wahrscheinlichkeit dafür ist verschwindend klein.

Je weiter die Bahn des Objekts am Erdmittelpunkt vorbei führen würde (wiederum ohne Berücksichtigung der Gravitation), desto gekrümmter wird die Annäherung erfolgen.
Bis zu dem Punkt, wo die Bahn des Objekts so weit an der Erde vorbeigeht, dass die Gravitation der Erde nicht (mehr) ausreicht, um das Objekt 'anzuziehen'.
Das Objekt wird dann zwar abgelenkt, trifft aber nicht mehr auf die Erde.

Ein Sonderfall ist, wenn die Parameter (Geschwindigkeit, Annäherungswinkel, Masse,...) so beschaffen sind, dass das Objekt um den Gravitationskörper zu rotieren beginnt.
 

M_Hamilton

Mitglied
Hallo Kirk,

Unabhängig davon ob das nach der ART korrekt formuliert ist, bei 99 % der potentiellen Leser solcher Sachverhalte wird so eine Begriffsverwendung für Verwunderung bzw. Verwirrung sorgen - weil sich Krümmung normalerweise auf 2, maximal auf 3 Dimensionen bezieht.

Du verstehst nicht, wie diese Begriffe definiert sind. Krümmung wird in der Differentialgeometrie seit über 100 Jahren durch den Riemannschen Krümmungstensor definiert:


Das funktioniert in beliebigen Dimensionen, ist nicht auf 2, 3 oder 4 beschränkt.

Mit diesen Dingen beschäftigen sich weltweit hunderte oder tausende an Mathematikern und geschätzt tausende Studenten lernen das weltweit jedes Jahr. Jedes Jahr erscheinen auch hunderte bis tausende Arbeiten zu diesem Thema.

Um diese Themen ernsthaft verstehen zu können, muss man 2-3 Jahre Grundlagen der Mathematik und Physik studieren, d.h. jeden Tag mehrere Stunden an Vorlesungen besuchen, Bücher lesen, Beweise nachvollziehen und jede Woche Übungsaufgaben rechnen. Das ist leider ein kompliziertes Gebiet. Man kann sich auch als Senior-Student an einer Uni einschreiben.

Viele Grüße
Mark
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Astrophysiker sehen 'die Welt' oft primär mit astrophysikalischen bzw. mathematischen Augen.

Dass das Wort Krümmung schon seit Jahrtausenden verwendet wird (also lange, lange bevor es einen Herrn Riemann gegeben hat ;)) und man dessen (normale) Bedeutung niemanden erklären muss, sollte eigentlich klar sein.

Es ist halt problematisch (altbekannte) Begriffe mit teilweise komplett neuer Bedeutung bzw. neuem Inhalt zu etablieren.
Es gäbe ja die Möglichkeit, dafür einen neuen oder anderen Begriff zu verwenden.

Komplexität, viel höhere Mathematik, für 'Außenstehende' häufig unverständliche Formeln - das sind Dinge, welche so einige Naturwissenschaften kennzeichnet (ganz wertfrei).

Aber die Aufgabe der Wissenschaft sehe ich u.a. darin, auch den Rest der (daran interessierten) Menschheit an ihren Erkenntnissen bestmöglich teilhaben zu lassen, auch was das Semantische betrifft.

Sprache basiert auf Konsistenz bzw. Kompatibilität.
Wenn jede Generation oder Wissenschaft / Nicht-Wissenschaft Begriffe neu / anders definieren und/oder verwenden würde, dann gäbe es irgendwann keine einheitliche, gemeinsame Sprache mehr.
 

kirk11

Mitglied
Krümmung


Und betreffend der ART:

In der allgemeinen Relativitätstheorie wird die Gravitation durch eine Krümmung der Raum-Zeit beschrieben, die von den Massen der Himmelskörper verursacht wird. Körper und Lichtstrahlen bewegen sich auf den durch diese Krümmung bestimmten geodätischen Bahnen. Diese Bahnen erwecken den Anschein, dass eine Kraft auf die entsprechenden Körper ausgeübt werde.


Fast alle Annäherungen an die Erde verlaufen auf gekrümmten Bahnen (auch nach meiner Definition), mit folgenden beiden Ausnahmen:

1. Das sich von weit weg nähernde Objekt hatte (schon bevor die Erdgravitation zu wirken begann) eine Bahn, welche ziemlich genau durch den Erdmittelpunkt geführt hätte. An dieser Bahn änderte sich dann durch den Gravitationseinfluß / die Raumzeitkrümmung praktisch nichts.
Das ist allerdings eine sehr seltene Konstellation.

2. Mein Fallbeispiel: eine Kugel, welche ohne Eigengeschwindigkeit (und damit auch ohne Annäherungswinkel) auf einen Himmelskörper fallen gelassen wird.

Es wäre müßig, mich wieder darauf hinzuweisen, dass auch diese Bahnen (nach Ansicht der Experten) gekrümmt sind.

Bei allen anderen Annäherungen ergibt sich auch aus 3-dimensionaler Sicht eine gekrümmte Bahn.

Die für mich spannende Frage ist:

Diese Bahnen erwecken den Anschein, dass eine Kraft auf die entsprechenden Körper ausgeübt werde.

Erweckt das wirklich nur den Anschein, oder wirkt nicht doch eine Kraft bzw. Energie auf die entsprechenden Körper ?

Mehr dazu in meinem nächsten Beitrag.
 

Mischa

Mitglied
Diese Bahnen erwecken den Anschein, dass eine Kraft auf die entsprechenden Körper ausgeübt werde.

Erweckt das wirklich nur den Anschein, oder wirkt nicht doch eine Kraft bzw. Energie auf die entsprechenden Körper ?
In der Newtonschen Physik ist der freie Fall die Bewegung eines Körpers, bei der die Schwerkraft die einzige auf ihn wirkende Kraft ist. Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie, wo die Gravitation auf eine Raum-Zeit-Krümmung reduziert wird, wirkt auf einen Körper im freien Fall keine Kraft.

mischa
 

kirk11

Mitglied
Wikipedia - Freier Fall


Der freie Fall ist in der klassischen Mechanik die Bewegung eines Körpers, bei der außer der Schwerkraft keine weiteren Kräfte wirken. Je nach Betrag und Richtung der Anfangsgeschwindigkeit beschreibt der Körper verschiedene Bahnen. Die Umgangssprache versteht unter dem „freien Fall“ vorwiegend die beschleunigte Bewegung senkrecht nach unten, die sich ergibt, wenn der Körper vorher in Ruhe war. Hat er eine Anfangsgeschwindigkeit v , die nicht in der Richtung der Schwerkraft liegt, ergibt sich eine Keplerbahn, die bei hinreichend kleinem v als Wurfparabel bezeichnet wird.

Wenn man das (nur) nach Newton betrachtet und sich die Keplerbahn näher anschaut, dann ist es mE die Frage, ob man da von 'keinen weiteren Kräften' sprechen kann.

Weil tritt da nicht wieder der 'alte Gegenspieler' der Gravitation (bei Newton) - die Fliehkraft - in Erscheinung (so wie bei rotierenden Objekten um einen Himmelskörper) ?

Die Gravitation behält bei der Keplerbahn zwar die Oberhand, aber die Bahn wird doch durch die Fliehkraft mitbestimmt !?
 

Elias1234

Mitglied
Kurze Antwort: Nein

Die Fliekraft ist nur eine Scheinkraft, die je nach Bezugsystem scheinbar existiert.

Um die exakte Form einer Wurfparabel oder Keplerbahn zu erklären reicht als einzige Kraft die Gravitation.

Ähnliche Scheinkräfte:
- Corioliskraft
- die Kraft, die dich bei der Beschleunigung eines Autos nach hinten in den Sitz drückt

Gravitationskraft selbst ist in der Allgemeinen Relativitätstheorie auch nur eine Scheinkraft
 

kirk11

Mitglied
Nach der ART sind sowohl Gravitation(skraft) als auch Fliehkraft nur Scheinkräfte.
Das ist (mir jetzt) nichts Neues.

Ich wollte das aber aus dem Blickwinkel von Newton, also mit seinem Wissensstand zum Ende des 17.Jahrhunderts, analysieren.

Und für ihn waren mW weder die Gravitation noch die Fliehkraft Scheinkräfte, sondern die beiden (Haupt-)Faktoren welche sich z.B. beim Umlauf der Erde um die Sonne gegenseitig in Schach halten.

Es ist halt mE schon verwunderlich, dass er sich bei seinem Gravitationsgesetz vorwiegend auf Scheinkräfte bezogen hat (bzw. bezogen haben soll) und trotzdem (weitgehend) richtig gelegen ist, zumindest was das Sonnensystem und dessen Schwerkraft-Phänomene betrifft.
 

kirk11

Mitglied
Also Newton hat - Ende des 17. Jahrhunderts - die Fliehkraft schon als eine Scheinkraft bezeichnet !?

Das würde mich wundern; durch eine entsprechende Quellenangabe lasse ich mich aber natürlich gerne überzeugen.

Die Bezeichnung 'Scheinkraft' für die Fliehkraft klingt - nach dem normalen Sprachverständnis - ziemlich harmlos.
Wenn man aber z.B. mit 160 km/h mit seinem Auto aus einer Kurve fliegt, dann ist das jedenfalls nicht wirklich harmlos...
 

kirk11

Mitglied
Zwei Zitate:

1. Newtonsches Gravitationsgesetz – Wikipedia

Die Newtonsche Theorie ist eine effektive Theorie, das bedeutet, sie gibt weder eine Ursache für die Gravitationskraft an, noch erklärt sie, wie die Gravitation über die Entfernung wirken kann.

2. Astronomie - Das Rätsel der Schwerkraft

Allerdings vermochte nicht einmal Albert Einstein zu erklären, warum und wie Massen die Raumzeit krümmen.

Zu 2.:
Hat sich da seit 1915 etwas Grundlegendes geändert ?
 

Elias1234

Mitglied
Der Grund warum es Scheinkraft heißt:

Wenn das Auto in einer Rechtskurve scheinbar nach links aus der Kurve fliegt, fühlt sich das nur für den Fahrer so an als wäre es nach links.

In Wirklichkeit schafft es das Auto nicht, dem Rechtsverlauf zu folgen, und bewegt sich deshalb auf einer geraden Bahn geradeaus (nicht nach links)

Der Fahrer hat nur das Gefühl, dass es nach links geht, weil er das aus einem Bezugsystem betrachtet, in welchem die Straße im Zentrum bleibt. Die gerade Bahn beim aus der Kurve fliegen sieht dann so aus als würde es nach links gehen.
Wenn er innerhalb seines Bezugsystems die scheinbare Kraft nach links berechnen möchte, benutzt er dazu die Formeln für die Zentrifugalkraft.

Ein Beobachter aus z.b. einem Hubschrauber sieht aber genau, dass das Auto beim aus der Kurve fliegen einfach nur weiter einer geraden Bahn gefolgt ist, während es die Straße war, die nach rechts gekrümmt ist.
Berechnet er die Mechanik des Unfalls, so braucht er die Formel für die Zentrifugalkraft gar nicht. Die Physik ist aus seiner Sicht quasi einfacher.

Scheinkräfte treten immer dann auf, wenn der Beobachter (bzw, ein Bezugsystem) selbst beschleunigt oder rotiert. Aus der Sicht des Bezugsystems wirken dann scheinbare Beschleunigungen auf alle Massen, die sich der Beobachter durch Scheinkräfte erklärt. In Wirklichkeit ist es jedoch der Beobachter, der sich in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt.

Wenn du z.b. beim beschleunigen in einem Auto nach hinten in den Sitz gedrückt wirst, dann fühlt sich das natürlich real an, und kann dich auch verletzen. Die selbe Kraft nach hinten scheint nicht nur auf deinen Körper zu wirken, sondern auch auf alle Bäume und Häuser am Straßenrand! Sie alle werden wie du nach hinten gedrückt, sie haben nur keine Sitzlehne, die ihre Bewegung stoppen würde, deshalb beschleunigen sie weiter und tauchen im Rückspiegel auf.
Hier ist offensichtlich, das es nicht wirklich eine magische Kraft gibt, die den Fahrer und das gesamte Universum nach hinten beschleunigen. Aus Sicht eines inertialen Bezugsystems ist klar, dass nur das Auto nach vorne Beschleunigt. Du wirst nicht nach hinten in den Sitz gedrückt, sondern dein Körper will einfach weiter an der Stelle verbleiben, währen das Auto ihn über die Sitzlehne nach vorne drückt.

Der Fahrer braucht zur Berechnung des Vorgangs eine scheinkraft, die magisch auf die gesamte umgebende Landschaft wirkt. Der Beobachter aus dem Hubschrauber sieht das ganze viel einfacher, weil er diese Scheinkraft nicht braucht.

Scheinkräfte erkennt man immer daran, dass sie sich auf alle Objekte mit den unterschiedlichsten Massen mit der gleichen Beschleunigung Auswirkungen. (Das ist sehr vereinfacht ausgedrückt). Die Kraft ist also "magischerweise" und "unerklärlicherweise" doppelt so groß, wenn sie auf ein doppelt so schweres Objekt wirkt. Das alles nur, damit sich die Objekt alle dann im Ergebnis gleich stark beschleunigen. Es ist schon ein seltsamer Zufall, dass sie das alle gleich tun, und ist natürlich darauf begründet, dass sich in Wirklichkeit das Bezugsystem beschleunigt oder rotiert, während die Objekt alle stillstehen (bzw weiter ihren geraden Bahnen folgen).

Das Gravitation ebenfalls doppelt so stark auf ein doppelt so schweres Objekt wirkt, war ein großer Hinweis für die Physiker vor 120 Jahren, dass Gravitation ebenfalls nur eine Scheinkraft ist.
 
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Reaktion: hhh

Elias1234

Mitglied
Allerdings vermochte nicht einmal Albert Einstein zu erklären, warum und wie Massen die Raumzeit krümmen.

Wie die Masse die Raumzeit krümmen beschreiben die Formeln der allgemeinen Relativitätstheorie.

"Warum"-fragen kann man in der Physik nie beantworten. Man kann nur jeweils bessere Antworten auf die "wie"-frage finden. "Besser" bedeutet hier z.b. dass weniger willkürliche Annahmen in der Erklärung vorkommen.
 

jbrachte

Mitglied
Hallo Elias 1234,

besten Dank für Deine schöne Erklärung zum Konzept der Scheinkraft.

Auch mit nur newtonscher Mechanik ist die Fliehkraft nur eine scheinkraft
Also Newton hat - Ende des 17. Jahrhunderts - die Fliehkraft schon als eine Scheinkraft bezeichnet !?

Meines Wissens bezeichnet Newton selbst die Fliehkraft noch nicht als Scheinkraft. Das geschah erst später im 18. Jh. (Bernoulli). Er selbst spricht von der Fliehkraft als „causa“ (Ursache) und „vis“ (Kraft) (vgl. in den Principia mathematica das berühmte scholion zur definitio VIII).

Die Fliehkraft besitzt für Newton systematisch eine besondere Bedeutung, denn sie ist ihmzufolge das einzige Mittel, durch das wir absolute (= wahre) von bloß relativen Bewegungen unterscheiden können. Die Zentripetalkraft ist dafür nicht geeignet. Newton zeigt das in der Analyse seines bekannten Experimentes mit dem sich drehenden Wassereimer. Damit ist die Fliehkraft wohl auch das entscheidende Argument für Newtons Lehre von der Existenz des absoluten Raumes, denn der absolute Raum ist der ruhende Raum, relativ zu dem die wahre Bewegung erfolgt.

Wird Newtons Lehre untergraben, wenn man wie die Physiker nach Newton die Zentripetalkraft zur realen Kraft erklärt und die Fliehkraft zur bloßen Scheinkraft? Ich glaube nicht. Denn „Scheinkraft“ heißt ja lediglich, daß die Fliehkraft nur innerhalb des rotierenden Systems auftritt und nicht unabhängig davon. Newton könnte sagen: Das mag wohl so sein. Aber gerade daß im rotierenden System die Fliehkraft auftritt zeigt, daß dieses System sich in absoluter Bewegung gegenüber dem ruhenden Raum befindet. So wäre dann Newtons Mechanik und Naturphilosophie mit der Lehre von der Fliehkraft als Scheinkraft doch kompatibel.


Viele Grüße

Johannes
 

kirk11

Mitglied
Der Grund warum es Scheinkraft heißt:

Wenn das Auto in einer Rechtskurve scheinbar nach links aus der Kurve fliegt, fühlt sich das nur für den Fahrer so an als wäre es nach links.

In Wirklichkeit schafft es das Auto nicht, dem Rechtsverlauf zu folgen, und bewegt sich deshalb auf einer geraden Bahn geradeaus (nicht nach links)

Der Fahrer hat nur das Gefühl, dass es nach links geht, weil er das aus einem Bezugsystem betrachtet, in welchem die Straße im Zentrum bleibt. Die gerade Bahn beim aus der Kurve fliegen sieht dann so aus als würde es nach links gehen.
Wenn er innerhalb seines Bezugsystems die scheinbare Kraft nach links berechnen möchte, benutzt er dazu die Formeln für die Zentrifugalkraft.

Ein Beobachter aus z.b. einem Hubschrauber sieht aber genau, dass das Auto beim aus der Kurve fliegen einfach nur weiter einer geraden Bahn gefolgt ist, während es die Straße war, die nach rechts gekrümmt ist.
Berechnet er die Mechanik des Unfalls, so braucht er die Formel für die Zentrifugalkraft gar nicht. Die Physik ist aus seiner Sicht quasi einfacher.

Scheinkräfte treten immer dann auf, wenn der Beobachter (bzw, ein Bezugsystem) selbst beschleunigt oder rotiert. Aus der Sicht des Bezugsystems wirken dann scheinbare Beschleunigungen auf alle Massen, die sich der Beobachter durch Scheinkräfte erklärt. In Wirklichkeit ist es jedoch der Beobachter, der sich in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt.

Wenn du z.b. beim beschleunigen in einem Auto nach hinten in den Sitz gedrückt wirst, dann fühlt sich das natürlich real an, und kann dich auch verletzen. Die selbe Kraft nach hinten scheint nicht nur auf deinen Körper zu wirken, sondern auch auf alle Bäume und Häuser am Straßenrand! Sie alle werden wie du nach hinten gedrückt, sie haben nur keine Sitzlehne, die ihre Bewegung stoppen würde, deshalb beschleunigen sie weiter und tauchen im Rückspiegel auf.
Hier ist offensichtlich, das es nicht wirklich eine magische Kraft gibt, die den Fahrer und das gesamte Universum nach hinten beschleunigen. Aus Sicht eines inertialen Bezugsystems ist klar, dass nur das Auto nach vorne Beschleunigt. Du wirst nicht nach hinten in den Sitz gedrückt, sondern dein Körper will einfach weiter an der Stelle verbleiben, währen das Auto ihn über die Sitzlehne nach vorne drückt.

Der Fahrer braucht zur Berechnung des Vorgangs eine scheinkraft, die magisch auf die gesamte umgebende Landschaft wirkt. Der Beobachter aus dem Hubschrauber sieht das ganze viel einfacher, weil er diese Scheinkraft nicht braucht.

Scheinkräfte erkennt man immer daran, dass sie sich auf alle Objekte mit den unterschiedlichsten Massen mit der gleichen Beschleunigung Auswirkungen. (Das ist sehr vereinfacht ausgedrückt). Die Kraft ist also "magischerweise" und "unerklärlicherweise" doppelt so groß, wenn sie auf ein doppelt so schweres Objekt wirkt. Das alles nur, damit sich die Objekt alle dann im Ergebnis gleich stark beschleunigen. Es ist schon ein seltsamer Zufall, dass sie das alle gleich tun, und ist natürlich darauf begründet, dass sich in Wirklichkeit das Bezugsystem beschleunigt oder rotiert, während die Objekt alle stillstehen (bzw weiter ihren geraden Bahnen folgen).

Das Gravitation ebenfalls doppelt so stark auf ein doppelt so schweres Objekt wirkt, war ein großer Hinweis für die Physiker vor 120 Jahren, dass Gravitation ebenfalls nur eine Scheinkraft ist.
Auch wenn wir bisher inhaltlich meist andere Positionen eingenommen haben - in jedem Fall an dieser Stelle Respekt und Dank für Deine geduldige und faire Diskussionsweise.

An dem was Du oberhalb geschrieben hast, sehe ich nichts falsches - nur läßt sich (allgemein) einiges aus den verschiedensten Perspektiven analysieren.

Ich möchte dieses Thema einmal von dieser Seite betrachten:

Ein ganz wesentlicher (hier noch nicht erwähnter Faktor) ist die kinetische Energie.

Jedes bewegte Objekt weist eine kinetische Energie = 1/2 * v²*m auf.

Also - je schwerer und vor allem je schneller ein Objekt ist, desto höher seine kinetische Energie.

Ohne sonstige Kräfte / Energien / Einflußfaktoren wird sich das bewegte Objekt geradlinig fortbewegen.

Um ihn aus dieser geraden Bahn abzulenken (und gegen die kinetische Energie zu wirken), muß Kraft bzw. Energie aufgewendet werden.

Um zum Kurven-Beispiel zurückzukehren:
wenn die aufgewendete Kraft / Energie nicht ausreicht, dann wird das Auto aus der Kurve fliegen.

Die nötige Kraft / Energie für eine Ablenkung wird nicht nur dadurch höher, dass ein Auto schwerer / schneller ist.
Sondern sie hängt auch davon ab wie stark die Ablenkung ausfallen soll.
Je stärker die Ablenkung / Richtungsänderung sein soll, desto höher ist der benötigte Kraft- / Energieaufwand.
 

kirk11

Mitglied
Wie die Masse die Raumzeit krümmen beschreiben die Formeln der allgemeinen Relativitätstheorie.

"Warum"-fragen kann man in der Physik nie beantworten. Man kann nur jeweils bessere Antworten auf die "wie"-frage finden. "Besser" bedeutet hier z.b. dass weniger willkürliche Annahmen in der Erklärung vorkommen.
Es gibt doch unzählige Beispiele in der Astrophysik, bei denen die 'Warum'-Fragen zufriedenstellend und mit hoher Zuverlässigkeit beantwortet sind.
Ein Rest an Wahrscheinlichkeit dass sich die eine oder andere Erkenntnis noch ändern wird, gibt es natürlich - wie in vielen anderen Wissenschaften.
 

kirk11

Mitglied
Nochmals zum Thema 'Warum' und 'Wie':

am meisten noch nicht wirklich überzeugende Antworten wird man in jenen (wichtigen, aber relativ wenigen) astrophysikalischen Bereichen finden, in welchen es (zumindest nach meiner Einschätzung) noch relativ am meisten zu klärende Punkte gibt.

Diese sind mE: Gravitation, Raum, Zeit und das Vakuum.

Fangen wir mit der Gravitation an.

Schon aus semantischer Sicht ist die Sachlage etwas verwirrend:
einerseits wird der Begriff nach wie vor fleißig verwendet und ist sogar nach wie vor 'offiziell' eine der vier fundamentalen Wechselwirkungen (auch die 4 Grundkräfte genannt), andererseits soll diese ja eine Scheinkraft sein bzw. ist in der ART durch die Raumzeitkrümmung ersetzt worden.
Die Frage 'Warum führt Masse/Energie/Druck zur Raumzeitkrümmung (Gravitation) ?', ist mE nicht nur eine Frage, die man sich stellen kann sondern eine, die man sich stellen muß.
Ich bin mir sicher dass die Antwort in nicht allzu ferner Zukunkt gefunden werden wird, und dass sich diese Antwort sich von jener auf die Frage 'Wie' klar unterscheiden wird.

Von den vier fundamentalen Wechselkräften ist es jedenfalls jene, die der Astrophysik nach wie vor am meisten Kummer und Kopfzerbrechen bereitet (Stichwort: Quantengravitation, Große vereinheitlichte Theorie,...)
 

kirk11

Mitglied
Machen 'wir' weiter mit Raum und Zeit.

Es macht mE mehr Sinn, diese getrennt zu analysieren.

Der nach meinem Kenntnisstand am weitesten fortgeschrittene Ansatz, diesbezüglich Konkretes anzubieten, ist die Schleifenquantengravitation.

Dabei positiv zu vermerken ist, dass die Essenz dieser Theorie auch für Nicht-Profis relativ leicht verständlich ist.

Inwieweit sich diese Theorie in der Zukunft durch Beobachtungen und Messungen bestätigen wird lassen, bleibt natürlich offen.

Aber sie zeigt in jedem Fall schon recht schön, in welche Richtungen Erkenntnisse bei Raum und Zeit anzustreben sind.

Substantielle Fortschritte in diese Richtung - welche sich auch durch Forschungserkenntnisse bestätigen lassen - würden mE ein ganz wichtiger Meilenstein in der Erfolgsstory der Astrophysik sein.
 

kirk11

Mitglied
Jetzt noch ein kurzes Eingehen auf das 'Vakuum':

Die aktuelle Wiki-Definition lautet:

Das im Weltraum im interstellaren Raum oder im intergalaktischen Raum herrschende Vakuum ist besser als jedes auf der Erde herstellbare Vakuum. Allerdings ist auch der Weltraum nicht völlig leer, sondern enthält durchschnittlich ein Teilchen pro cm³, innerhalb von Voids jedoch deutlich weniger (bis zu 1 Teilchen pro Kubikmeter). Auch kommen dort statische elektrische und magnetische Felder, Gravitationsfelder sowie elektromagnetische Wellen (Photonen) und Teilchenströme (Neutrinos, kosmische Strahlung, Partikel) vor (siehe auch Plenismus).

Bei etwas tieferschürfende Analysen - Stichwort 'Vakuumfluktuationen', aber auch sonstigen Themen rund um das Vakuum - wird nach meiner Recherche recht häufig quantenphysikalische Ansätze sowie auch Feldtheorien herangezogen.
 

kirk11

Mitglied
Wir hatten einige Posts zuvor ganz kurz die Thematik des Warums im Zusammenhang von Masse und Raumzeitkrümmung angerissen.

Wenn man der Gravitation keine Kraft zugesteht (Stichwort: Scheinkraft), dann wird es in der Tat etwas mysteriös.
Wo / was ist dann das 'missing link' zwischen Massen und der Raumzeitkrümmung ?

Wenn man - wie das Newton gemacht hat - die Gravitationskraft (ich denke dass die Bezeichnung -energie noch zutreffender ist) als etwas Reales betrachtet, dann ist das Warum eigentlich schon beanwortet.

Die Gravitation(senergie) ist die Ursache, die Wirkung ist die Raumzeitkrümmung.

Wie soll die Raumzeitkrümmung ohne auf sie entsprechend einwirkende Kraft/Energie zustande kommen ?

Das wäre nach meinem Verständnis nicht nur unlogisch, sondern auch dem entgegengesetzt wie sonst astrophysikalische Phänomene ausgelöst werden.
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
(Gravitations-)Energie ist mE auch die Primärursache dafür, dass Objekte von schweren Massen angezogen werden.
Raumzeitkrümmung spielt nach meiner Einschätzung zwar eine wesentliche Rolle in Bezug auf die konkrete Bahn dieser Objekte, aber das würde ich als eine Sekundärursache bezeichnen.

Nehmen wir das Beispiel Schwarzer Löcher:
hier formuliert man in der Regel, dass (rund um den Ereignishorizont) die rotierende Raumzeit u.a. Materie zwingt mitzurotieren.

Ich finde diese Formulierung allerdings suboptimal, weil die entscheidende Frage ist doch, was die Raumzeit zur Rotation zwingt (die macht das ja nicht aus Jux und Tollerei).

Zusammenfassend:
entweder irre ich mich insofern, als dass ich (in etwas anderen Worten) sowieso nur den aktuellen Stand der Forschung skizziere (und damit Eulen nach Athen trage).

Oder aber dies ist nicht der Fall, dann würde mich aber schon ziemlich interessieren, was meinen Ausführungen argumentativ entgegenzuhalten ist.
 

kirk11

Mitglied
Zeitquanten (Chrononen), gibt es diese ?

ME gibt es einiges, was in diese Richtung deutet.

Als Masse-loses 'Teilchen' würde es sich im Vakuum mit c bewegen.

Es ist allein schon frappant, dass für sämtliche sonstigen masselosen Teilchen (Quanten) - welche auch mit c im Vakuum unterwegs sind - die Zeit still steht.

Aber auch dass Zeit durch diverse Faktoren 'verlangsamt' werden kann - der bekannteste Faktor ist die Gravitation (bzw. im Zusammenhang mit der Raumzeitkrümmung) - deutet mE in diese Richtung.

Dort wo sich Zeitquanten nicht geradlinig mit c bewegen können, führt dies zu einer 'Verlangsamung' der Zeit.

In Zusammenhang mit sehr kompakten Massen / Energien / Raumzeitkrümmungen (Stichwort Schwarze Löcher) ist diese Abwechung dann extrem und korreliert damit, dass die geradlinige Bewegung der (theoretischen) Zeitquanten nicht einmal mehr annähernd möglich ist.
 

kirk11

Mitglied
Gravitation / Raumzeitkrümmung führt zur Beschleunigung von Objekten.

Ohne Kraft / Energie ist mW keine Beschleunigung möglich.

Also egal wie man das Kind beim Namen nennt - Gravitation oder Raumzeitkrümmung - ohne eine damit in Verbindung stehende Kraft / Energie, könnte das wohl nicht funktionieren.

Betrachten wir das jetzt im Konnex mit Photonen.

Wenn diese Energie auf Photonen einwirkt, dann führt das zu keiner Geschwindigkeitssteigerung derselbigen - diese bewegen sich ja schon mit c.

Gravitation soll ja zu einem höheren Energie-Level bei Photonen führen können, wohl eben weil die Photonen nicht beschleunigt werden wie Masse-Objekte, sondern der Energie-Impuls anders wirkt, in Richtung Änderung der Frequenz / Wellenlänge des Lichts / der Photonen.

Das ist für mich in sich logisch; was ich allerdings (zumindest auf die Schnelle) nicht nachvollziehen kann, ist dass Gravitation das Energie-Level von Photonen auch senken kann, zumindest laut eines unlängst von mir gelesenen Artikel.

Wenn ein Photon theoretisch nahe an einem massiven Schwarzen Loch vorbeischrammt (gerade so dass es knapp nicht in das Schwarze Loch fällt), dann würde ich annehmen, dass dieses Photon dadurch auf einen ziemlich hohen Energie-Level gelangen kann...
 

kirk11

Mitglied
Eine Thematik, welche ich für hochbrisant halte, ist folgende:

Wie verhaltet sich Materie mit negativer Masse im Einflußbereich eines Gravitationsfeldes ?

Mir ist schon klar, dass das derzeit noch eine überwiegend hypothetische Frage ist.

Aber erste Untersuchungen in diese Richtung hat es schon gegeben, und ich habe in diesem Thread auch schon kurz diesbezüglich zitiert.

Noch gibt es da noch keine gesicherten Erkenntnisse, aber mich würde es jedenfalls nicht wundern, wenn die Ergebnisse in die Richtung deuten würden, dass auf Materie mit negativer Masse Gravitation (so wie wir sie kennen) repulsiv und nicht anziehend wirkt.

Bis auf weiteres wird es dazu Messungen bzw. Versuche maximal im subatomaren Bereich geben können.

Aber wenn sich mein diesbezügicher 'Verdacht' irgendwann tragfähig bestätigen sollte, dann hoffe ich, dass die Fachwelt daraus auch umgehend die richtigen Schlüsse ziehen wird.
 

kirk11

Mitglied
Jede Form von Energie bewirkt Raumzeitkrümmung;
bis hin zum subatomaren Bereich - sonst wäre ja Quantengravitation nicht ein großes (und leider noch nicht so wirklich gelöstes) Thema.

Raumzeitkrümmung wiederum ist ein untrügliches Zeichen dafür, dass Energie (und/oder Druck) vorhanden und dafür verantwortlich ist.

Die Raumzeitkrümmung, welche der Gravitation zugerechnet wird, ist deswegen mE ein sehr starkes (und fast unwiderlegbares Indiz) dafür, dass in diesem Zusammenhang Energie wirkt.

Dies ist wohl umso mehr offensichtlich, weil ja Raumzeitkrümmung durch Gravitation bei Himmelskörpern wie der Sonne oder der Erde sehr klar strukturiert ist:

Das Zentrum des astronomischen Objekts ist (in der Regel) der Ort mit der stärksten Raumzeitkrümmung, und die Raumzeitkrümmung nimmt mit 1 / r² ab.

Viele andere Energie-Formen sind nicht so klar strukturiert, und die dadurch ausgelöste Raumzeitkrümmung dann natürlich auch nicht.
 

kirk11

Mitglied
Ich versuche jetzt folgenden Sachverhalt zu durchleuchten:

Warum wird Gravitation (bzw. die sie verursachende Energie) als einzige Energieform so stark über die Raumzeitkrümmung definiert bzw. analysiert ?

Nehmen wir als andere Energieform elektromagnetische Wellen wie Licht oder Gammastrahlung:

Es wäre wohl undenkbar diese primär über den Umweg ihrer Auswirkung auf die Raumzeit(-krümmung) verstehen zu wollen.

Ohne hier jetzt in Details zu wollen:
Diese Energieform ist schon auf direktem Wege gut analysiert - was nicht heißt, dass z.B. zu Photonen nicht noch neue Erkenntnisse gefunden werden könnten.

Bei jener der Gravitation zuzurechnenden Energie schaut es punkto primären Wissen nach meinem Kenntnisstand eher mau aus.
Z.B.: Gibt es Gravitonen (oder virtuelle Gravitonen) ?
Eine eindeutige Positionierung der Fachwelt gibt es da wohl noch nicht.

Es ist doch irgendwie verwunderlich, dass eine schon so lange bekannte und jeden massiv betreffende Energie noch immer so rätselhaft ist.

Ich habe dazu folgende Überlegungen:
ich halte es für gut möglich, dass dies die einzige bisher bekannte Energie (mit Ruhemasse = 0) mit negativem Vorzeichen ist.

Dadurch hätte sie substantiell andere Eigenschaften als sonstige Energieformen.

Das wiederum würde dazu führen dass eine eindeutige Detektion und ein tiefergehendes Verständnis entsprechend erschwert wäre.

Wenn man allerdings diesbezügliche Überlegungen und Forschungen gezielt nach der Prämisse ausrichten würde, dass es sich eben um eine negative Form der Energie handeln könnte, dann würde ich verhältnismäßig rasche Fortschritte für gar nicht so unwahrscheinlich halten.
 

kirk11

Mitglied
Zum Thema passend 2 Links:

1. Quanten-Vakuum: Weniger Energie als null

mit dem Zitat:

...Das hat eine ganz wichtige Konsequenz für die Gravitation: Über die Formel E=mc² ist Energie mit Masse verknüpft. Negative Energie würde somit auch negative Masse bedeuten. Positive Massen ziehen einander an, aber mit einer negativen Masse könnte die Gravitation plötzlich zu einer abstoßenden Kraft werden.

Die Quantentheorie allerdings erlaubt so etwas...

2. Zinseszins des Vakuums - Geliehene negative Energie muss sofort zurückgegeben werden

mit dem Zitat:

Am einfachsten kann man das zusammenfassen durch Einsteins berühmte Formel, die wahrscheinlich berühmteste Formel in der Physik – E=mc2: Die Energie kann in Masse umgewandelt werden und umgekehrt. Das heißt, wenn man negative Energiedichten hat, kann man sich das auch als negative Masse vorstellen. Wenn man negative und positive Massen zusammengibt, würden sich die abstoßen anstatt anziehen. Und das erscheint natürlich sehr kontraintuitiv.“

Negative und positive Massen würden den negativen und positiven Ladungen in der Elektrizität entsprechen – wodurch elektrische Kräfte nicht nur anziehend sein können, sondern auch abstoßend. Analog dazu könnten sich zwei Massen plötzlich auch abstoßen – wenn auch nur einen unmessbaren Augenblick lang, bis die negative Masse wieder verschwunden wäre
..."

Das ist zwar nicht 1 : 1 worauf ich hinauswill, aber grundlegende Überlegungen sind da schon ziemlich deckungsgleich, wenn man die diesbezügliche moderne Forschung heranzieht.
 

kirk11

Mitglied
Wie heißt denn nun die mit der Gravitation in Verbindung stehende Energie ?

Der Begriff Gravitationsenergie – Wikipedia würde sich anbieten, allerdings ist dieser schon anderwertig bzw. in einem anderen Zusammenhang 'vergeben'.

Nach meinem Kenntnisstand gibt es dafür keine 'offizielle' Bezeichnung, deswegen möchte ich diese mit 'Energie X' bezeichnen.

Ich möchte den obigen Zitat-Teil Positive Massen ziehen einander an etwas näher beleuchten.

Ich halte diesen zwar nicht für falsch, allerdings für eine verkürzte Darstellung.

Wie wir (u.a.) aus der Elekrizität und aus dem Magnetismus wissen, ziehen sich gegensätzliche aber nicht gleiche Ladungen bzw. Pole an.

Die in der Materie gebundene Energie ist in der Tat positiv; den negativen (Gegen-)Pol sehe ich in der Energie X, welche dadurch auch für die Anziehung der Masse verantwortlich ist.

Nehmen wir unsere Erde als Beispiel an.
In ihrer Gesamtheit ist da ja einiges an Energie vorhanden, allerdings gebunden in Form von Materie.

Wie soll diese atomar strukturierte Energie-Form der Erde z.B. den Mond in ca. 384.400 km Entfernung in seiner Umlaufbahn halten ?
Dafür benötigen wir mE die 'Energie X' welche sich mit 1 / r² (von der Erde aus) verringert.
Ob wir das dann Gravitation oder Raumzeitkrümmung nennen, sehe ich als sekundär an.
Weil ich es als genauso unmöglich einschätze, dass Raumzeitkrümmung in 384.400 km direkt durch die Masse der Erde ausgelöst werden kann...

Sie ist zwar die Ursache, allerdings ist nach meiner Einschätzung die (Ruhe-)Masse-lose 'Energie X' für gravitative Fernwirkungen unabdingbar.

Man kann das grob vergleichen mit der Funktion von Gluonen, ohne welche die starke Wechselwirkung nicht stattfinden könnte.
 

kirk11

Mitglied
Ein weiterer Vergleich ist das Licht.

Obwohl die Sonne eindeutig eine Quelle und Ursache dafür ist - ohne die (Ruhe-)Masse-losen Photonen / Lichtwellen würde diese sozusagen Fernwirkung der Sonne nicht funktionieren.

Spielen bei 'Energie X' Gravitonen (Graviton – Wikipedia) eine Rolle ?

Die 'klassisch' orientierte Astrophysik sieht diese Thematik eher zwiespältig; bei der String-Theorie hingegen ergibt sich die Existenz eines Gravitons 'angeblich' zwangsläufig.

Dass sich 'Energie X' exakt mit c ausbreitet - anhand von Gravitationswellen mW schon nachgewiesen - ist auch ein Indiz dafür, dass hier (Ruhe-)Masse-lose Teilchen eine Rolle spielen könnten.

Zu

Diese Quantisierung wird jedoch erschwert durch den Umstand, dass die Gravitation im Gegensatz zu allen anderen bekannten Strahlungen nicht abschirmbar ist und auf alle Massen wirkt, egal wo sie sich im Universum befinden.


Das ist zwar durchaus bemerkenswert, allerdings - wenn man z.B. an Neutrinos denkt - nichts wirklich Singuläres.

Ich denke dass der Hauptgrund warum 'Energie X' noch so rätselhaft ist daran liegt, dass es sich um eine negative Form der Energie handelt.

Und das ist mE in der Tat etwas Singuläres, nach aktuellem Stand des Wissens.

Das bringt auch mit sich, dass damit ungewöhnliche Eigenschaften verbunden sind, so ist z.B. mE davon auszugehen dass die Raumzeit durch eine negative Energie anders beeinflußt bzw. gekrümmt wird als durch eine positive.

Auch die auf (positive) Massen anziehende Wirkung (Gravitation) sehe ich als etwas Singuläres.

Obwohl ja eigentlich alle Energieformen die Raumzeit krümmen, ist mir nicht geläufig dass z.B. Photonen (oder sonstige elektromagnetische Strahlung) ein Faktor der gravitativen Anziehung (z.B. auf Himmelskörper) sein sollen.
 
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