Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

Sternflocke 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 ... :)

Peter0167 schrieb:Ergebnis, welches nicht unseren Beobachtungen entspricht.

Könnte das nicht an der Formel, sondern zumindest teilweise an den Beobachtungen liegen? Wir können nur das sehen was leuchtet (einschl. Infrarot). Oder das Raum-Zeit Kontinuum sichtbar verbiegt.
Niemand kann sagen was da draußen alles so herumfliegt, es mangels Masse aber nie zu einer Sonne geschafft hat. Oder mal eine Sonne der ersten oder zweiten Generation war, jetzt aber auf dem Weg zu einem Schwarzen Zwerg schon so weit vorangeschritten ist dass wir die Reststrahlung auch nicht mehr registrieren können. Oder wie viele Schwarze Löcher es gibt.
Ja, 27 % ist schon eine Hausnummer. Aber vielleicht stimmt die Zahl auch nicht, ist in Wirklichkeit kleiner.

Sternflocke schrieb am 21.09.2026:Der Drehimpuls wird bei einem Sonnensystem genauso entstanden sein wie bei einer Galaxie.
Hast du mal bei einem Fahrrad-Radwechsel das Rad gedreht, und versucht es an den Achsen haltend in eine andere Richtung drehen zu lassen,

Starre Scheiben kann man nicht direkt mit Systemen vergleichen, die durch Gravitation zusammengehalten werden.

Sternflocke schrieb am 21.09.2026:Ich nehme mal an, dass Gegenteiliges, Gegenteiliges bewirkt, und der Drehimpuls von Andromeda im Kern sehr groß ist.
....
Man kann vielleicht sagen, dass, durch die Zentrierung der Masse in der Mitte, sich die ganze Galaxie gleichmäßig beschleunigt hat.

Im Sonnensystem ist die Masse noch stärker in der Mitte konzentriert (99,9%). Trotzdem fällt die Geschwindigkeit der Planeten zum Rand des Sonnensytems steil herunter (wie von Kepler und Newton beschrieben).
Die Monde verhalten sich entsprechend; die Monde, die z. B. nahe am Saturn sind, brauchen für eine Saturnumrundung nur ein paar Stunden. Die Anziehungskraft des Saturn ist so groß, da müssen sich die Monde schnell bewegen
(Gravitation vs Zentrifugalkraft), sonst würden sie in den Saturn fallen.
Also am Drehimpuls kann es nicht liegen.

Sternflocke schrieb am 21.09.2026:Ein Kugelsternenhaufen hat z.B. nur ein Zehntel der Fluchtgeschwindigkeit von Andromeda.
Nicht ganz unwesentlich ist aber, dass die Andromedagalaxie einen 1000 mal größeren Durchmesser hat.

Die Größe einer Struktur könnte eine Rolle spielen. Im Sonnensystem wirkt nur die "normale" Gravitation, Dunkle Materie ist so dünn verteilt, dass die Masse der Dunklen Materie in etwa der eines Asteroiden enspricht.
Erst wenn man einen Raum betrachtet, der zehntausende Lichtjahre groß ist, summiert sich die Masse der Dunklen Materie so stark, dass ihre Schwerkraft die Anziehungskraft aller sichtbaren Sterne einer Galaxie übersteigt.

Sternflocke schrieb am 21.09.2026:Ich nehme mal an, dass Gegenteiliges, Gegenteiliges bewirkt, und der Drehimpuls von Andromeda im Kern sehr groß ist.
Was da im Laufe der Zeit die Mitte gekreuzt hat, wird von den Massen in der Mitte sogar beschleunigt*, vielleicht auch was eine Übertragung des allgemein zusammenhängenden Drehimpulses angeht.

Bei den Elliptischen Galaxien ist es so, dass die Sternenbahnen weitgehend chaotisch sind, die Sterne durchfliegen aber immer wieder das Zentrum der Galaxie. Je mehr sie dem Zentrum näher kommen, desto mehr werden sie beschleunigt, wenn sie das Zentrum durchquert haben, werden sie vom Zentrum wieder gebremst, sie kreisen quasi wie ein Pendel.
Auch in den Elliptischen Galaxien spielt die Dunkle Materie eine Rolle, die Sterne bewegen sich schneller als sie sollten.
Die Sterne in dden Elliptischen Galaxien beschreiben sogenannte Box Bahnen.
Die Sternenbahnen in den Elliptischen Galaxien:

parabol schrieb:Die Sternenbahnen in den Elliptischen Galaxien:

Neben Box Bahnen sind da auch Schlauchbahnen zu sehen, einige Elliptische Galaxien haben Sternbahnen in Schlauchform.