Entstehung der Gravitationskraft durch die Raumzeitkrümmung

Physikbegeisterter · Gast

Hallo liebe Physiker!

Ich arbeite mich momentan in die Einstein'sche Relativitätstheorie ein.
Meine Frage vorab:
Wenn die Raumzeit durch die Anwesenheit einer Masse gekrümmt wird, wie erzeugt dies denn genau die Anziehungskraft zwischen diesem Körper und einem anderen (Test-)Körper, genauer, warum bewegen sich die Körper auf einander zu? Wie kann die gekrümmte Raumzeit eine Kraft hervorrufen?

Dieser Punkt wird meiner Meinung nach überhaupt nicht erklärt, zumindest nicht in der populärwissenschaftlichen Literatur. Auch die wunderbaren Vorträge von Herrn Gaßner und Herrn Lesch halten sich diesbezüglich bedeckt.
Zusätzlich gibt es ein bekanntes Erklärungsmodell, dass genau in Bezug auf meine Frage viel Verwirrung stiftet, ohne dass es jemand bemerkt. Kurz zu diesem Erklärungsmodell:
Ein gespanntes Betttuch, in das eine schwere Kugel gelegt wird, krümmt das Betttuch. Wenn man sich vorstellt, dass die Raumzeit dem Betttuch entspreche, rollt eine kleinere Kugel in den gebildeten Trichter hinein. Aber genau hier ist das Problem: Die Kugel rollt ja nur zu der größeren Kugel im Betttuch-Trichter, weil unten wiederrum die Erdanziehung wirkt! Man erklärt mit diesem Anschauungsmodell eben nicht die Kraft, die durch die Raumzeit-Krümmung erzeugt wird.

Viele Grüße

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

tja ...

Physikbegeisterter · Gast

Netter Cartoon,

er bringt es auf den Punkt.

Aber im Ernst: Erklärt die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitationskraft nicht, sondern beschreibt sie wiederum nur? Wie erklärt die heutge Physik das Zustandekommen dieser Gravitionskraft?

Viele Gruß

Brillant · Anmeldungsdatum: 12.02.2013 Beiträge: 1973 Wohnort: Hessen

Sind denn andere Kräfte erklärt? Etwa die elektrostatische oder magnetische Anziehung / Abstoßung?

Physikbegeisterter · Gast

Es geht mir nicht darum, zu erklären, was eine Kraft ist oder woraus die Gravitationskraft besteht. Ich möchte gerne wissen, WIE die Raumzeit-Krümmung eine Kraft erzeugt.
Wie erzeugt die Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit eine Kraft im dreidimensionalem Raum?

Viele Grüße

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

Brillant · Anmeldungsdatum: 12.02.2013 Beiträge: 1973 Wohnort: Hessen

Die Gravitations"kraft" wirkt ja proportional zur Masse. Also eine Eisenkugel von 2 kg wird doppelt so stark angezogen wie eine von 1 kg. Ist jetzt die Raumkrümmung um diese beiden Kugeln so unterschiedlich?

Bemerkenswerterweise "fallen" Körper unterschiedlicher Masse gleichschnell auf einen deutlich größeren - wie muss man sich das vorstellen? - in die Krümmung hinein. Das heißt, die Trägheit ist auch proportional zur Masse.

Ist das eher Zufall oder ein physikalisches Gesetz?

Brillant · Anmeldungsdatum: 12.02.2013 Beiträge: 1973 Wohnort: Hessen

Ich möchte nicht den Faden verwässern, aber zu den (mir) nicht erklärten Phänomenen gehört auch die Richtungsstabilität von Kreisel-Achsen.

Woher "weiß" ein Kreisel, dessen Achse beim Start auf den Polarstern zeigte, wo sich dieser Stern trotz drehender Erde und Seegang zur Zeit befindet?

Das gilt ja auch für Satelliten auf dem Weg zu anderen Galaxien, ist also unabhängig von der Erddrehung.

Krümmt oder streckt sich der Raum, hat er Richtungsinformationen, mit der sich ein Kreisel beim Start synchronisiert?

max_doering · Anmeldungsdatum: 13.03.2011 Beiträge: 50

Hallo!

Meine ART-Vorlesung ist schon einer Weile her und meine Kenntnisse daher vielleicht etwas eingerostet, ich werde es dennoch versuchen, verständlich und richtig zu erklären Augenzwinkern

!

Zunächst müssen wir verstehen was eine Kraft ist! Physiker benutzen Kräfte um zu rechtfertigen, dass sich Körper nicht auf der kürzesten Strecke zwischen zwei Punkten in der Raumzeit bewegen. Diese Strecken nennt man auch Geodäten. Für einen unbeschleunigten Beobachter im unegekrümmten Raum sind diese Geodäten Geraden, auf denen sich Körper mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. (Das wusste schon Newton Augenzwinkern

)
Stellen wir uns einen Beobachter auf einem sich drehenden Karussell vor, der einen Ball von einem Punkt auf dem Rand des kreisförmigen Karussells auf die gegenüberliegende Seite werfen möchte.
Ein aussenstehender und mit dem Karussell ruhender Beobachter wird feststellen, dass sich der Ball geradlinig, gleichförmig von einem Ende zum anderen bewegt, (Vergessen wir für einen Moment die Gravitation) während sich der Beobachter auf dem Karussell weiter dreht. Er kommt zu dem Ergebnis, dass keine Kräfte auf den Ball wirken können.
Der Beobachter auf dem Karussell befindet sich in einem mitrotierenden Bezugssystem, für ihn sieht die Bahn des Balls nicht aus wie eine Gerade. Er kommt zu dem Ergebnis, dass auf den Ball eine Kraft wirken muss! (Das ist zumindest die klassische Art, das Problem zu lösen)

Es gibt, aber noch eine Art, den Sachverhalt zu beschreiben. Statt zu behaupten, der Körper bewege sich aufgrund einer Kraft abweichend der Geodäte, könnte man der Ansicht sein, dass die Geodäte im rotierenden Bezugssystem eine andere sei, dass also die Rotation des Bezugssystems die Geodäte beinflusst, sozusagen das Maß für Abstände in der Raumzeit ändert und damit "den Raum krümmt". Das ist eben der Ansatz der Allgemeinen Relativitätstheorie!

Statt zu behaupten, der Körper bewege sich auf gekrümmten Bahnen durch den Raum, die sich durch eine Kraft erklären ließen, behauptet man, der Körper bewege sich auf "geradlinigen" (also geodätischen) Bahnen durch einen gekrümmten Raum. Im Falle der ART wird die Krümmung duch Massen verursacht. Man könnte auch das Karussell auf gleiche Art beschreiben! Dann würde die "Krümmung" durch die Rotation verursacht werden.

Es macht also meiner Meinung nach keinen Sinn zu Fragen, wie die Raumkrümmung eine Kraft erzeugt. Vielmehr handelt es sich um 2 verschiedenen Arten der Beschreibung des Phänomens Gravitation!

Viele Grüße,
Max Döring

Brillant · Anmeldungsdatum: 12.02.2013 Beiträge: 1973 Wohnort: Hessen

Ich · Anmeldungsdatum: 11.05.2006 Beiträge: 913 Wohnort: Mintraching

Die ART erklärt die Gravitationskraft als Trägheitskraft, also eine Scheinkraft. Also: Bei genauem Hinsehen gibt es gar keine Gravitationskraft. Es ist vielmehr so, dass der Erdboden nach oben beschleunigt ist und deswegen eine Kraft auf alle Körper ausübt, die darauf liegen. Das ist dieselbe Situation wie auf der Innenseite eines rotierenden Zylinders, wo eine mysteriöse Fliehkraft alle Dinge auf den Boden drückt: Bei näherer Betrachtung wird klar, dass es da gar keine echte Fliehkraft gibt, sondern der Zylindermantel nach innen beschleunigt und deswegen eine Kraft auf alle darauf befindlichen Körper ausübt.

Raumzeitkrümmung braucht man dafür noch nicht, rotierende Zylinder funktionieren auch in flacher Raumzeit. Man braucht Raumzeitkrümmung, um zu erklären, wie z.B. zwei gegenüberliegende Punkte auf der Erdoberfläche entgegengesetzt beschleunigen und dennoch immer gleichen Abstand haben können. Das geht in flacher Raumzeit sicher nicht.

Zum Gummituch: Es geht gar nicht ums "nach unten rollen", sondern darum, gekrümmte Geodäten zu erklären. Das funktioniert mit einer Delle genauso wie einem Hügel, der nach oben aus dem Tuch ragt. Die Idee ist, auf so eine gekrümmte Fläche ein Spielzeugauto ohne Lenkung zu setzen, das eigentlich nur geradeaus fahren kann. Auf der krummen Fläche fährt es trotzdem eine Kurve, obwohl niemand lenkt. Die Analogie ist, dass unbeschleunigte Körper in gekrümmter Raumzeit eine Kurve fliegen, obwohl da keine Kraft ist, die sie ablenkt.

max_doering · Anmeldungsdatum: 13.03.2011 Beiträge: 50

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

protolus · Anmeldungsdatum: 13.12.2018 Beiträge: 1

Hallo zusammen,

Ihr habt irgendwie die Frage von Physikbegeisterter nicht richtig verstanden.

Das mit den Geodäten und so weiter ist ja gut und schön. Seine Frage lautet aber letztendlich: Wie erzeugt die Raumzeitkrümmung eine Beschleunigung in Richtung Erd- (Masse) mittelpunkt. Eine Raumstation im Erdorbit folgt einer Kreisbahn. Eine Masse auf einer Kreisbahn muss ständig zum Mittelpunkt des Kreises hin beschleunigt werden. Also: Durch welchen Mechanissmus wird eine Masse durch eine Raumzeitkrümmung beschleunigt?

Da gibt es eine Erklärung (Gleichung). Hat was mit der Ladung eines Elektrons zu tun. Habe das vor einiger Zeit mal im Internet recherchiert. Bin gerade dabei, das wiederzufinden.