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Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction
 
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Tschini



Anmeldungsdatum: 14.08.2022
Beiträge: 6

Beitrag Tschini Verfasst am: 14. Aug 2022 10:15    Titel: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Ich bin Autorin und schreibe eine Science Fiction Geschichte, in der es unter anderem darum geht, dass sich unter bestimmten "paranormalen" Bedingungen die Gravitation verändert.
Natürlich gibt es das in der Realität nicht, aber um meine Geschichte erzählen zu können, möchte ich trotzdem einen plausiblen Versuchsaufbau beschreiben, in dem diese Veränderung gemessen werden könnte.
Welches (traunsportierbare) Instrument würde man benutzen, um eine spontane Veränderung der Gravitation festzustellen? Und falls es so etwas nicht gibt, welche Eigenschaften müsste es haben?
Vielen Dank für eure Ideen!

Meine Ideen:
Eine Gravitationswaage? Müsste diese modifiziert werden?
willyengland



Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 533

Beitrag willyengland Verfasst am: 14. Aug 2022 12:59    Titel: Antworten mit Zitat

Wo soll denn gemessen werden, im Weltraum, oder auf der Erde?
Evtl. könnte man einfach die Fallgeschwindigkeit messen.

s = 1/2 g t^2

Bei festem s misst man die Zeit und vergleicht zu vorher.

_________________
Gruß Willy
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 14. Aug 2022 13:08    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:
Ich bin Autorin und schreibe eine Science Fiction Geschichte, in der es unter anderem darum geht, dass sich unter bestimmten "paranormalen" Bedingungen die Gravitation verändert.


Was heißt das konkret: Ändert sich die Gravitationskonstante (dann bräuchtest Du tatsächlich eine Gravitationswsage) oder "nur" die Gravitationsfeldstärke (dann genügt eine normale Federwaage ohne automatische Kalibrierung oder eine Uhr und ein Maßband wie von willyengland vorgeschlagen).
Tschini



Anmeldungsdatum: 14.08.2022
Beiträge: 6

Beitrag Tschini Verfasst am: 15. Aug 2022 21:59    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Danke für eure Nachfragen.
Die Messung soll auf der Erde stattfinden.
Und ich denke, dass sich wohl die Gravitationskonstante verändert. So ganz klar ist mir das allerdings selber noch nicht.
Der Effekt soll auf jeden Fall sein, dass die Zeit unter bestimmten (paranormalen) Bedingungen langsamer vergeht und die Gravitation zunimmt, was in einem Experiment nachgewiesen werden soll.
Dass die Theorie, die in meiner Geschichte dahintersteckt, kompletter Humbug ist, ist mit einkalkuliert Big Laugh aber ich will es trotzdem erstmal möglichst glaubhaft konstruieren.
Da es sich um einen Comic handelt, muss ich den Aufbau des Experiments vor allem visuell rüberbringen.
Vielen Dank für eure Hilfe!
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 16. Aug 2022 09:49    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Der Effekt soll auf jeden Fall sein, dass die Zeit unter bestimmten (paranormalen) Bedingungen langsamer vergeht und die Gravitation zunimmt, was in einem Experiment nachgewiesen werden soll.


Wenn das über die gravitative Zeitdilatation laufen soll, dann müsste sich das Gravitationspotential verringern. Das kann man aber nicht direkt messen. Man kann nur den Gradient des Potentials bzw. Potentialdifferenzen zwischen zwei Orten bestimmen. Mit der Zeit sieht es ähnlich aus. Da kann man Veränderungen auch nicht lokal messen, sondern nur im Vergleich mit einer Referenzuhr an einem anderen Ort.

Die entscheidende Frage ist dann, welche Reichweite der Effekt hat. Wenn z.B. das ganze Sonnensystem betroffen ist, dann merkt man hier auf der Erde nichts davon. Man könnte allerdings feststellen, dass sich die Frequenz von Pulsaren erhöht und alle Sterne heißer erscheinen. Wenn nur die Erde betroffen ist, dann wird auch das Sonnenlicht heißer und die Bewegung von Himmelskörpern und Raumsonden würden sich scheinbar beschleunigen. Ist nur ein Teil der Erde betroffen, dann gäbe es einen Gangunterschied zwischen Atomuhren innerhalb und außerhalb des betroffenen Bereiches und im Grenzbereich würde eine zusätzliche Gravitationskraft in den Bereich hinein wirken. Wenn die Verlangsamung der Zeit so stark ist, wie man es von einem Comic erwartet, dann wäre letzteres so verheerend, dass man keine Messgeräte benötigt.
Tschini



Anmeldungsdatum: 14.08.2022
Beiträge: 6

Beitrag Tschini Verfasst am: 16. Aug 2022 11:52    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tatsächlich ist es viel unspektakulärer: Die Veränderung soll nur ganz lokal stattfinden, in einem Haus, in dem es "spukt" nämlich. Das heißt, so etwas wie ein Uhrenvergleich, könnte auf jeden Fall funktionieren, etwa mit einer Uhr im Haus und einer im Garten.
Gibt es allerdings transportable Atomuhren? Die Messgeräte sollen nämlich in ein Auto passen, da es so eine Art Ghostbusters-Geschichte ist.
Könnte eine Gravitationswaage einen Unterschied aufzeichnen?

Und dann noch die Frage: hätte ein spontan auftretendes verringertes Gravitationspotential einen Effekt auf den menschlichen Körper und die Wahrnehmung?

Das mit dem Sonnensystem klingt großartig, vielleicht für die nächste Geschichte smile
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 16. Aug 2022 13:41    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Das heißt, so etwas wie ein Uhrenvergleich, könnte auf jeden Fall funktionieren, etwa mit einer Uhr im Haus und einer im Garten.


Gut, dann rechnen wir das mal aus. Wenn die Potentialdifferenz zwischen Außen und Innen ist und im Inneren ein Zeitintervall t gemessen wird, dann ist das außen gemessene Zeitintervall um



länger. Die derzeit beste transportable Atomuhr hat eine relative Genauigkeit von rund . Um den Effekt damit messen zu können, ist eine Potentialdifferenz von mindestens



nötig. Das entspricht einer Höhendifferenz von 45 cm zwischen Garten und Haus.

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Gibt es allerdings transportable Atomuhren? Die Messgeräte sollen nämlich in ein Auto passen, da es so eine Art Ghostbusters-Geschichte ist.


Für die o.g. Atomuhr bräuchte man schon einen Lieferwagen:

https://www.ptb.de/cms/de/forschung-entwicklung/forschung-zum-neuen-si/ptb-experimente/sekunde-optische-atomuhren/fachnachrichten-zur-zeit.html?tx_news_pi1%5Bnews%5D=7999&tx_news_pi1%5Bcontroller%5D=News&tx_news_pi1%5Baction%5D=detail&tx_news_pi1%5Bday%5D=14&tx_news_pi1%5Bmonth%5D=2&tx_news_pi1%5Byear%5D=2017&cHash=f966a4f1784c6328577edf8024b01196

Die bekommt man dann auch schwer ins Haus. Aber eine kleinere Version mit geringerer Messgenauigkeit dürfte in einem Comic nicht abwegig erscheinen. Dann müsste natürlich auch der Effekt entsprechend höher sein. Die zehnfache Potentialdifferenz entspricht dann schon einem Höhenunterschied von 4,5 m. Das ist immer noch plausibel, aber die mechanischen Effekte wären dann auch unübersehbar. Ein Lot würde deutlich aus der Senkrechten abgelenkt werden, Kugeln würden nach Innen rollen und es könnten sogar frei stehende Mauern umkippen – und das auch nur, wenn der Effekt kontinuierlich von innen nach außen abnimmt. Je kleiner der betroffene Bereich ist, umso stärker werden die zusätzlichen Gravitationskräfte.

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Könnte eine Gravitationswaage einen Unterschied aufzeichnen?


Nein, die würde hier nichts nützen.

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Und dann noch die Frage: hätte ein spontan auftretendes verringertes Gravitationspotential einen Effekt auf den menschlichen Körper und die Wahrnehmung?


Ja. Das Gleichgewichtsorgan würde die Änderung der Gravitation spüren. Man hätte das Gefühl, dass sich der Boden neigt, obwohl man sich nicht bewegt. Da kann man schnell seekrank werden.

Wenn der Spuk regelmäßig auftritt, dann könnte man damit übrigens Energie gewinnen, indem man beispielsweise Wasser aus einem Pool im Garten durch einen Generator ins Haus und wieder zurück fließen lässt. Das wäre doch mal eine nette Abwechslung zu den üblichen Horror-Sories, wenn ein armes Gespenst von einem rücksichtlosen Menschen bis zur völligen Erschöpfung ausgebeutet wird.
Tschini



Anmeldungsdatum: 14.08.2022
Beiträge: 6

Beitrag Tschini Verfasst am: 16. Aug 2022 15:46    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Wow, danke dir fürs Ausrechnen und für deine Hilfe, voll super! Das mit der Energiegewinnung ist genial, so kann man auf jeden Fall den Gruselfaktor verringen xD

Ich fasse nochmal zusammen, um sicher zu gehen, das ich es verstehe:

Meine Geisterjäger haben zwei (fiktive) handliche Atomuhren, die in einen Kombi passen. Eine stellen sie in den Garten und eine in das Haus, in dem es spukt.
Der Geist löst eine Veränderung der Differenz des Gravitationspotentials aus, was dazu führt, dass der Effekt einer Höhendifferenz von 4,5m zwischen den Messorten im Inneren des Hauses und dem Garten entsteht. Wer sich in dem Bereich dazwischen aufhält, spürt diesen Unterschied so als würde sich der Boden in Richtung des Geistes, also nach innen, neigen und hat ein Gefühl von Übelkeit. Gegenstände rollen in diese Richtung, Schranktüren öffnen sich, etc., also klassisches Poltergeistmaterial.

Wie groß wäre nun der gemessene Zeitunterschied zwischen innen und außen? Wahrscheinlich nicht signifikant, also es vergehen keine Stunden außen gegenüber Minuten innen, oder?

Und, falls es nicht zu weit geht, hier noch eine Frage: Wäre es physikalisch erlaubt, zu unterstellen, dass die Veränderung durch ein noch nicht entdecktes Teilchen ausgelöst wird? Ich weiß, dass Quantenebene und Gravitation nicht miteinander vereinbar sind, aber vielleicht kann man sich ja in einer Geschichte vorstellen, dass es möglich wäre. Oder dass es zumindest obskure Physiker gibt, die sich so eine Theorie ausdenken.
Also aus der Sicht eines phantasievollen Laien: Es gibt ein spezielles Quantenfeld und unter bestimmten Bedingungen "materialisieren" sich die Teilchen an einer bestimmten Stelle in der Raumzeit und erzeugen eine Anomalie, die das Gravitationspotential verändert. Zu verrückt oder könnte man damit rumspielen?

Vielen vielen Dank für die Hilfe nochmal!
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 16. Aug 2022 16:16    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Wie groß wäre nun der gemessene Zeitunterschied zwischen innen und außen? Wahrscheinlich nicht signifikant, also es vergehen keine Stunden außen gegenüber Minuten innen, oder?


Der Effekt ist extrem winzig. Wenn innen eine Stunde gemessen wird, dann sind es außen 1 Stunde und 1,8 Picosekunden (billionstel Sekunden).

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Wäre es physikalisch erlaubt, zu unterstellen, dass die Veränderung durch ein noch nicht entdecktes Teilchen ausgelöst wird?


Nicht wirklich. Nach allem was wir wissen, kann so ein Effekt eigentlich nur durch eine extreme Erhöhung der Masse im Haus auftreten. Jetzt könnte man natürlich postulieren, dass die Materie (oder irgendwelche bislang unbekannten Teilchen) im Haus plötzlich stärker mit dem Higgs-Feld wechselwirken und deshalb viel schwerer werden. Allerdings muss man sich dann fragen, warum das Haus nicht sofort unter dieser Last kollabiert.

Aber dass das physikalisch nicht innvoll ist, muss die Protagonisten ja nicht davon abhalten, darüber zu spekulieren. Es schadet auch nicht unbedingt, wenn sie sich dabei der Lücken in ihrer Argumentation bewusst sind. Wenn es komplett physikalisch erklärbar ist, dann wäre es ja nicht mehr paranormal.
WeristTomS
Gast





Beitrag WeristTomS Verfasst am: 16. Aug 2022 22:02    Titel: Antworten mit Zitat

Die schelchte Geschichte die du suchst wurde ja bereits verfilmt "Gravity".
Tschini



Anmeldungsdatum: 14.08.2022
Beiträge: 6

Beitrag Tschini Verfasst am: 17. Aug 2022 10:45    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:


Der Effekt ist extrem winzig. Wenn innen eine Stunde gemessen wird, dann sind es außen 1 Stunde und 1,8 Picosekunden (billionstel Sekunden).


Okay, und dieser Unterschied wird über die Atomuhren gemessen und darüber können dann die 4,5m berechnet werden, ja?

DrStupid hat Folgendes geschrieben:


Nicht wirklich. Nach allem was wir wissen, kann so ein Effekt eigentlich nur durch eine extreme Erhöhung der Masse im Haus auftreten. Jetzt könnte man natürlich postulieren, dass die Materie (oder irgendwelche bislang unbekannten Teilchen) im Haus plötzlich stärker mit dem Higgs-Feld wechselwirken und deshalb viel schwerer werden. Allerdings muss man sich dann fragen, warum das Haus nicht sofort unter dieser Last kollabiert.

Aber dass das physikalisch nicht innvoll ist, muss die Protagonisten ja nicht davon abhalten, darüber zu spekulieren. Es schadet auch nicht unbedingt, wenn sie sich dabei der Lücken in ihrer Argumentation bewusst sind. Wenn es komplett physikalisch erklärbar ist, dann wäre es ja nicht mehr paranormal.


Ja, das macht Sinn, und genauso hab ich es mir auch gedacht. Ein bisschen Mystery muss ja bleiben.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 17. Aug 2022 12:36    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Okay, und dieser Unterschied wird über die Atomuhren gemessen und darüber können dann die 4,5m berechnet werden, ja?


Ja, so wie ich das oben berechnet habe. Man müsste den Höhenunterschied aber auch direkt messen können, indem man beispielsweise einen Gartenschlauch mit Wasser füllt und beide Enden innen und außen so hoch hält, dass das Wasser nicht raus läuft. Dann liegt das Ende im Zentrum der Anomalie 4,5 Meter höher als außerhalb. Das wäre ja auch die Grundlage für das paranormale Wasserkraftwerk.
Tschini



Anmeldungsdatum: 14.08.2022
Beiträge: 6

Beitrag Tschini Verfasst am: 17. Aug 2022 17:37    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:


Ja, so wie ich das oben berechnet habe. Man müsste den Höhenunterschied aber auch direkt messen können, indem man beispielsweise einen Gartenschlauch mit Wasser füllt und beide Enden innen und außen so hoch hält, dass das Wasser nicht raus läuft. Dann liegt das Ende im Zentrum der Anomalie 4,5 Meter höher als außerhalb. Das wäre ja auch die Grundlage für das paranormale Wasserkraftwerk.


Ach so, müsste das Ende im Zentrum der Anomalie nicht 4,5 m tiefer liegen? Hatte mir jetzt die Neigung die ganze Zeit in die andere Richtung vorgestellt.

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Je kleiner der betroffene Bereich ist, umso stärker werden die zusätzlichen Gravitationskräfte.

Und was hast du eigentlich genau damit gemeint, also was sind die zusätzlichen Kräfte?

Sorry für die vielen Fragen, ich bin echt kompletter Noob.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 17. Aug 2022 22:05    Titel: Re: Messung von Gravitationsänderung für Science Fiction Antworten mit Zitat

Tschini hat Folgendes geschrieben:
Ach so, müsste das Ende im Zentrum der Anomalie nicht 4,5 m tiefer liegen?


Die Verringerung des Gravitationspotentials im Zentrum der Anomalie hat den gleichen Effekt, als ob das dort befindliche Schlauchende um 4,5 Meter nach unten bewegt wird. Deshalb würde das Wasser dort raus fließen, wenn das äußere Ende auf gleicher Höhe bleibt. Um das zu verhindern, muss man das äußere Ende um 4,5 m absenken. Man kann auch das innere Ende anheben, aber dann hängt die Höhendifferenz von der Geometrie der Anomalie ab (siehe unten).

Besonders spektakulär wäre der Effekt, wenn man Haus und Garten vor dem Spuk mit einer hinreichend großen Menge Wasser fluten würde. Durch die Anomalie sinkt dann das Gravitationspotential an der Wasseroberfläche im Haus. Das hat den gleichen Effekt, als ob sich dort plötzlich ein Trichter in der Wasserobefläche absenkt in den Wasser von außen hinein fließt. Weil die Wasseroberfläche aber in Wirklichkeit immer noch eben ist, füllt dieses Wasser keinen Trichter, sondern türmt sich stattdessen zu einem bis zu 4,5 m hohen Wasserberg auf (wenn die Spitze zufällig im Zentrum der Anomalie liegt). Genauso funktioniert das Wasserkraftwerk, nur dass das Wasser dabei nicht frei durch das Haus fließt, sondern vom Pool im Garten in einen Tank im ersten Stock und nach dem Spuk wieder zurück. Unterwegs treibt es dabei einen Generator an.

Tschini hat Folgendes geschrieben:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Je kleiner der betroffene Bereich ist, umso stärker werden die zusätzlichen Gravitationskräfte.

Und was hast du eigentlich genau damit gemeint, also was sind die zusätzlichen Kräfte?


Die Fallbeschleunigung ist der negative Gradient des Gravitationspotentials. Auf der Erde nimmt das Gravitationspotential in Richtung Erdmittelpunkt ab. In diese Richtung wirkt auch die Gravitationskraft. Ihre Stärke hängt davon ab, wie stark sich das Potential mit der Höhe ändert. Die gleiche Potentialdiffenz bei halbem Höhenunterschied würde zu einer doppelt so starken Gravitationskraft führen.

Für die Verringerung des Gravitationspotentials im Haus gilt dasselbe - nur das die daraus resultierende Kraft nicht zum Mittelpunkt der Erde, sondern bei einer kugelsymmetrischen Anomalie in ihr Zentrum wirkt. Befindet man sich auf gleicher Höhe wie die Anomalie, dann wirkt diese zusätzliche Kraft also parallel zur Erdoberfläche. Die Stärke dieser Kraft hängt ebenfalls davon ab wie schnell sich das Potential ändert. Steigt es beispielsweise vom Zentrum bis in eine Entfernung von 4,5 m linear an, dann wäre sie genauso stark wie die Erdanziehung. Bei doppelter Reichweite wäre sie nur halb so groß usw.

Das Potential muss aber nicht unbedingt linear und radial nach innen abnehmen. Solange man nichts über die Ursache der Anomalie weiß, sind auch andere Geometrien denkbar. Das Potential könnte beispielsweise in einem kompletten Raum homogen abgesenkt sein und dann an den Wänden, Fußböden und Decken innerhalb von 10 cm auf das Niveau der Umgebung ansteigen. Wer da durch die Tür in den Raum gehen will, wird plötzlich mit 45 g auf 34 km/h nach innen beschleunigt.
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