...dann sagt sie ihr, wie sie sich zu bewegen hat...
11.5 Masse krümmt die Raum-Zeit
Wenn ich ein Blatt Papier krümme, dann verbiege ich es in die dritte Dimension.
Deshalb ist es üblich Raumkrümmungen als zweidimensionales Beispiel zu veranschaulichen:
Wir verbiegen eine Fläche in den Raum hinein. Eine nicht gekrümmte Fläche nennt man euklidisch. Hier gilt die uns bekannte Schulgeometrie, die euklidische Geometrie: Die Summe der Innenwinkel eines Dreiecks ist 180°.
Eine positiv gekrümmte Fläche, wie z.B. die Oberfläche einer Kugel, hat Dreiecke mit einer Summe der Innenwinkel von mehr als 180°.
Bei einer negativgekrümmten Fläche (Teile eines Pferdesattels) ist die Summe kleiner als 180°.
Einstein hat nun in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie ART gezeigt, das Materieansammlungen, also (schwere) Massen den Raum krümmen. Andere Massen bewegen sich dann in dem gekrümmten Raum so wie wir es beobachten.
Die Gravitation ist also keine Kraftwirkung, sondern einfach eine Auswirkung des gekrümmten Raumes auf die Bewegungen im Raum.
Wenn ich auf der Erdoberfläche herumlaufe, muss ich auch deren Krümmung folgen und kann nicht einfach tangential zur Oberfläche losgehen...
Wir haben eine richtige Kopplung: Massen krümmen den Raum und der gekrümmte Raum schreibt den Massen ihre Bewegungen vor.
Wie formuliert das Einstein?
Die Materie sagt der Raum-Zeit, wie sie sich krümmen soll.
Die Krümmung der Raum-Zeit sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll.
Das ist in dem folgenden Bild schön symbolisiert:
Ich möchte jetzt einige der Effekte der Raumkrümmung kurz aufzählen:
- Raumkrümmung erzeugt Gravitation: Je stärker die Krümmung desto stärker die Wirkung
- Raumkrümmung verlangsamt die Zeit: In der Nähe großer Massen verläuft die Zeit langsamer
- Raumkrümmung lenkt Licht ab: Dadurch entstehen Gravitationslinsen, durch die wir weit entfernte Galaxien hell erkennen können. Auch Eddington hat 1919 bei einer totalen Sonnenfinsternis diese Wirkung, von Einstein vorhergesagt, durch Beobachtung bestätigt. Einstein wurde dadurch zu einem weltweiten Medienstar!
- Zu stark gekrümmter Raum bewirkt Schwarze Löcher
- Planetenbahnen "eiern" durch die vom Gravitationsfeld der Sonne hervorgerufenen zusätzlichen Raumkrümmung (Ja, ihr habt richtig gelesen: Gravitation erzeugt Gravitation, die Schwerkraft hat ein eigenes Gewicht....).. Der Effekt war schon vor Einstein beobachtet worden (Periheldrehung des Merkur), aber erst Einstein konnte ihn mit der ART berechnen:"Ich war tagelang außer mir vor Freude. Nun wusste ich, dass meine Theorie stimmt".
- Gravitationswellen sind sich ausbreitende Raumkrümmungen, die beim Kollaps großer Massen entstehen.
Eine Anwendung nutzen wir täglich: Unsere Navigationssysteme im Auto oder auf dem Handy vergleichen Zeiten in den GPS-Satelliten mit denen auf der Erde. Wegen der Relativbewegung des Autos zum Satelliten gibt es eine Zeitdilatation (Verzögerung). Das ist die Spezielle Relativitätstheorie (SRT).
Da der Satellit aber in großer Höhe ist, also in einem schwächeren Gravitationsfeld, läuft in ihm die Zeit schneller als bei uns hier unten. Das ist die ART.
Die beiden gegenläufigen Effekte der ART und SRT heben sich nicht auf. Deswegen muss jedes Navi sowohl die SRT als auch die ART anwenden, um die genaue Position zu bestimmen.
Würde das nicht gemacht, dann hätte man jeden Tag einen um 30 km anwachsenden Fehler....nach zwei Wochen weiß man lediglich noch, dass man in Deutschland ist...
Fazit:
Damit hat Einstein die Wirkung der (schweren) Masse auf eine Wechselwirkung mit Raum und Zeit zurückgeführt. Auch hier ist die Masse keine dem Körper innewohnende Eigenschaft.
Es bleibt aber die am Ende des letzten Post gestellte Frage unbeantwortet...
Noch eine Anmerkung zum Schluss dieses Posts:
Einstein selbst hat die Raumkrümmung so veranschaulicht, wie wir es getan haben, als eine Krümmung in etwas hinein.
Aber das ist nur eine, mit sehr großer Wahrscheinlichkeit falsche, Vorstellung. Die gleichen Effekte erhält man einfach auch durch Ändern der Koordinatensysteme, der Metrik.
Darauf gehe ich aber nur in den Zusatzseiten ein.
Gebt mir ein paar Tage...
Hier möchte ich euch im nächsten Post noch das Äquivalenzprinzip vorstellen.
Aus ihm folgert Einstein die hier genannten, so seltsam klingenden Eigenschaften.
Und dann lassen wir endlich den Newton aus der Gruft...aber anders als eure Lehrer/innen sich das denken...
Ein Bild kann ich mir nicht verkneifen:
Einen guten Rutsch ins neue Jahr, vor allem viel Gesundheit...
Bis 2022...dann geht es weiter...
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