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Autor Thema: Die Reichweite der Gravitation  (Gelesen 13407 mal)

Offline tul

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Die Reichweite der Gravitation
« am: 03. Juni 2016, 01:30:14 »
Es gab/gibt auf N24 einige Dokumentationen zur Raumfahrt. Nur leider fehlt bei denen eine wichtige Information, damit man das Ganze mal richtig einordnen kann.

Kann jemand eine Übersicht über die Reichweite der Gravitation unserer Sonne sowie die der Planeten in unserem Sonnensystem geben? Das wäre extrem hilfreich!

Danke

TUL

Offline Gerry

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #1 am: 03. Juni 2016, 03:56:41 »
Grundsätzlich reicht die Gravitation jedes Himmelsköpers unendlich weit, wird aber mit dem Quadrat der Entfernung schwächer sodass ab einer bestimmten Entfernung die Gravitation so schwach wird dass sie im allgemeinen "Gravitationsrauschen" der anderen Himmelskörper bzw. der Graviation des dominierendes Himmelskörpers untergeht, kein Rolle mehr spielt.

Dieser Bereich dürfte bei der Erde in einem Abstand von rund 1.000.000 km, bei der Sonne irgendwo im Bereich hinter der Oortschen Wolke...

Edit: Kurzes gugeln brachte das hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Einflusssph%C3%A4re_%28Astronomie%29
« Letzte Änderung: 03. Juni 2016, 05:58:18 von Gerry »
Raumcon-Realist

Offline Tobias Kolkmann

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #2 am: 03. Juni 2016, 08:41:59 »
Das kommt auf die Betrachtungsweise an:
Ganz streng genommen wirkt die Gravitation unendlich(*) weit. Die Einflusssphäre einer von Sternenhaufen, ganzen Galaxie oder Galaxienhaufen ist in makrokopischen Betrachtungen wichtig für andere Galaxien, auch einzelne Planeten der jeweiligen Galaxien wenig davon merken werden.

*Ich würde schätzen, dass die Reichweite der Gravitation somit mit dem Hubble-Radius (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Beobachtbares_Universum ) bzw noch genauer den Ereignishorizont angegeben werden kann. Da die Gravitation sich auch nur mit Lichtgeschwidigkeit bewegt, würde sie uns von Objekten, die ~16,2 Mrd Lichtjahre weiter entfernt sind, nie erreichen und somit nicht beeinflussen.

Viele Grüße
Tobias

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #3 am: 03. Juni 2016, 15:17:27 »
Vorsicht! Die Änderungen der Gravitation werden mit Lichtgeschwindigkeit übertragen, was man dann "Gravitationswellen" nennt. Die Gravitation ist nach Albert Einstein eine Eigenschaft des Raumes und einfach - da.

Als Beispiel seien die Schwarzen Löcher genannt: Selbst das Licht kann diesen nicht entkommen, weil die Geschwindigkeit zu niedrig ist. Die Gravitation eines Schwarzen Lochs bleibt dennoch spürbar. Etwaige Änderungen daran, die im Inneren entstehen könnten, blieben im normalen Universum völlig unbemerkt, da die Gravitationswellen das Schwarze Loch nicht verlassen können. Gravitationswellen wie die vor kurzem gemessenen entstehen also mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht tiefer als am Ereignishorizont.

Offline McPhönix

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #4 am: 03. Juni 2016, 15:29:31 »
Sollte man die Reichweite nicht unterscheiden in
- astrophysikalische Reichweite
- Reichweite, die durch eine Schwelle definiert ist

Die Schwelle wiederum ist festgelegt durch
- für den betrachteten Zweck ausreichende Meßgenauigkeit
- alle Fälle, die jenseits der Schwelle liegen, können bei einer geplanten Aktion als nicht störend betrachtet werden.
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Offline Sensei

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #5 am: 03. Juni 2016, 16:01:11 »
Das mit der Gravitation als eigenschaft des Raums ist doch auch nur ein Modell.
Ein anderes ist die Übertragung von Gravitation durch Teilchen=Gravitonen.

Und Masse innerhalb des SL soll durch die begrenzung der Wirkung der Gravitation nicht nach außerhalb wirken können?! Müsste demnach einem SL dann aber nicht jegliche Gravitationswirkung abhanden kommen?

Offline Tobias Kolkmann

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #6 am: 03. Juni 2016, 19:05:05 »
@Ruhri:
Interessanter Aspekt, daran hatte ich nicht gedacht. Gravitationswellen sind etwas anderes als Gravitation, das ist klar. Die Wellen sind Schwankungen der Raumzeit, die z.B. durch den "Todestanz" zweier SL beobachtet werden kann.
Die Gravitation selber "wirkt" meines wissens ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit: Wenn die Sonne jetzt verschwindet, müsste es noch gut 8 Minuten dauern, bis unsere Erde sich von dem Punkt entfernt, wo vorher die Sonne war - gleichzeitig mit dem Augenblick, wo das Licht auch nicht mehr ankommt.

Laut Wikipedia heißt es hier:
Zitat
Innerhalb der einsteinschen Sichtweise gilt jedoch, dass sich keine Wirkung, also auch nicht die Gravitationswirkung, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Beim schwarzen Loch wirkt die Gravitation aber offensichtlich auch außerhalb des Schwarzschild-Radius. Daraus ließe sich schließen, dass die Gravitation sich nicht durch Massereiche Objekte "ablenken" lässt.
Bei den Gravitationswellen misst man ja auch die Schwankung des Raums und nicht die Gravitation dieses so weit entfernten Objektes.

Bei der Expansion des Raumes haben wir aber ein anderes Verhalten: Der Raum expandiert schlichtweg so schnell, dass die Gravitation nicht schnell genug ist, jemals ihre Wirkung außerhalb des Hubble-Raums zu entfalten.


Tobias

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #7 am: 06. Juni 2016, 10:22:58 »
Das mit der Gravitation als eigenschaft des Raums ist doch auch nur ein Modell.
Ein anderes ist die Übertragung von Gravitation durch Teilchen=Gravitonen.

Und Masse innerhalb des SL soll durch die begrenzung der Wirkung der Gravitation nicht nach außerhalb wirken können?! Müsste demnach einem SL dann aber nicht jegliche Gravitationswirkung abhanden kommen?

Richtig, das ist ein Modell, und eines, das zumindest mich nicht vollständig zufrieden stellt. Es beschreibt die Gravitation und ihr Wirken, aber lässt völlig offen, warum das so ist. "Warum"-Fragen sind allerdings zugegebenermaßen etwas heikel in der Physik. Harald Lesch sagte einst in einer seiner Sendungen, wenn er wüsste, was Gravitation ist, würde er es nicht sagen, sondern aufschreiben. Und dann würde er auf die Einladung zur Verleihung des Nobelpreises warten.

Also, die Masse eines Schwarzen Lochs wirkt selbstverständlich nach außen. Man kann sie schließlich beobachten.

Interessanter Aspekt, daran hatte ich nicht gedacht. Gravitationswellen sind etwas anderes als Gravitation, das ist klar. Die Wellen sind Schwankungen der Raumzeit, die z.B. durch den "Todestanz" zweier SL beobachtet werden kann.
Die Gravitation selber "wirkt" meines wissens ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit: Wenn die Sonne jetzt verschwindet, müsste es noch gut 8 Minuten dauern, bis unsere Erde sich von dem Punkt entfernt, wo vorher die Sonne war - gleichzeitig mit dem Augenblick, wo das Licht auch nicht mehr ankommt.

Laut Wikipedia heißt es hier:
Zitat
Innerhalb der einsteinschen Sichtweise gilt jedoch, dass sich keine Wirkung, also auch nicht die Gravitationswirkung, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Beim schwarzen Loch wirkt die Gravitation aber offensichtlich auch außerhalb des Schwarzschild-Radius. Daraus ließe sich schließen, dass die Gravitation sich nicht durch Massereiche Objekte "ablenken" lässt.
Bei den Gravitationswellen misst man ja auch die Schwankung des Raums und nicht die Gravitation dieses so weit entfernten Objektes.

Bei der Expansion des Raumes haben wir aber ein anderes Verhalten: Der Raum expandiert schlichtweg so schnell, dass die Gravitation nicht schnell genug ist, jemals ihre Wirkung außerhalb des Hubble-Raums zu entfalten.


Tobias

Wie gesagt, die Allgemeine Relativitätstheorie lässt mit ihrem Modell der Gravitation als geometrischer Eigenschaft der Raumzeit einiges an Fragen offen.

Stellt euch aber beide einfach folgendes vor. Ein stellares Objekt ist - da. Egal ob Asteroid, Komet, Mond, Planet, Sonne, Neutronenstern oder Schwarzes Loch, alle haben eine Masse. Dieses Masse verformt die Raumzeit, sie wird also mehr oder weniger stark gekrümmt. Diese Verformung ist nun eine geometrische Eigenschaft des Raumes, mit der man rechnen muss. Es wird aber nichts übertragen. Was übertragen werden muss, sind Änderungen der Massen. Wenn also jetzt die Sonne verschwände, wäre eine komplette Sonnenmasse an Materie plötzlich nicht mehr da. Diese Änderungen müsste der Raumzeit quasi erst einmal mitgeteilt werden, und dies geschieht mittels lichtschneller Gravitationswellen. Sobald die Gravitationswelle durchgelaufen ist, hat die Raumzeit eine andere geometrische Eigenschaft als zuvor.

Nun ist das Beispiel der verschwindenden Sonne eines, das in der Realität niemals vorkommt. Masse verschwindet nun einmal nicht so einfach. Eine Sonne explodiert oder fällt in sich zusammen bzw. beides zugleich. Auch das stellt eine Veränderung in der Verteilung der Massen dar und wird dem Universum per Gravitationswellen mitgeteilt.

Bei Schwarzen Löchern läuft das genauso, nur eben mit dem einen kleinen Unterschied: Sollte es zu Massenverlagerungen innerhalb des schwarzen Lochs kommen, werden wir es niemals mitbekommen, da die Gravitationswellen zu langsam sind. Was wir dagegen mitbekommen können (und zuletzt tatsächlich haben), ist das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher, aber die entstehenden Gravitationswellen rühren mit Sicherheit nicht aus dem Inneren der beiden.

Oder noch einmal anderes ausgedrückt: Ein Schwarzes Loch muss keine Gravitationswellen ausstrahlen, um andere Massen zu beeinflussen. Die Masse eines solchen Objekts verformt die Raumzeit um sich herum, und diese beeinflusst dann alles, was in die Nähe kommt. Erst wenn sich die Geometrie durch Massenverlagerungen ändert, entstehen wieder Gravitationswellen. Man könnte sich das vielleicht so vorstellen, dass die lichtschnellen Gravitationswellen ein Geometrieupdate verbreiten. Überall, wo sie vorbei gekommen sind, gilt die neueste Geometrie.
« Letzte Änderung: 06. Juni 2016, 15:12:51 von Ruhri »

Offline McPhönix

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #8 am: 06. Juni 2016, 13:40:08 »
Und da frage ich doch mal - können Gravitationswellen reflektiert, gebeugt, aufgespalten, polarisiert werden?
Ist ja nur weil Spiegel und Prismen auch schon genutzt wurden zu einer Zeit, wo man über das Warum der Funktion noch nix wußte.
Dann frage ich mich auch - der denkende Mensch hat ja seit Anbeginn das Licht als selbstverständlich hingenommen. Selbst Begriffe wie "Licht" und "Sehen" waren lange uninteressant, weil selbstverständlich. Könnte es nicht Wesenheiten geben für die das Gleiche in Bezug auf G.Wellen zutrifft ?
Letztlich - wie weit kann mann also im Vergleich Licht - G.Wellen gehen?
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Offline Tobias Kolkmann

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #9 am: 06. Juni 2016, 20:44:45 »
@McPhönix:
Genau kann das noch keiner Sagen, das ist Gegenstand aktueller Forschung... aber vielleicht bald, die Gravitationswellenforschung hat ja gerade erst angefangen... da wird noch viel kommen und ich freue mich schon über die Möglichkeiten diese zusätzlichen "Sinnes", mit dem wir das Universum beobachten können.

@Ruhri:
Genau, der Unterschied zwischen Gravitationswellen und Gravitation ist vermutlich klar. Ich hatte von der Wirkung der Gravitation gesprochen: Ist deine These, dass die Gravitation ihre Wirkung sofort überträgt und nicht erst mit dem Zeitversatz der Lichtgeschwidigkeit? Deshalb hatte ich das Gedankenexperiment mit der Sonne vorgeschlagen. Weil wenn die Gravitation "sofort" wirken würde, könnte man feststellen, dass man sich von der Sonne entfernt, bevor "die Lichter ausgehen".

Das würde dann nämlich heißen: Wirkt die Gravitation "sofort" bzw "ist einfach da", wie du sagst, dann würde ich auch schlussfolgern, dass die Reichweite unendlich groß ist.
Wenn die Gravitation sich allerdings erst durch die Raumzeit fortbewegen muss (was ich eher vermuten würde, z.B. in Form von Austauschteilchen, die aber noch nicht gefunden wurden), dann kann sie nur mit Lichtgeschwindigkeit wirken, somit ist die Reichweite effektiv auf den Hubble-Raum beschränkt.

Offline Prodatron

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #10 am: 06. Juni 2016, 23:01:45 »
@Ruhri:
Genau, der Unterschied zwischen Gravitationswellen und Gravitation ist vermutlich klar. Ich hatte von der Wirkung der Gravitation gesprochen: Ist deine These, dass die Gravitation ihre Wirkung sofort überträgt und nicht erst mit dem Zeitversatz der Lichtgeschwidigkeit? Deshalb hatte ich das Gedankenexperiment mit der Sonne vorgeschlagen. Weil wenn die Gravitation "sofort" wirken würde, könnte man feststellen, dass man sich von der Sonne entfernt, bevor "die Lichter ausgehen".

Das würde dann nämlich heißen: Wirkt die Gravitation "sofort" bzw "ist einfach da", wie du sagst, dann würde ich auch schlussfolgern, dass die Reichweite unendlich groß ist.
Wenn die Gravitation sich allerdings erst durch die Raumzeit fortbewegen muss (was ich eher vermuten würde, z.B. in Form von Austauschteilchen, die aber noch nicht gefunden wurden), dann kann sie nur mit Lichtgeschwindigkeit wirken, somit ist die Reichweite effektiv auf den Hubble-Raum beschränkt.

Ich dachte, die Existenz von Graviationswellen ist genau der Beweis dafür, daß Gravitation selbst auch nur mit Lichtgeschwindigkeit "wirkt". Ansonsten dürfte es gar nicht zu sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegenden Graviationswellen kommen, da es dann an jedem Ort immer gleichzeitig "rappeln" müßte, wenn zwei schwarze Löcher eine Party feiern.

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #11 am: 07. Juni 2016, 10:29:54 »
[...]

Genau, der Unterschied zwischen Gravitationswellen und Gravitation ist vermutlich klar. Ich hatte von der Wirkung der Gravitation gesprochen: Ist deine These, dass die Gravitation ihre Wirkung sofort überträgt und nicht erst mit dem Zeitversatz der Lichtgeschwidigkeit? Deshalb hatte ich das Gedankenexperiment mit der Sonne vorgeschlagen. Weil wenn die Gravitation "sofort" wirken würde, könnte man feststellen, dass man sich von der Sonne entfernt, bevor "die Lichter ausgehen".

Das würde dann nämlich heißen: Wirkt die Gravitation "sofort" bzw "ist einfach da", wie du sagst, dann würde ich auch schlussfolgern, dass die Reichweite unendlich groß ist.
Wenn die Gravitation sich allerdings erst durch die Raumzeit fortbewegen muss (was ich eher vermuten würde, z.B. in Form von Austauschteilchen, die aber noch nicht gefunden wurden), dann kann sie nur mit Lichtgeschwindigkeit wirken, somit ist die Reichweite effektiv auf den Hubble-Raum beschränkt.

Es ist ja nicht "meine These", sondern gängige Physik. Und das genaueste Modell, dass die Physiker heute verwenden, ist eben das das Raumzeitkrümmung. So, und demzufolge verbiegt unsere Sonne die Raumzeit. Diese Krümmung setzt sich endlos fort, aber natürlich müsste man sich schon nach wenigen Lichtjahren enorm anstrengen, um die von der Sonne hervorgerufene Krümmung nachweisen zu können. Da dein Gedankenexperiment völlig absurd ist, ersetze ich es mal durch ein wahrscheinlicheres.

In 1-2 Milliarden Jahren wird sich die Sonne aufblähen. Das führt natürlich zu einer Masseverteilung und somit zu einer anderen Raumkrümmung. Per lichtschnellen Gravitationswellen wird der Raum auf den neuesten geometrischen Zustand aktualisiert. In 4,5 Milliarden Jahren wird sich die Sonne wohl wieder zusammenziehen, um dann ihre äußere Hülle (vielleicht in mehreren Ausbrüchen) abzuwerfen, die sich dann als Planetarischer Nebel ausbreiten wird, während der Kern zu einem Weißen Zwerg kollabieren wird. All diese Masseumverteilungen werden dem Universum per Gravitationswellen mitgeteilt werden. Und ja, in den Bereichen des Universums, die sich wegen der Expansion mit mehr als Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen, wird man weder im EM-Bereich noch per Neutrino- oder Gravitationsstrahlung auch nur das geringste von alledem mitbekommen. Das hat dann nicht mehr der Messgenauigkeit zu tun, sondern ist ein grundsätzliches Problem.

Übrigens: Der anfängliche Kollaps der Wolke, aus der sich am Ende unsere Sonne gebildet hat, wurde logischerweise ebenfalls per Gravitationswellen an das Universum übertragen. Die Raumkrümmung, die die Sonne heute verursacht, ist keine andere als jene der vorher existierenden Gaswolke, die beim Kollaps per Gravitationswellen aktualisiert worden ist. Und natürlich geht deren Krümmung auf andere Vorgängergebilde wie noch größere Wolken oder Riesensterne zurück. Geht man weit genug zurück, landet man beim Urknall. Damals wurde eine Anfangskrümmung in die Raumzeit eingeprägt. Durch Expansion des Raumes und beschleunigte Masse wurde diese Urknallkrümmung natürlich über 13,8 Milliarden Jahren hinweg immer und immer wieder überschrieben.

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #12 am: 07. Juni 2016, 10:48:32 »
Ich dachte, die Existenz von Graviationswellen ist genau der Beweis dafür, daß Gravitation selbst auch nur mit Lichtgeschwindigkeit "wirkt". Ansonsten dürfte es gar nicht zu sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegenden Graviationswellen kommen, da es dann an jedem Ort immer gleichzeitig "rappeln" müßte, wenn zwei schwarze Löcher eine Party feiern.

Nein, der Gedankengang scheint genau falsch zu sein. Die Gravitation wird heute verstanden als Eigenschaft des Raumes. Wenn man da eine Masse hat, krümmt sie den Raum auf eine ganz bestimmte Art und Weise. Diese Krümmung existiert jetzt einfach und muss nicht in jeder Nanosekunde neu übertragen werden. Was die Gravitationswellen tun, ist die Übertragung von Änderungen an der Raumzeit, die sich durch Masseverlagerungen ergeben.

Die Party feiernden Schwarzen Löcher krümmen also den Raum, was sich durch ihr fröhliches Ringelreihen aber unablässig ändert. Diese Information der Änderung der Krümmung wird per Gravitationswellen lichtschnell zu uns übertragen. Während wir da gemessen bekommen, dass irgendwo zwei Schwarzen Löcher einander umkreisen, sind die beiden vielleicht bereits verschmolzen. Diese finale Masseveränderung durch das Verschmelzen erzeugt eine letzte gewaltige Gravitationswelle, die uns irgendwann lange nach dem eigentlichen Ereignis erreicht, und danach ist Ruhe. Die von der Gravitation dem Raum aufgeprägte Krümmung bleibt selbstverständlich erhalten, ggf. bis in alle Ewigkeit.

Natürlich ist im Universum nichts von Dauer - es wirkt nur auf den ersten Blick so.

Offline Prodatron

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #13 am: 07. Juni 2016, 13:12:42 »
Vielleicht reden wir aneinander vorbei.
Es ging um Tobias Überlegung, ob die Gravitation sofort wirkt oder nicht (Sonne ist plötzlich weg -> Frage: Setzt die Erde ihren Orbit noch 7 Minuten lang fort oder fliegt sie sofort auf gerader Linie weg?). Und hier haben Graviationswellen gezeigt, daß die Gravitation (=Raumkrümmung) nicht sofort wirkt, sondern sich auch nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.
Vorab: Gravitationswellen selbst "übertragen" ja nichts. Man mißt Änderungen der lokalen Krümmung des Raumes an verschiedenen Orten. Wenn solche Änderungen auftreten nennt man das Gravitationswellen, sie selbst sind aber keine "Träger" von irgendwas (wie Photonen) sondern wie gesagt nur ein gemessenes Phänomen.
Da dieses zeitversetzt auftritt (und zwar mit Lichtgeschwindigkeit) breitet sich also eine Änderung in der Krümmung des Raumes auch nur mit Lichtgeschwindigkeit aus -> Gravitation "wirkt" also nicht sofort. Somit wird auch die Erde noch 7 Minuten lang ihren Orbit weiterführen, falls die Sonne plötzlich weg wäre.

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #14 am: 07. Juni 2016, 14:12:42 »
Na, es wären wohl eher 8 Minuten, und das Beispiel, dass ein Stern von einer Sonnenmasse plötzlich nicht mehr da ist, ist und bleibt absurd. Masse kann sich anders anordnen, aber nicht plötzlich verschwinden oder auftauchen.

Ansonsten dürfte es aber tatsächlich so sein. Die Masse der Sonne hat den Raum gekrümmt, und wenn irgendwelche Sonnendiebe mit ihrem Absaugraumschiff unsere Sonne entfernten, würde die Erde es 8 Minuten später per Gravitationswelle mitgeteilt bekommen, dass es diese Krümmung ab sofort nicht mehr gäbe.

Offline Tobias Kolkmann

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #15 am: 07. Juni 2016, 19:09:24 »
Wie gesagt, ein Gedankenexperiment zur Veranschaulichung des Problems, darum geht es ja nur...

Inzwischen weiß ich aber nicht mehr, wie ich es noch treffender erklären kann. Ruhri hat in dem Sinne Recht, dass Gravitationswellen entstehen würden, wenn die Sonne plötzlich verschwünde.
Ist zwar etwas salopp formuliert, dass die Gravitationswellen das "mitteilen" würden... ich würde eher sagen, dass sie das Resultat der plötzlich fehlenden Masse sind,  aber diese Formulierung ist denke ich nicht der Kern des Problems.

@Prodatron: Hast du eine Quelle dafür, "warum" die Gravitationswellen zeigen, dass sich Gravitation mit 'c' bewegt? Ich glaube zwar auch, dass die Gravitation mit 'c' wirkt, weiß aber nicht, wie die Entdeckung der Gravitationswellen das Beweisen kann. Die Wellen sind eine Schwankung des Raumes verursacht durch gravitative Verschiebung, aber es wurde nicht die Gravitation an sich gemessen, oder konnte man das irgendwie ableiten?

Zitat
Die Masse der Sonne hat den Raum gekrümmt, und wenn irgendwelche Sonnendiebe mit ihrem Absaugraumschiff unsere Sonne entfernten, würde die Erde es 8 Minuten später per Gravitationswelle mitgeteilt bekommen, dass es diese Krümmung ab sofort nicht mehr gäbe.
Ich verstehe nicht, wie du dann noch dazu stehst, dass Gravitationswirkung einfach "da" sein kann ohne Zeitverzögerung. Wäre die Gravitation einfach "da" und plötzlich "weg", dann würde die Erde 8 Minuten früher ihre Umlaufbahn verlassen ohne zu wissen, warum. Und erst nach 8 Minuten würde sie erfahren, warum die Gravitation nachgelassen hat.

Aber sei's drum, kommen wir mal auf das Problem zurück, was der Themenersteller ansprach: die Reichweiter der Gravitation. Was wäre denn eure Meinung, wie groß die Reichweite der Gravitation ist? Und wie drückt man das am besten aus?

Ich würde sagen, dass die Reichweite einerseits unendlich ist, da sie durch nichts abgeschwächt wird. Wenn man die Expansion des Universums aber berücksichtigt und annimmt, dass die Gravitation auch nur mit Lichtgeschwindikeit wirkt, würde die Reichweite doch durch den Hubble-/Schwarzschild - Radius auf 14 / 16 Mrd. Lichtjahre begrenzt sein. Mit welchem Begriff beschreibt man dieses Verhalten (und sei es auf Licht statt auf Gravitation bezogen) am besten?

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #16 am: 08. Juni 2016, 13:19:09 »
Wie gesagt, ein Gedankenexperiment zur Veranschaulichung des Problems, darum geht es ja nur...

Sicher, ich halte es eben nur nicht für ein gutes, weil man sich davon leicht gedanklich in die Irre treiben lässt.

Zitat
Inzwischen weiß ich aber nicht mehr, wie ich es noch treffender erklären kann. Ruhri hat in dem Sinne Recht, dass Gravitationswellen entstehen würden, wenn die Sonne plötzlich verschwünde.
Ist zwar etwas salopp formuliert, dass die Gravitationswellen das "mitteilen" würden... ich würde eher sagen, dass sie das Resultat der plötzlich fehlenden Masse sind,  aber diese Formulierung ist denke ich nicht der Kern des Problems.

Ja, irgendwie. Die Gravitationswellen sind Resultat der sich verändernden Massenanordnung. Das hat aber eben auch eine Bedeutung.

Zitat
@Prodatron: Hast du eine Quelle dafür, "warum" die Gravitationswellen zeigen, dass sich Gravitation mit 'c' bewegt? Ich glaube zwar auch, dass die Gravitation mit 'c' wirkt, weiß aber nicht, wie die Entdeckung der Gravitationswellen das Beweisen kann. Die Wellen sind eine Schwankung des Raumes verursacht durch gravitative Verschiebung, aber es wurde nicht die Gravitation an sich gemessen, oder konnte man das irgendwie ableiten?

Vielleicht haben die Gravitonen oder was auch immer die Austauschteilchen der Gravitationswellen sind, eine kleine Ruhemasse und fliegen somit langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit. Die moderne Physik vermutet aber, dass es lichtschnell geht.

Zitat
Ich verstehe nicht, wie du dann noch dazu stehst, dass Gravitationswirkung einfach "da" sein kann ohne Zeitverzögerung. Wäre die Gravitation einfach "da" und plötzlich "weg", dann würde die Erde 8 Minuten früher ihre Umlaufbahn verlassen ohne zu wissen, warum. Und erst nach 8 Minuten würde sie erfahren, warum die Gravitation nachgelassen hat.

Also, noch einmal: Die Vorstellung, dass die Gravitation eine "geometrische Eigenschaft des Raumes" ist, bereitet mir nach wie vor etwas Magengrummeln. Die Physik sagt aber, das wäre so. Nun gut. Das bedeutet aber, dass in einer Momentaufnahme eines Stückchens des Universums in jedem Punkt eine bestimmte Krümmung existiert. Und wann sich einen Sekundenbruchteil später nicht irgendetwas an den zugrunde liegenden Massen und ihrer Anordnung geändert hat, dann ist sie noch genau gleich, und so weiter und so fort. Der Punkt ist, dass die Krümmung wie festgetackert für jeden einzelnen Punkt ist. Es müssen keine Kräfte und keine Austauschteilchen übertragen werden. Die Gravitation ist einfach so, wie sie gerade ist.

Und um das abgedroschene Gummituchbeispiel zu bemühen: Die Kugel in der Mitte spannt das Tuch, aber bewegen tut sich da gar nichts. (Das Ganze ist natürlich schon deshalb nicht realistisch, weil es im realen Universum nicht nur eine Zusammenballung von Materie gibt. Selbst in diesem Beispiel krümmt die kleinere Kugel, die man auf ihre Bahn schickt, das Tuch selber.) Wenn du nun die große Kugel in der Mitte entfernst, aber das Gummituch anderweitig fixierst, ändert sich an der Krümmung nun auch nichts, nicht wahr? Das Tuch bewegt sich einfach nicht. Wenn du die Kugel dagegen plötzlich entfernst, wird es sich bewegen, und das entspricht dann den Gravitationswellen. Oder lass die kleine Kugel laufen. Durch die in der Realität so nicht vorhandene Reibung wird sie alsbald mit der großen Kugel zusammenstoßen. Die Krümmung des Tuchs ist danach stärker als zuvor, und es wird ein wenig vibriert haben. Dann kommt es aber wieder zur Ruhe.

Also, die Gravitationswirkung an jedem beliebigen Punkt hängt an der Krümmung, die sich als geometrische Eigenschaft darstellt. Dazu muss nichts übertragen werden, weder lichtschnell noch unterlichtschnell und schon gleich gar nichts überlichtschnell. Die Gravitationsänderung wird dagegen per Gravitationswelle übertragen, und das wahrscheinlich lichtschnell, eventuell aber auch langsamer.

Zitat
Aber sei's drum, kommen wir mal auf das Problem zurück, was der Themenersteller ansprach: die Reichweiter der Gravitation. Was wäre denn eure Meinung, wie groß die Reichweite der Gravitation ist? Und wie drückt man das am besten aus?

Ich würde sagen, dass die Reichweite einerseits unendlich ist, da sie durch nichts abgeschwächt wird. Wenn man die Expansion des Universums aber berücksichtigt und annimmt, dass die Gravitation auch nur mit Lichtgeschwindikeit wirkt, würde die Reichweite doch durch den Hubble-/Schwarzschild - Radius auf 14 / 16 Mrd. Lichtjahre begrenzt sein. Mit welchem Begriff beschreibt man dieses Verhalten (und sei es auf Licht statt auf Gravitation bezogen) am besten?

Die Bezeichnung "durch nichts abgeschwächt" gefällt mir nicht so recht. Schon Newton hat gezeigt, dass sich die Anziehungskraft der Massen abschwächt, und das eben mit dem Quadrat des Abstands. Sie kann natürlich nicht wie etwa der Elektromagnetismus abgeschirmt werden, aber sie wird ständig schwächer und immer schwächer. Die Physiker müssten es vielleicht mal durchrechnen, wie es sich auswirkt, dass sich die Änderungen der Raumkrümmung wegen der überlichtschnellen Ausdehnung des Raumes zwischen zwei hinreichend entfernten Punkten nicht mehr per Gravitationswelle mitteilen kann. Andererseits gibt es für jede Raumkrümmungsanordnung eine, die dieser voran gegangen ist und eine, die ihr folgt. Lokal gewaltige Änderungen dürften auf kosmische Distanzen betrachtet bedeutungslos sein. Eine Supernova, die ein Sternsystem durchwühlt, hat schon kaum noch Auswirkungen auf die Wirkung der Galaxis, in der sie sich befindet, geschweige denn von der lokalen Gruppe, dem Galaxienhaufen, dem Superhaufen oder dem Filamentabschnitt, zumal dann ja auch noch die viel größere Masse der dünn verschmierten Dunklen Materie überwiegt.

Oder mal andersherum gefragt: Wenn du als Beobachter die Gravitationswelle einer tausende bis Milliarden Lichtjahre entfernten Masseverlagerung messen willst (bzw. die dich gar nicht mehr erreichen kann), bis zu welcher Stelle nach dem Komma soll diese noch relevant sein? Tausend? Eine Million? Eine Milliarde? Eine Quadrilliarde?

Offline m.hecht

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #17 am: 08. Juni 2016, 13:55:58 »
Also, die Gravitationswirkung an jedem beliebigen Punkt hängt an der Krümmung, die sich als geometrische Eigenschaft darstellt. Dazu muss nichts übertragen werden, weder lichtschnell noch unterlichtschnell und schon gleich gar nichts überlichtschnell. Die Gravitationsänderung wird dagegen per Gravitationswelle übertragen, und das wahrscheinlich lichtschnell, eventuell aber auch langsamer.

Das entspricht aber nicht dem aktuellen Stand der Physik. Nach dem aktuellen Stand wird bei einer Gravitationswirkung sehr wohl etwas übertragen, genau so wie bei den Gravitationswellen, das postulierte Graviton. Man muss allerdings vorsichtig sein. Zum einen ist das Graviton noch nicht nachgewiesen, zum Anderen handelt es sich immer um Beschreibungsmodelle der Natur. Man läuft in eine Falle, wenn man sich ein Graviton wie ein Punktteilchen vorstellt, dass von einer Masse wegfliegt. Ist bei einem Photon oder Elektron oder anderem Teilchen aber genau so.

Würde die Gravitation aber wirklich instantan (also ohne Zeitverzögerung) übertragen werden, würde dies dem Kausalitätsprinzip widersprechen. Man könnte zwischen Ursache und Wirkung nicht mehr unterscheiden.

Mane



Offline McPhönix

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #18 am: 08. Juni 2016, 14:11:03 »
Man postuliert den Urknall, weil man sonst nicht klar kommt im Gehirnchen, man postuliert schwarze Energie und Materie, weil das prima passen würde, man postuliert schwarze Magie, weil... ach nee sorry, davor schreckt man noch zurück.
Aber was hindert denn daran eine Geschwindigkeit größer als Licht zu postulieren. Es juckt doch in den Fingern, ein Gravitron zu postulieren, also warum nicht gleich mit der Geschwindigkeit 8,756 c ausstatten?
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Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #19 am: 08. Juni 2016, 15:29:08 »
Das entspricht aber nicht dem aktuellen Stand der Physik. Nach dem aktuellen Stand wird bei einer Gravitationswirkung sehr wohl etwas übertragen, genau so wie bei den Gravitationswellen, das postulierte Graviton. Man muss allerdings vorsichtig sein. Zum einen ist das Graviton noch nicht nachgewiesen, zum Anderen handelt es sich immer um Beschreibungsmodelle der Natur. Man läuft in eine Falle, wenn man sich ein Graviton wie ein Punktteilchen vorstellt, dass von einer Masse wegfliegt. Ist bei einem Photon oder Elektron oder anderem Teilchen aber genau so.

Würde die Gravitation aber wirklich instantan (also ohne Zeitverzögerung) übertragen werden, würde dies dem Kausalitätsprinzip widersprechen. Man könnte zwischen Ursache und Wirkung nicht mehr unterscheiden.

Mane

Tatsächlich? Da muss ich wohl wieder das Gegenbeispiel "Schwarzes Loch" hervor kramen. Nach Newton (nicht wirklich geeignete Theorie) ist es sehr schwer und zieht Massen in der Umgebung an, nach Einstein ist es sehr schwer und krümmt den Raum in der Umgebung. Nach meinem Verständnis, so ganz ohne Physik-LK oder -Studium, hatte bereits die Masse, aus der das Schwarze Loch sich gebildet hat, den Raum gekrümmt. Durch die Verdichtung hat diese Krümmung zum Ereignishorizont noch einmal extrem zugenommen. Diese Krümmung ist natürlich nicht so einfach verschwunden, nur weil die sie verursachende Masse in einer uns völlig unzugänglichen Raum-/Zeitblase verschwunden ist, aus der nichts wieder entweichen kann.

Wenn also tatsächlich Gravitation mit Übertragung von Teilchen, Kräften, Information oder was auch immer verbunden ist, wie gelangt das dann aus dem Schwarzen Loch heraus?

Man postuliert den Urknall, weil man sonst nicht klar kommt im Gehirnchen, man postuliert schwarze Energie und Materie, weil das prima passen würde, man postuliert schwarze Magie, weil... ach nee sorry, davor schreckt man noch zurück.
Aber was hindert denn daran eine Geschwindigkeit größer als Licht zu postulieren. Es juckt doch in den Fingern, ein Gravitron zu postulieren, also warum nicht gleich mit der Geschwindigkeit 8,756 c ausstatten?

Entschuldigung, aber haben wir hier jetzt Märchenstunde?  >:(

Die Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit ist gut begründet, die sie enthaltende Theorie wurde niemals widerlegt, hat sich aber in vielen Beobachtungen wieder und wieder bestätigt. Dasselbe gilt für den Urknall. Was die Dunkle Materie und die Dunkle Energie angeht, so sind das die zurzeit plausibelsten Hypothesen. Wenn sie irgendwann widerlegt werden sollten, würde man sie ziemlich schnell fallen lassen und sie wären nur noch ein Kuriosum der Wissenschaftsgeschichte.
« Letzte Änderung: 09. Juni 2016, 08:20:16 von Ruhri »

Offline Prodatron

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #20 am: 08. Juni 2016, 15:30:53 »
@Prodatron: Hast du eine Quelle dafür, "warum" die Gravitationswellen zeigen, dass sich Gravitation mit 'c' bewegt? Ich glaube zwar auch, dass die Gravitation mit 'c' wirkt, weiß aber nicht, wie die Entdeckung der Gravitationswellen das Beweisen kann. Die Wellen sind eine Schwankung des Raumes verursacht durch gravitative Verschiebung, aber es wurde nicht die Gravitation an sich gemessen, oder konnte man das irgendwie ableiten?

Hab nochmal bei Wikipedia nachgeschaut, da steht es ja sogar direkt ganz am Anfang so:
https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationswelle
"Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie breitet sich jegliche Wirkung maximal mit Lichtgeschwindigkeit aus. Auch lokale Änderungen im Gravitationsfeld können sich also nur mit endlicher Geschwindigkeit ausbreiten. Daraus folgerte Albert Einstein 1916 die Existenz von Gravitationswellen. [...] Da sich in der newtonschen Gravitationstheorie Veränderungen der Quellen des Gravitationsfeldes ohne Verzögerung im gesamten Raum auswirken, kennt diese keine Gravitationswellen."

Offline McPhönix

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #21 am: 08. Juni 2016, 16:44:10 »
Man postuliert den Urknall, weil man sonst nicht klar kommt im Gehirnchen, man postuliert schwarze Energie und Materie, weil das prima passen würde, man postuliert schwarze Magie, weil... ach nee sorry, davor schreckt man noch zurück.
Aber was hindert denn daran eine Geschwindigkeit größer als Licht zu postulieren. Es juckt doch in den Fingern, ein Gravitron zu postulieren, also warum nicht gleich mit der Geschwindigkeit 8,756 c ausstatten?

Entschuldigung, aber haben wir hier jetzt Märchenstunde?  >:(

Die Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit ist gut begründet, die sie enthaltene Theorie wurde niemals widerlegt, hat sich aber in vielen Beobachtungen wieder und wieder bestätigt. Dasselbe gilt für den Urknall. Was die Dunkle Materie und die Dunkle Energie angeht, so sind das die zurzeit plausibelsten Hypothesen. Wenn sie irgendwann widerlegt werden sollten, würde man sie ziemlich schnell fallen lassen und sie wären nur noch ein Kuriosum der Wissenschaftsgeschichte.
Die Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit ist begründet für alles, was wir kennen, das zweifle ich ja nicht an. Aber das wollen wir doch mal unterscheiden : Für alles was wir kennen.. Und wenn man immer wieder sagt, daß da im Universum einiges noch nicht erkannt ist, kann man doch nicht behaupten "Aber die Lichtgeschwindigkeit gilt überall", finde ich zumindest. Zu DM und DE sagst Du selbst "zur Zeit plausible Hypothesen". Da kann man alle bislang festgehaltenen menschlichen Maßstäbe schon anlegen? Ja, man tut es, um weiterzukommen und sich daran weiter voranzuarbeiten. Das ist ok. Aber bislang "passendes" festschreiben ?
Wo siehst Du da eine Märchenstunde, ich trenne nur Bekanntes von Möglichem.
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Offline Excalibur

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #22 am: 08. Juni 2016, 17:47:01 »
Hallo Arno,

meinem (sehr beschränkten) Verständnis von Physik nach liegt Ruhri da schon richtig (auch wenn er es etwas harsch formuliert hat). Wer da vielleicht zum Verständnis helfen kann, ist der gute Harald Lesch. Hier mal zwei Folgen mit Relevanz zu Deiner Überlegung:

1. Gibt es Überlichtgeschwindigkeit?


https://www.youtube.com/watch?v=OZtIRZuWHnI

2. Variieren Naturkonstanten?


https://www.youtube.com/watch?v=cVvzZplmGyo

Ich hoffe es hilft ein bisschen  :)

Gruß
Excalibur
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Offline Tobias Kolkmann

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #23 am: 08. Juni 2016, 20:36:50 »
Zitat
Wenn also tatsächlich Gravitation mit Übertragung von Teilchen, Kräften, Information oder was auch immer verbunden ist, wie gelangt das dann aus dem Schwarzen Loch heraus?
Spontan wollte ich hier sagen, dass Gravitation rein additiv wirkt und auch nicht durch Gravitation abgemindert werden, sondern nur verstärkt werden kann. Mit der Vorstellung von Teilchen passt das tatsächlich kaum zusammen. Aber vielleicht
mit der Vorstellung eines Feldes. Bei Magnetfeldern (Bespiel: Stabmagnet) ist es ja auch nicht so, dass sich ein Teilchen vom Nord- zum Südpol bewegt, sondern lediglich das Potenzial.

Andererseits: Die Zeit steht still in einem schwarzen Loch... dann wäre es für alles, was sich nur mit 'c' bewegt unmöglich, das schwarze Loch zu verlassen. Nicht aufgrund der Tatsache, dass das "Graviton" vom Zentrum angezogen wird sondern aufgrund der Tatsache, dass die Zeit still steht und man somit nicht mit endlicher Geschwindigkeit entkommen kann.
Ich denke da schon ne Weile drüber nach und komme auf keine Antwort... irgendwo haben beide Annahmen ihre Berechtigung. Oder kann man sich vorstellen, dass die "Gravitonen" nur an der Oberfläche, dem Ereignishorizont entstehen, aber nicht im Inneren?

Offline Ruhri

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Re: Die Reichweite der Gravitation
« Antwort #24 am: 09. Juni 2016, 09:03:04 »
Gravitation und Elektromagnetismus sind zwei der vier Grundkräfte, aber beim Denken in Analogien kann man sich leicht verrennen. So gibt es keinerlei Hinweise darauf, dass es so etwas wie negative Ladung für Gravitation gäbe, und somit auch keine Möglichkeit, sie abzuschirmen. Die Reichweite der Gravitation ist erheblich größer als die der anderen drei Kräfte, aber dafür ist sie die schwächste von allen. Und irgendwie ist es auch diejenige Kraft, die am schwersten zu fassen ist. Albert Einstein hat sie als geometrische Eigenschaft des Raumes beschrieben, die für jeden "Punkt" im Raum eine Krümmung definiert. Das funktioniert offenkundig sehr gut, erklärt aber natürlich nicht, warum der Raum sich von Massen krümmen lässt. (Und was zum Teufel ist dieser Raum überhaupt?)

Vielleicht passt das Analogon zur Elektromagnetismus aber immerhin trotzdem so gut, dass man von den Effekten der Elektrizität und dem Magnetismus auf die Schwerkraft folgern kann? Statische Magnetfelder erzeugen keine elektrischen Ströme, bewegte dagegen schon, und umgekehrt erzeugen Ströme auch Magnetfelder.

Wenn wir uns so etwas wie einen "gravitationellen Strom" vorstellen, so könnte der nur bei bewegten Massen entstehen. Massen bewegen sich natürlich immer, aber die Physik sagt uns, das beschleunigte Massen Gravitationswellen ausstrahlen, und laut Einstein maximal mit Lichtgeschwindigkeit. Keine Beschleunigung, keine Wellen. Die Gravitation ist aber immer da, weswegen die Gravitationswellen deren Anziehungskräfte nicht übertragen können. Die Physik sagt uns aber auch, dass es diese Kräfte gar nicht gibt, sondern dass Objekte den Geodäten folgen, wie sie durch die vorherrschende Raumkrümmung definiert werden - und die wird eben von Massen aufgespannt.

Übrigens: Die Tatsachen, dass wir uns schwer fühlen und dass wir Dinge greifen können und nicht im Boden versinken, hat alles nichts mit der Gravitation zu tun, sondern nur mit dem Elektromagnetismus. Die äußeren Elektronen der Atome, aus denen wir und alle Materie um uns herum bestehen, interagieren untereinander, und dadurch erst entsteht der Effekt der "Festigkeit". Fallschirmspringer erleben dadurch stark herabgesetzte Schwerkraft, weil sie ihren Geodäten für ein paar Momente zumindest annähern folgen können.

So, und nun noch der Versuch eines Beispiels: Komprimierte Videoformate übertragen nicht Bild für Bild jeden einzelnen Bildpunkt, sondern immer nur die Änderungen. Wenn also ein Bildpunkt für einige Millisekunden bis zu mehreren Sekunden keinerlei Informationen übertragen bekommt, dann ist er deswegen ja nicht weiß oder schwarz oder irgendwie undefiniert, sondern behält seinen letzten Wert. So stelle ich mir das auch mit der Raumkrümmung vor und habe in meinen letzten Beiträgen versucht, euch näher zu bringen. In einem Raumpunkt (oder vielleicht auch Planck-Würfel?) herrscht eine bestimmte Raumkrümmung, die genau so lange bestehen wird, solange nicht durch eine durchziehende Gravitationswelle ein neuer Wert "eingestellt" wird. Theoretisch könnte das unendlich lange sein, nur gibt es mit Sicherheit ständig und überall extrem schwache Gravitationswellen, die daher natürlich kaum Veränderungen übertragen. Und übrigens: Würde unsere Sonne, statt einfach zu verschwinden, zu einem Schwarzen Loch kollabieren (immer noch extrem unwahrscheinlich!), so wäre die neue Raumkrümmung in der Umgebung der Erde trotzdem fast unverändert, und unser Heimatplanet würde die nächsten Jahrmilliarden auf gewohnter Bahn weiter ziehen. Kalt würde es aber wohl werden.

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