Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

Siegelschild schrieb:Die Annahme hier hört sich gut an:

Schon erstaunlich, wie unterschiedlich Wahrnehmungen sein können. Mir dreht sich bei der Formulierung, wie sie bei Wiki zu finden ist, der Magen um. Das ist so stümperhaft ausgedrückt, dass es weh tut.

Am äußeren Rand der Spiralgalaxien sollte laut Allgemeiner Relativitätstheorie die Zeit schneller vergehen und die vorhandene Masse schwerer sein

Quelle: Wikipedia: Rotationskurve

Zudem ist es aber auch ein wunderschönes Beispiel dafür was passiert, wenn man Newton und Einstein unzulässig verwurschtelt.

Zunächst einmal sollte man wissen, dass Masse eine unveränderliche Größe ist, die Lateiner sager dazu auch gern "invariant". Das heißt, 1kg ist überall im Universum 1kg, egal ob im Zentrum einer Galaxie, oder am Rand, oder sonstwo.

Der wirkliche Grund, warum so viele ein Verständnisproblem damit haben ist, dass kaum jemand den fundamentalen Unterschied zwischen Newton und Einstein verinnerlicht hat. Bei Newton ist die Gravitation eine Kraft, nach Einsteins ART ist die Gravitation eine geometrische Eigenschaft der Raumzeit selbst!

Prägt euch bitte diesen letzten Satz ein, und vor allem: versteht endlich die fundamentale Bedeutung dahinter!

Das "Schwererwerden" von Masse ist eine Illusion. Wer mit Newton rechnet, muss bei einer stärker werdenden gravitativen Bindung unweigerlich zu dem Schluss kommen, dass Masse schwerer wird, oder mehr Masse da sein muss, als tatsächlich vorhanden ist. Newtons Formel gibt in solchen Fällen einfach nicht mehr her.

Einstein hat dieses Problem mit seiner ART gelöst. Die gravitative Bindung hängt nicht nur von der Masse selbst ab, sondern auch davon, wie stark die Raumzeit an dem Ort gekrümmt ist, wo sich die Masse gerade befindet.

Im Fall unserer Spiralgalaxie kommen nun ein paar spezifische Effekte ins Spiel, die bei Newton unberücksichtigt bleiben. Nach Newton hätten wir es mit einem ungekrümmten flachen Raum zu tun, in dem die Galaxie starr rotiert. Und genau das führt zu falschen Ergebnissen.

In echt, also in Wirklichkeit, sind rotierende Systeme dieser Größenordnung wesentlich komplexer, und keinesfalls starr und flach. Eine Spiralgalaxie rotiert differentiell und die Gravitationswirkung breitet sich zudem nur mit der LG aus. D.h. das schnell rotierende Zentrum verändert die Raumzeit bis ganz weit nach draußen, sie wird regelrecht "verdrillt", was dazu führt, dass die außen befindliche Sterne durch eine lokal stärkere Krümmung bewegen müssen. Sie werden also stärker auf eine Kreisbahn gezwungen, als man nach Newton annehmen würde.

Das Phänomen, welches dahinter steckt, bezeichnet man auch als Rahmenmitführung oder Lense-Thirring-Effekt.

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Leute, ... das Wissen ist alles vorhanden, man muss sich einfach nur etwas Zeit nehmen es zu finden und zu verstehen. Und vor allen anderen, sprecht jeden Abend vor dem zu Bettt gehen folgenden Satz 100 mal auf:

Gravitation ist KEINE KRAFT!
Gravitation ist KEINE KRAFT!
Gravitation ist KEINE KRAFT!
Gravitation ist KEINE KRAFT!
Gravitation ist KEINE KRAFT!
..
..
..
..
Gravitation ist KEINE KRAFT!

Danke fürs Zuhören :)

Nachtrag:

Im oben erwähnten Absatz zu den Rotationskurven von Spiralgalaxien ging es um alternative Erklärungsansätze, die keine zusätzliche Masse (also Dunkle Materie) benötigen. Meine Beschreibung bezog sich daher auch nur auf diese Alternativen.

An einigen Stellen meiner Beschreibung habe ich mich vielleicht missverständlich ausgedrückt, so dass man annehmen könnte, ich wüsste welcher Ansatz der Richtige ist. Dem ist natürlich nicht so.

Denn gerade was die Rotationskurven angeht, sind nach wie vor viele Fragen ungeklärt, denn auch nach der ART landet man am Ende genau wie nach Newton bei einem Ergebnis, welches nicht unseren Beobachtungen entspricht.

Und obwohl die ART das bessere Modell für die Beschreibung der Gravitation ist, hält man in diesem Fall an Newtons Formeln fest, und postuliert eine hypothetische Form von Materie, die sowohl Newton, wie auch Einstein "den Arsch retten" soll.

Es gibt auch Ansätze, nach denen man versucht, Newton so zu modifizieren, dass es am Ende auch ohne DM passen würde. Die MOND-Hypothese (Modifizierte Newtonsche Dynamik) geht davon aus, dass bei geringen Beschleunigungen wie z.B. am Rand der Galaxie die Gravitation nicht mehr mit proportional 1/r² abnimmt, sondern nur mit proportional zu 1/r.

Ob wir dieses Problem jemals lösen werden, steht buchstäblich in den Sternen. Aber vielleicht hat eine hoch entwickelte KI ja mehr Erfolg dabei, schaun wir mal ... :)