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Schwere (Attraktion, universelle Schwerkraft, Schwere) (von lat. Gravitas- „Schwerkraft“) ist die universelle Grundwechselwirkung zwischen allen materiellen Körpern. In der Näherung niedriger Geschwindigkeiten und schwacher Gravitationswechselwirkung wird es durch Newtons Gravitationstheorie beschrieben, im allgemeinen Fall durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Schwere ist die schwächste der vier Arten grundlegender Wechselwirkungen. Im Quantenlimit muss die Gravitationswechselwirkung durch eine noch nicht entwickelte Quantentheorie der Schwerkraft beschrieben werden.

Erdanziehungskraft

Das Gesetz der universellen Gravitation ist eine der Anwendungen des inversen Quadratgesetzes, das auch in der Strahlungsforschung zu finden ist (siehe zum Beispiel Lichtdruck) und eine direkte Folge der quadratischen Vergrößerung der Fläche ist die Kugel mit zunehmendem Radius, was zu einer quadratischen Abnahme des Beitrags jeder Flächeneinheit zur Fläche der gesamten Kugel führt.

Das Gravitationsfeld ist wie das Schwerefeld potentiell. Das bedeutet, dass man die potentielle Energie der Gravitationsanziehung eines Körperpaares einbringen kann und diese Energie sich nicht ändert, nachdem man die Körper entlang einer geschlossenen Schleife bewegt. Die Potentialität des Gravitationsfeldes beinhaltet den Erhaltungssatz der Summe aus kinetischer und potentieller Energie und vereinfacht die Lösung bei der Untersuchung der Bewegung von Körpern in einem Gravitationsfeld oft erheblich. Im Rahmen der Newtonschen Mechanik ist die Gravitationswechselwirkung weitreichend. Das bedeutet, dass unabhängig davon, wie sich ein massiver Körper bewegt, das Gravitationspotential an jedem Punkt im Raum nur von der Position des Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt abhängt.

Große Weltraumobjekte – Planeten, Sterne und Galaxien – haben eine enorme Masse und erzeugen daher erhebliche Gravitationsfelder.

Die Schwerkraft ist die schwächste Wechselwirkung. Da sie jedoch in allen Entfernungen wirkt und alle Massen positiv sind, ist sie dennoch eine sehr wichtige Kraft im Universum. Insbesondere die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Körpern im kosmischen Maßstab ist gering, da die gesamte elektrische Ladung dieser Körper Null ist (Materie als Ganzes ist elektrisch neutral).

Außerdem ist die Wirkung der Schwerkraft im Gegensatz zu anderen Wechselwirkungen universell auf alle Materie und Energie. Es wurden keine Objekte entdeckt, die überhaupt keine Gravitationswechselwirkung haben.

Aufgrund ihrer globalen Natur ist die Schwerkraft für so großräumige Effekte wie die Struktur von Galaxien, Schwarzen Löchern und die Ausdehnung des Universums sowie für elementare astronomische Phänomene – die Umlaufbahnen von Planeten – und für die einfache Anziehungskraft auf die Oberfläche des Universums verantwortlich Die Erde und der Fall der Körper.

Die Schwerkraft war die erste Wechselwirkung, die von der mathematischen Theorie beschrieben wurde. Aristoteles (IV. Jahrhundert v. Chr.) glaubte, dass Objekte mit unterschiedlicher Masse mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fallen. Erst viel später (1589) stellte Galileo Galilei experimentell fest, dass dies nicht der Fall ist – wenn der Luftwiderstand eliminiert wird, beschleunigen alle Körper gleich. Isaac Newtons Gesetz der universellen Gravitation (1687) beschrieb das allgemeine Verhalten der Schwerkraft gut. Im Jahr 1915 entwickelte Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie, die die Schwerkraft anhand der Geometrie der Raumzeit genauer beschreibt.

Himmelsmechanik und einige ihrer Aufgaben

Das einfachste Problem der Himmelsmechanik ist die gravitative Wechselwirkung zweier Punkt- oder Kugelkörper im leeren Raum. Dieses Problem im Rahmen der klassischen Mechanik wird analytisch in geschlossener Form gelöst; Das Ergebnis seiner Lösung wird oft in Form der drei Keplerschen Gesetze formuliert.

Mit zunehmender Anzahl interagierender Körper wird die Aufgabe erheblich komplizierter. Somit kann das bereits bekannte Dreikörperproblem (also die Bewegung dreier Körper mit Massen ungleich Null) nicht in allgemeiner Form analytisch gelöst werden. Bei einer numerischen Lösung kommt es recht schnell zu einer Instabilität der Lösungen relativ zu den Anfangsbedingungen. Auf das Sonnensystem übertragen erlaubt uns diese Instabilität nicht, die Bewegung von Planeten auf Skalen von mehr als hundert Millionen Jahren genau vorherzusagen.

In einigen Sonderfällen ist es möglich, eine Näherungslösung zu finden. Am wichtigsten ist der Fall, wenn die Masse eines Körpers deutlich größer ist als die Masse anderer Körper (Beispiele: das Sonnensystem und die Dynamik der Saturnringe). In diesem Fall können wir in erster Näherung davon ausgehen, dass Lichtkörper nicht miteinander interagieren und sich entlang der Kepler-Trajektorien um den massiven Körper bewegen. Die Wechselwirkungen zwischen ihnen können im Rahmen der Störungstheorie berücksichtigt und über die Zeit gemittelt werden. In diesem Fall können nicht triviale Phänomene wie Resonanzen, Attraktoren, Chaos usw. auftreten. Ein klares Beispiel für solche Phänomene ist die komplexe Struktur der Saturnringe.

Trotz Versuchen, das Verhalten eines Systems aus einer großen Anzahl anziehender Körper ungefähr gleicher Masse genau zu beschreiben, gelingt dies aufgrund des Phänomens des dynamischen Chaos nicht.

Starke Gravitationsfelder

In starken Gravitationsfeldern sowie bei der Bewegung in einem Gravitationsfeld mit relativistischen Geschwindigkeiten beginnen sich die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (GTR) zu zeigen:

• Veränderung der Geometrie der Raumzeit;
  • als Folge davon die Abweichung des Gravitationsgesetzes vom Newtonschen Gesetz;
  • und in extremen Fällen – die Entstehung von Schwarzen Löchern;
• Verzögerung von Potentialen, die mit der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gravitationsstörungen verbunden sind;
  • als Folge das Auftreten von Gravitationswellen;
• Nichtlinearitätseffekte: Die Schwerkraft neigt dazu, mit sich selbst zu interagieren, sodass das Prinzip der Überlagerung in starken Feldern nicht mehr gilt.

Gravitationsstrahlung

Eine der wichtigsten Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitationsstrahlung, deren Vorhandensein durch direkte Beobachtungen im Jahr 2015 bestätigt wurde. Zuvor gab es jedoch starke indirekte Beweise für seine Existenz, nämlich Energieverluste in engen Doppelsystemen mit kompakten gravitierenden Objekten (wie Neutronensternen oder Schwarzen Löchern), insbesondere im berühmten System PSR B1913+16 (Hals-Pulsar). - Taylor) - stimmen gut mit dem allgemeinen Relativitätsmodell überein, in dem diese Energie genau durch Gravitationsstrahlung abtransportiert wird.

Gravitationsstrahlung kann nur von Systemen mit variablen Quadrupol- oder höheren Multipolmomenten erzeugt werden. Diese Tatsache legt nahe, dass die Gravitationsstrahlung der meisten natürlichen Quellen gerichtet ist, was ihre Erkennung erheblich erschwert. Schwerkraftkraft N-Feldquelle ist proportional texvc Nicht gefunden; Siehe Mathe/README für Setup-Hilfe.): (v/c)^(2n + 2), wenn der Multipol vom elektrischen Typ ist, und Der Ausdruck (ausführbare Datei) kann nicht analysiert werden texvc Nicht gefunden; Siehe Mathe/README für Setup-Hilfe.): (v/c)^(2n + 4)- wenn der Multipol magnetisch ist, wo v ist die charakteristische Bewegungsgeschwindigkeit von Quellen im Strahlungssystem und C- Lichtgeschwindigkeit. Das dominierende Moment ist also das Quadrupolmoment vom elektrischen Typ, und die Leistung der entsprechenden Strahlung ist gleich:

Der Ausdruck (ausführbare Datei) kann nicht analysiert werden texvc Nicht gefunden; Hilfe zur Einrichtung finden Sie in Mathe/README.): L = \frac(1)(5)\frac(G)(c^5)\left\langle \frac(d^3 Q_(ij))(dt^ 3 ) \frac(d^3 Q^(ij))(dt^3)\right\rangle,

Wo Der Ausdruck (ausführbare Datei) kann nicht analysiert werden texvc Nicht gefunden; Siehe Mathe/README – Hilfe bei der Einrichtung.): Q_(ij)- Quadrupolmomenttensor der Massenverteilung des strahlenden Systems. Konstante Der Ausdruck (ausführbare Datei) kann nicht analysiert werden texvc Nicht gefunden; Siehe Mathe/README für Setup-Hilfe.): \frac(G)(c^5) = 2,76 \times 10^(-53)(1/W) ermöglicht es uns, die Größenordnung der Strahlungsleistung abzuschätzen.

Subtile Auswirkungen der Schwerkraft

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Messung der Raumkrümmung in der Erdumlaufbahn (Künstlerzeichnung)

Zusätzlich zu den klassischen Effekten der Gravitationsanziehung und der Zeitdilatation sagt die Allgemeine Relativitätstheorie die Existenz anderer Erscheinungsformen der Schwerkraft voraus, die unter terrestrischen Bedingungen sehr schwach sind und deren Entdeckung und experimentelle Überprüfung daher sehr schwierig sind. Bis vor Kurzem schien die Überwindung dieser Schwierigkeiten über die Fähigkeiten von Experimentatoren hinauszugehen.

Darunter sind insbesondere der Widerstand von Trägheitsbezugssystemen (oder der Lense-Thirring-Effekt) und das gravitomagnetische Feld zu nennen. Im Jahr 2005 führte die robotische Gravity Probe B der NASA ein beispielloses Präzisionsexperiment durch, um diese Effekte in der Nähe der Erde zu messen. Die Verarbeitung der erhaltenen Daten wurde bis Mai 2011 durchgeführt und bestätigte die Existenz und das Ausmaß der Auswirkungen der geodätischen Präzession und des Widerstands von Trägheitsreferenzsystemen, allerdings mit einer etwas geringeren Genauigkeit als ursprünglich angenommen.

Nach intensiver Arbeit zur Analyse und Extraktion des Messrauschens wurden die endgültigen Ergebnisse der Mission am 4. Mai 2011 auf einer Pressekonferenz im NASA-TV bekannt gegeben und in Physical Review Letters veröffentlicht. Der gemessene Wert der geodätischen Präzession betrug −6601,8 ± 18,3 Millisekunden Bögen pro Jahr und der Mitnahmeeffekt - −37,2 ± 7,2 Millisekunden Bögen pro Jahr (vergleiche mit theoretischen Werten von −6606,1 mas/Jahr und −39,2 mas/Jahr).

Klassische Theorien der Schwerkraft

Siehe auch: Theorien der Schwerkraft

Aufgrund der Tatsache, dass Quanteneffekte der Schwerkraft selbst unter extremsten Beobachtungsbedingungen äußerst gering sind, gibt es noch keine zuverlässigen Beobachtungen darüber. Theoretische Schätzungen zeigen, dass man sich in den allermeisten Fällen auf die klassische Beschreibung der Gravitationswechselwirkung beschränken kann.

Es gibt eine moderne kanonische klassische Theorie der Schwerkraft – die allgemeine Relativitätstheorie – und viele klärende Hypothesen und Theorien unterschiedlichen Entwicklungsgrades, die miteinander konkurrieren. Alle diese Theorien treffen innerhalb der Näherung, mit der derzeit experimentelle Tests durchgeführt werden, sehr ähnliche Vorhersagen. Im Folgenden sind einige grundlegende, am weitesten entwickelte oder bekannteste Theorien der Schwerkraft aufgeführt.

Allgemeine Relativitätstheorie

Im Standardansatz der Allgemeinen Relativitätstheorie (GTR) wird die Schwerkraft zunächst nicht als Kraftwechselwirkung betrachtet, sondern als Manifestation der Krümmung der Raumzeit. So wird in der Allgemeinen Relativitätstheorie die Schwerkraft als geometrischer Effekt interpretiert und die Raumzeit im Rahmen der nichteuklidischen Riemannschen (genauer gesagt pseudo-Riemannschen) Geometrie betrachtet. Das Gravitationsfeld (eine Verallgemeinerung des Newtonschen Gravitationspotentials), manchmal auch Gravitationsfeld genannt, wird in der Allgemeinen Relativitätstheorie mit dem metrischen Tensorfeld – der Metrik der vierdimensionalen Raumzeit, und der Stärke des Gravitationsfeldes – identifiziert die durch die Metrik bestimmte affine Konnektivität der Raumzeit.

Die Standardaufgabe der Allgemeinen Relativitätstheorie besteht darin, aus der bekannten Verteilung der Energie-Impuls-Quellen im betrachteten vierdimensionalen Koordinatensystem die Komponenten des metrischen Tensors zu bestimmen, die zusammen die geometrischen Eigenschaften der Raumzeit definieren. Die Kenntnis der Metrik ermöglicht wiederum die Berechnung der Bewegung von Testteilchen, was der Kenntnis der Eigenschaften des Gravitationsfelds in einem bestimmten System entspricht. Aufgrund der Tensornatur der allgemeinen Relativitätsgleichungen sowie der standardmäßigen fundamentalen Begründung für ihre Formulierung wird angenommen, dass die Schwerkraft ebenfalls Tensornatur ist. Eine Konsequenz daraus ist, dass die Gravitationsstrahlung mindestens der Quadrupolordnung angehören muss.

Es ist bekannt, dass es in der Allgemeinen Relativitätstheorie aufgrund der Nichtinvarianz der Energie des Gravitationsfeldes Schwierigkeiten gibt, da diese Energie nicht durch einen Tensor beschrieben wird und theoretisch auf unterschiedliche Weise bestimmt werden kann. Auch in der klassischen Allgemeinen Relativitätstheorie stellt sich das Problem der Beschreibung der Spin-Bahn-Wechselwirkung (da auch der Spin eines ausgedehnten Objekts keine eindeutige Definition hat). Es wird angenommen, dass es gewisse Probleme mit der Eindeutigkeit der Ergebnisse und der Begründung der Konsistenz gibt (das Problem der Gravitationssingularitäten).

Allerdings wurde die Allgemeine Relativitätstheorie bis vor kurzem (2012) experimentell bestätigt. Darüber hinaus führen viele alternative Ansätze zu Einsteins, aber Standardansätzen für die moderne Physik, zur Formulierung der Gravitationstheorie zu einem Ergebnis, das mit der Allgemeinen Relativitätstheorie in der Niedrigenergienäherung übereinstimmt, die als einzige derzeit einer experimentellen Überprüfung zugänglich ist.

Einstein-Cartan-Theorie

Eine ähnliche Aufteilung der Gleichungen in zwei Klassen findet auch im RTG statt, wo die zweite Tensorgleichung eingeführt wird, um den Zusammenhang zwischen nichteuklidischem Raum und Minkowski-Raum zu berücksichtigen. Dank des Vorhandenseins eines dimensionslosen Parameters in der Jordan-Brans-Dicke-Theorie wird es möglich, ihn so zu wählen, dass die Ergebnisse der Theorie mit den Ergebnissen von Gravitationsexperimenten übereinstimmen. Da der Parameter gegen Unendlich tendiert, nähern sich die Vorhersagen der Theorie außerdem immer mehr der allgemeinen Relativitätstheorie an, so dass es unmöglich ist, die Jordan-Brans-Dicke-Theorie durch ein Experiment zu widerlegen, das die allgemeine Relativitätstheorie bestätigt.

Quantentheorie der Schwerkraft

Trotz mehr als einem halben Jahrhundert an Versuchen ist die Schwerkraft die einzige fundamentale Wechselwirkung, für die noch keine allgemein anerkannte konsistente Quantentheorie aufgestellt wurde. Bei niedrigen Energien kann man sich die Gravitationswechselwirkung im Sinne der Quantenfeldtheorie als einen Austausch von Gravitonen – Spin-2-Eichbosonen – vorstellen. Die resultierende Theorie ist jedoch nicht renormierbar und wird daher als unbefriedigend angesehen.

In den letzten Jahrzehnten wurden drei vielversprechende Ansätze zur Lösung des Problems der Quantisierung der Schwerkraft entwickelt: Stringtheorie, Schleifenquantengravitation und kausale dynamische Triangulation[[K:Wikipedia:Artikel ohne Quellen (Land: Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]][[K:Wikipedia:Artikel ohne Quellen (Land: Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]] [ ] .

Stringtheorie

Darin erscheinen anstelle von Teilchen und Hintergrundraumzeit Strings und ihre mehrdimensionalen Analoga – Branes. Bei hochdimensionalen Problemen handelt es sich bei Branes um hochdimensionale Teilchen, allerdings aus der Sicht bewegter Teilchen innen Diese Branen sind Raum-Zeit-Strukturen. Eine Variante der Stringtheorie ist die M-Theorie.

Schleifenquantengravitation

Es wird versucht, eine Quantenfeldtheorie ohne Rücksicht auf den Raum-Zeit-Hintergrund zu formulieren; nach dieser Theorie bestehen Raum und Zeit aus diskreten Teilen. Diese kleinen Quantenzellen des Raumes sind auf eine bestimmte Weise miteinander verbunden, so dass sie auf kleinen Zeit- und Längenskalen eine bunte, diskrete Struktur des Raumes bilden und sich auf großen Skalen sanft in eine kontinuierliche, glatte Raumzeit verwandeln. Während viele kosmologische Modelle nur das Verhalten des Universums ab der Planck-Zeit nach dem Urknall beschreiben können, kann die Schleifenquantengravitation den Explosionsprozess selbst beschreiben und sogar noch weiter zurückblicken. Die Schleifenquantengravitation ermöglicht es uns, alle Teilchen des Standardmodells zu beschreiben, ohne dass zur Erklärung ihrer Massen das Higgs-Boson eingeführt werden muss.

Kausale dynamische Triangulation

Darin wird die Raum-Zeit-Mannigfaltigkeit aus elementaren euklidischen Simplexen (Dreieck, Tetraeder, Pentachore) mit Dimensionen in der Größenordnung der Planckschen Dimensionen unter Berücksichtigung des Kausalitätsprinzips konstruiert. Die Vierdimensionalität und die pseudoeuklidische Natur der Raumzeit auf makroskopischen Skalen werden darin nicht postuliert, sondern sind eine Konsequenz der Theorie.

: Falsches oder fehlendes Bild

In diesem Abschnitt sind nicht genügend Informationen vorhanden. Allgemeine Relativitätstheorie - Mathematische Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie - Hamiltons Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie Prinzipien Geometrodynamik ( Englisch)

Klassisch Relativistisch

Semiklassische Schwerkraft ( Englisch) Kausale dynamische Triangulation ( Englisch) Wheeler-DeWitt-Gleichung ( Englisch) „Du glaubst nicht an Gott, mein Lieber? …“ Der traurige Mann, der aufmerksam meiner „emotional empörten“ Rede zuhörte, war überrascht. – Ich habe ihn noch nicht gefunden... Aber wenn er wirklich existiert, dann muss er freundlich sein. Und aus irgendeinem Grund haben viele Menschen Angst vor ihm, sie haben Angst vor ihm ... An unserer Schule sagt man: „Ein Mann klingt stolz!“ Wie kann ein Mensch stolz sein, wenn er ständig von Angst befallen ist?!... Und es gibt zu viele verschiedene Götter – jedes Land hat seine eigenen. Und jeder versucht zu beweisen, dass seines das Beste ist... Nein, ich verstehe immer noch nicht viel... Aber wie kann man an etwas glauben, ohne es zu verstehen?... In unserer Schule wird gelehrt, dass es nach dem Tod nichts mehr gibt ... Aber wie kann ich das glauben, wenn ich etwas völlig anderes sehe? ... Ich denke, blinder Glaube tötet einfach die Hoffnung in den Menschen und verstärkt die Angst. Wenn sie wüssten, was wirklich passiert, würden sie sich viel vorsichtiger verhalten ... Es wäre ihnen egal, was nach ihrem Tod als nächstes passiert. Sie würden wissen, dass sie wieder leben würden, und sie müssten sich für die Art und Weise, wie sie lebten, verantworten. Nur nicht vor dem „schrecklichen Gott“ natürlich... Sondern vor dir selbst. Und niemand wird kommen, um für seine Sünden zu büßen, sondern er wird für seine Sünden selbst büßen müssen ... Ich wollte jemandem davon erzählen, aber niemand wollte mir zuhören. „Es ist wahrscheinlich für alle viel bequemer, so zu leben … Und wahrscheinlich auch einfacher“, beendete ich schließlich meine „tödlich lange“ Rede. Ich war plötzlich sehr traurig. Irgendwie schaffte es dieser Mann, mich dazu zu bringen, darüber zu reden, was an mir innerlich „nagte“, seit ich die Welt der Toten zum ersten Mal „berührt“ hatte, und in meiner Naivität dachte ich, die Leute müssten es „einfach erzählen, und Sie werden sofort glauben und sogar glücklich sein!... Und natürlich werden sie sofort nur Gutes tun wollen...“ Wie naiv muss man als Kind sein, damit solch ein dummer und unmöglicher Traum in seinem Herzen geboren wird?!! Die Menschen möchten nicht wissen, dass es „da draußen“ noch etwas anderes gibt – nach dem Tod. Denn wenn Sie das zugeben, bedeutet das, dass sie für alles, was sie getan haben, zur Rechenschaft gezogen werden müssen. Aber genau das will niemand... Menschen sind wie Kinder, aus irgendeinem Grund sind sie sicher, dass ihnen nichts Schlimmes passieren wird, wenn sie die Augen schließen und nichts sehen... Oder sie schieben alles auf die starken Schultern derselbe Gott, der all ihre Sünden für sie „sühnen“ wird, und dann wird alles gut... Aber ist das wirklich richtig?... Ich war gerade einmal ein zehnjähriges Mädchen, aber selbst damals war vieles nicht der Fall passte in meinen Kopf. mein einfacher, „kindischer“ logischer Rahmen. In dem Buch über Gott (der Bibel) heißt es zum Beispiel, dass Stolz eine große Sünde sei, und derselbe Christus (der Menschensohn!!!) sagt, dass er mit seinem Tod „alle Sünden von …“ sühnen werde „Mann“... Was für einen Stolz musste man haben, um sich mit der gesamten Menschheit insgesamt gleichzusetzen?!. Und was für ein Mensch würde es wagen, so etwas über sich selbst zu denken? ... Sohn Gottes? Oder der Menschensohn? ... Und die Kirchen?! ... Eine schöner als die andere. Es ist, als hätten sich die antiken Architekten beim Bau des Hauses Gottes sehr viel Mühe gegeben, sich gegenseitig zu „übertreffen“ ... Ja, Kirchen sind wirklich unglaublich schön, wie Museen. Jedes von ihnen ist ein echtes Kunstwerk... Aber wenn ich es richtig verstanden habe, ging ein Mensch in die Kirche, um mit Gott zu sprechen, oder? Wie könnte er ihn in diesem Fall in all dem atemberaubenden, auffälligen Goldluxus finden, der mich zum Beispiel nicht nur nicht dazu veranlasste, mein Herz zu öffnen, sondern es im Gegenteil so schnell wie möglich zu schließen? um nicht selbst denselben blutenden, fast nackten, brutal gefolterten Gott zu sehen, gekreuzigt inmitten all des glänzenden, funkelnden, zermalmenden Goldes, als würden die Menschen seinen Tod feiern und nicht glauben und sich nicht über seinen freuen Leben... Selbst auf Friedhöfen pflanzen wir alle lebende Blumen, damit sie uns an das Leben derselben Toten erinnern. Warum habe ich also in keiner Kirche eine Statue des lebendigen Christus gesehen, zu der ich beten, mit ihm sprechen und meine Seele öffnen konnte? Und bedeutet das Haus Gottes nur seinen Tod? .. Einmal fragte ich den Priester, warum wir nicht zum lebendigen Gott beten? Er sah mich an, als wäre ich eine lästige Fliege, und sagte: „Dies geschieht, damit wir nicht vergessen, dass er (Gott) sein Leben für uns gegeben hat, um unsere Sünden zu sühnen, und jetzt müssen wir immer daran denken, dass wir nicht ihm gehören.“ „würdig (?!) und ihre Sünden so weit wie möglich zu bereuen“... Aber wenn er sie bereits erlöst hat, was sollten wir dann bereuen?... Und wenn wir bereuen müssen, bedeutet das all diese Sühne? ist eine Lüge? Der Priester wurde sehr wütend und sagte, dass ich ketzerische Gedanken hätte und dass ich dafür büßen sollte, indem ich zwanzig Mal am Abend (!) „Vater unser“ lese... Kommentare sind meiner Meinung nach unnötig... Ich konnte sehr, sehr lange weitermachen, da mich das alles damals sehr irritierte und ich tausende Fragen hatte, auf die mir niemand Antworten gab, sondern mir nur riet, einfach zu „glauben“, was ich nie tun würde Was ich in meinem Leben nicht tun konnte, denn bevor ich glaubte, musste ich verstehen, warum, und wenn in diesem „Glauben“ keine Logik steckte, dann hieß es für mich „in einem schwarzen Raum nach einer schwarzen Katze suchen“. und solch ein Glaube war weder mein Herz noch meine Seele, die er brauchte. Und nicht, weil ich (wie mir einige sagten) eine „dunkle“ Seele hatte, die Gott nicht brauchte ... Im Gegenteil, ich denke, dass meine Seele hell genug war, um zu verstehen und zu akzeptieren, aber es gab nichts zu akzeptieren ... Und was wäre zu erklären, wenn Menschen selbst ihren Gott töteten und dann plötzlich entschieden, dass es „richtiger“ sei, ihn anzubeten? Meiner Meinung nach wäre es also besser, nicht zu töten, sondern zu versuchen, daraus zu lernen Ihn so weit wie möglich zu bringen, wenn er wirklich ein echter Gott wäre ... Aus irgendeinem Grund fühlte ich mich damals unseren „alten Göttern“ viel näher, deren geschnitzte Statuen in unserer Stadt und in ganz Litauen aufgestellt wurden . Das waren lustige und warme, fröhliche und wütende, traurige und strenge Götter, die nicht so unverständlich „tragisch“ waren wie derselbe Christus, für den sie unglaublich teure Kirchen bauten, als ob sie wirklich versuchten, einige Sünden zu sühnen ... „Alte“ litauische Götter in meiner Heimatstadt Alytus, gemütlich und herzlich, wie eine einfache, freundliche Familie ... Diese Götter erinnerten mich an freundliche Figuren aus Märchen, die unseren Eltern ein wenig ähnelten – sie waren freundlich und liebevoll, konnten uns aber bei Bedarf hart bestrafen, wenn wir zu ungezogen waren. Sie waren unserer Seele viel näher als dieser unfassbare, ferne und so furchtbar von Menschenhand verlorene Gott ... Ich bitte die Gläubigen, nicht empört zu sein, wenn sie Zeilen mit meinen damaligen Gedanken lesen. Das war damals, und ich suchte, wie alles andere auch, in demselben Glauben nach der Wahrheit meiner Kindheit. Deshalb kann ich darüber nur über meine Ansichten und Konzepte streiten, die ich jetzt habe und die viel später in diesem Buch vorgestellt werden. Mittlerweile war es eine Zeit des „anhaltenden Suchens“, und es fiel mir nicht so leicht... „Du bist ein seltsames Mädchen…“, flüsterte der traurige Fremde nachdenklich. - Ich bin nicht seltsam - ich lebe einfach. Aber ich lebe zwischen zwei Welten – der Lebenden und der Toten ... Und ich kann sehen, was viele leider nicht sehen. Das ist wahrscheinlich der Grund, warum mir niemand glaubt ... Aber alles wäre so viel einfacher, wenn die Leute zumindest eine Minute lang zuhören und nachdenken würden, auch wenn sie nicht glauben ... Aber ich denke, wenn das irgendwann einmal passiert, dann ist es ganz sicher so wird heute nicht passieren... Und heute muss ich damit leben... „Es tut mir so leid, Schatz…“, flüsterte der Mann. „Und wissen Sie, es gibt hier viele Leute wie mich.“ Es gibt Tausende von ihnen hier... Sie wären wahrscheinlich daran interessiert, mit ihnen zu sprechen. Es gibt sogar echte Helden, nicht wie mich. Davon gibt es hier viele... Plötzlich verspürte ich den wilden Wunsch, diesem traurigen, einsamen Mann zu helfen. Es stimmt, ich hatte absolut keine Ahnung, was ich für ihn tun könnte. „Möchten Sie, dass wir für Sie eine andere Welt erschaffen, während Sie hier sind?“, fragte Stella plötzlich. Es war eine großartige Idee und ich schämte mich ein wenig, dass sie mir nicht zuerst in den Sinn gekommen war. Stella war eine wundervolle Person und irgendwie fand sie immer etwas Schönes, das anderen Freude bereiten konnte. – Was für eine „andere Welt“? … – der Mann war überrascht. - Aber schau... - und in seiner dunklen, düsteren Höhle schien plötzlich ein helles, freudiges Licht!.. - Wie gefällt dir dieses Haus? Die Augen unseres „traurigen“ Freundes leuchteten glücklich. Er sah sich verwirrt um und verstand nicht, was hier passiert war ... Und in seiner unheimlichen, dunklen Höhle schien die Sonne jetzt fröhlich und hell, üppiges Grün duftete, Vogelgezwitscher ertönte und es roch erstaunlich nach blühenden Blumen. .. Und in seiner hinteren Ecke plätscherte ein Bach fröhlich und spritzte Tropfen reinsten, frischesten, kristallklaren Wassers ... - Bitte schön! Wie Sie möchten? – fragte Stella fröhlich. Der Mann, völlig verblüfft von dem, was er sah, sagte kein Wort, sondern blickte nur auf all diese Schönheit mit vor Überraschung geweiteten Augen, in denen zitternde Tropfen „glücklicher“ Tränen wie reine Diamanten glänzten ... „Herr, es ist so lange her, seit ich die Sonne gesehen habe!“, flüsterte er leise. -Wer bist du, Mädchen? - Oh, ich bin nur ein Mensch. Das Gleiche wie du – tot. Aber hier ist sie, wie Sie bereits wissen, lebendig. Wir gehen hier manchmal zusammen spazieren. Und wir helfen natürlich, wenn wir können. Es war klar, dass das Baby mit der erzielten Wirkung zufrieden war und buchstäblich mit dem Wunsch herumzappelte, sie zu verlängern ... - Magst du es wirklich? Möchten Sie, dass das so bleibt? Der Mann nickte nur, unfähig, ein Wort herauszubringen. Ich habe nicht einmal versucht, mir vorzustellen, welches Glück er nach dem schwarzen Horror, in dem er sich so lange jeden Tag befand, erlebt haben musste! „Danke, Schatz…“, flüsterte der Mann leise. - Sag mir einfach, wie kann das so bleiben? - Oh, es ist einfach! Deine Welt wird nur hier sein, in dieser Höhle, und niemand außer dir wird sie sehen. Und wenn du nicht von hier weggehst, wird er für immer bei dir bleiben. Nun, ich komme zu Ihnen, um nachzusehen... Mein Name ist Stella. - Ich weiß nicht, was ich dazu sagen soll ... Ich verdiene es nicht. Das ist wahrscheinlich falsch ... Mein Name ist Luminary. Ja, er hat bisher nicht viel „Licht“ gebracht, wie Sie sehen können ... - Oh, vergiss es, bring mir noch mehr! – Es war klar, dass das kleine Mädchen sehr stolz auf das war, was sie getan hatte, und vor Freude platzte. „Danke, meine Lieben…“ Die Koryphäe saß mit stolz gesenktem Kopf da und begann plötzlich wie ein Kind zu weinen … „Nun, was ist mit anderen, denen es genauso geht?…“, flüsterte ich leise in Stellas Ohr. – Davon müssen es viele sein, oder? Was tun mit ihnen? Schließlich ist es nicht fair, einem zu helfen. Und wer hat uns das Recht gegeben zu beurteilen, wer von ihnen einer solchen Hilfe würdig ist? Stellinos Gesicht runzelte sofort die Stirn ... – Ich weiß es nicht... Aber ich weiß mit Sicherheit, dass das richtig ist. Wenn es falsch wäre, hätten wir es nicht geschafft. Hier gibt es unterschiedliche Gesetze... Plötzlich dämmerte es mir: - Moment mal, was ist mit unserem Harold?!. Immerhin war er ein Ritter, was bedeutet, dass er auch getötet hat? Wie hat er es geschafft, dort im „obersten Stockwerk“ zu bleiben? „Er hat für alles bezahlt, was er getan hat ... Ich habe ihn danach gefragt – er hat sehr teuer bezahlt ...“, antwortete Stella ernst und runzelte komisch die Stirn. - Womit hast du bezahlt? - Ich habe es nicht verstanden. „Die Essenz…“, flüsterte das kleine Mädchen traurig. „Er hat einen Teil seines Wesens für das, was er in seinem Leben getan hat, aufgegeben.“ Aber seine Essenz war sehr hoch, so dass er, selbst nachdem er einen Teil davon abgegeben hatte, immer noch „an der Spitze“ bleiben konnte. Aber das können nur sehr wenige Menschen, nur wirklich hochentwickelte Wesenheiten. Normalerweise verlieren Menschen zu viel und landen am Ende viel niedriger als ursprünglich. Wie strahlend... Es war erstaunlich... Das bedeutet, dass die Menschen, nachdem sie etwas Schlimmes auf der Erde getan hatten, einen Teil von sich selbst verloren (oder besser gesagt, einen Teil ihres evolutionären Potenzials), und selbst dabei mussten sie immer noch in diesem albtraumhaften Horror verharren, der war genannt - „unteres“ Astral... Ja, für Fehler musste man tatsächlich teuer bezahlen... „So, jetzt können wir gehen“, zwitscherte das kleine Mädchen und wedelte zufrieden mit der Hand. - Auf Wiedersehen, Koryphäe! Ich werde zu Dir kommen! Wir gingen weiter, und unser neuer Freund saß immer noch da, erstarrt vor unerwartetem Glück, saugte gierig die Wärme und Schönheit der von Stella geschaffenen Welt auf und tauchte so tief in sie ein, wie es ein Sterbender tun würde, und saugte das Leben auf, das plötzlich zurückgekehrt war zu ihm... . „Ja, das stimmt, du hattest absolut recht!“, sagte ich nachdenklich. Stella strahlte. In höchster „Regenbogen“-Stimmung hatten wir uns gerade den Bergen zugewandt, als plötzlich ein riesiges Wesen mit stacheligen Krallen aus den Wolken auftauchte und direkt auf uns zustürmte ... - Seien Sie vorsichtig! – Stela quietschte, und ich schaffte es gerade noch, zwei Reihen messerscharfer Zähne zu sehen, und nach einem heftigen Schlag in den Rücken rollte ich Hals über Kopf zu Boden ... Von dem wilden Entsetzen, das uns erfasste, rasten wir wie Kugeln durch ein weites Tal und dachten nicht einmal daran, dass wir schnell in eine andere „Etage“ gehen könnten... Wir hatten einfach keine Zeit, darüber nachzudenken – wir hatten zu viel Angst. Die Kreatur flog direkt über uns und klickte laut mit ihrem klaffenden, zahnigen Schnabel, und wir rannten so schnell wir konnten, spritzten abscheuliche, schleimige Spritzer an die Seiten und beteten im Geiste, dass sich dieser gruselige „Wundervogel“ plötzlich für etwas anderes interessieren würde ... Es Man spürte, dass sie viel schneller war und wir einfach keine Chance hatten, uns von ihr zu lösen. Glücklicherweise wuchs in der Nähe kein einziger Baum, es gab keine Büsche oder Steine, hinter denen man sich verstecken konnte, nur in der Ferne war ein bedrohlicher schwarzer Felsen zu sehen. - Dort! – schrie Stella und zeigte mit dem Finger auf denselben Felsen. Doch plötzlich und unerwartet tauchte von irgendwoher direkt vor uns ein Wesen auf, dessen Anblick uns buchstäblich das Blut in den Adern gefrieren ließ... Es wirkte wie „aus dem Nichts“ und war wirklich furchteinflößend… Das Der riesige schwarze Kadaver war vollständig mit langen, groben Haaren bedeckt, was ihn wie einen Bären mit dickem Bauch aussehen ließ, nur war dieser „Bär“ so groß wie ein dreistöckiges Haus ... Der klobige Kopf des Monsters war mit zwei riesigen, gebogenen „gekrönt“. Hörner, und das unheimliche Maul war mit einem Paar unglaublich langer, messerscharfer Reißzähne verziert, bei deren bloßem Anblick unsere Beine vor Schreck nachgaben ... Und dann, was uns unglaublich überraschte, sprang das Monster mühelos auf und. .. hob den fliegenden „Dreck“ mit einem seiner riesigen Reißzähne auf... Wir erstarrten vor Schock. - Lass uns rennen!!! – Stella quietschte. – Lass uns rennen, während er „beschäftigt“ ist!.. Und wir waren bereit, wieder zu eilen, ohne zurückzublicken, als plötzlich eine dünne Stimme hinter unserem Rücken ertönte: - Mädchen, warte!!! Kein Grund wegzulaufen! Dean hat dich gerettet, er ist kein Feind! Wir drehten uns scharf um – ein kleines, sehr schönes, schwarzäugiges Mädchen stand hinter uns... und streichelte ruhig das Monster, das sich ihr genähert hatte!... Unsere Augen weiteten sich vor Überraschung... Es war unglaublich! Gewiss – es war ein Tag voller Überraschungen! Das Mädchen, das uns ansah, lächelte freundlich und hatte überhaupt keine Angst vor dem pelzigen Monster, das neben uns stand. - Bitte haben Sie keine Angst vor ihm. Er ist sehr nett. Wir sahen, dass Ovara dich verfolgte und beschlossen, zu helfen. Dean war großartig, er hat es pünktlich geschafft. Wirklich? „Gut“ schnurrte, was wie ein leichtes Erdbeben klang, und beugte den Kopf und leckte das Gesicht des Mädchens. – Wer ist Owara und warum hat sie uns angegriffen? - Ich fragte. „Sie greift jeden an, sie ist ein Raubtier.“ Und sehr gefährlich“, antwortete das Mädchen ruhig. – Darf ich fragen, was Sie hier machen? Ihr seid nicht von hier, Mädels? - Nein, nicht von hier. Wir gingen einfach spazieren. Aber die gleiche Frage für Sie: Was machen Sie hier? „Ich gehe zu meiner Mutter…“ Das kleine Mädchen wurde traurig. „Wir sind zusammen gestorben, aber aus irgendeinem Grund ist sie hier gelandet.“ Und jetzt lebe ich hier, aber ich sage ihr das nicht, weil sie damit nie einverstanden sein wird. Sie denkt, ich komme einfach... – Ist es nicht besser, einfach zu kommen? Es ist so schrecklich hier!.. – Stella zuckte mit den Schultern. „Ich kann sie hier nicht alleine lassen, ich beobachte sie, damit ihr nichts passiert.“ Und hier ist Dean bei mir... Er hilft mir. Ich konnte es einfach nicht glauben ... Dieses kleine, mutige Mädchen verließ freiwillig ihre schöne und freundliche „Etage“, um in dieser kalten, schrecklichen und fremden Welt zu leben und ihre Mutter zu beschützen, die in irgendeiner Weise sehr „schuldig“ war! Ich glaube nicht, dass es viele Menschen gibt, die so mutig und selbstlos sind (sogar Erwachsene!), die es wagen würden, eine solche Leistung zu wagen ... Und ich dachte sofort: Vielleicht hat sie einfach nicht verstanden, wozu sie sich selbst verurteilen würde ?! – Wie lange bist du schon hier, Mädchen, wenn es kein Geheimnis ist? „Kürzlich…“, antwortete das schwarzäugige Baby traurig und zupfte mit den Fingern an einer schwarzen Locke ihres lockigen Haares. – Ich befand mich in einer so schönen Welt, als ich starb! Er war so freundlich und klug! Und dann sah ich, dass meine Mutter nicht bei mir war und beeilte mich, nach ihr zu suchen. Am Anfang war es so gruselig! Aus irgendeinem Grund war sie nirgends zu finden... Und dann fiel ich in diese schreckliche Welt... Und dann fand ich sie. Ich hatte hier solche Angst ... So einsam ... Mama sagte mir, ich solle gehen, sie schimpfte sogar mit mir. Aber ich kann sie nicht verlassen ... Jetzt habe ich einen Freund, meinen guten Dekan, und ich kann hier schon irgendwie existieren. Ihr „guter Freund“ knurrte erneut, was Stella und mir eine gewaltige „untere astrale“ Gänsehaut bescherte... Nachdem ich mich gefasst hatte, versuchte ich mich ein wenig zu beruhigen und begann, dieses pelzige Wunder genauer unter die Lupe zu nehmen... Und er, Er spürte sofort, dass er bemerkt wurde, und entblößte furchtbar sein mit Reißzähnen versehenes Maul ... Ich sprang zurück. - Oh, hab bitte keine Angst! „Er lächelt dich an“, beruhigte das Mädchen. Ja... Von so einem Lächeln wirst du lernen, schnell davonzulaufen... - dachte ich mir. - Wie kam es, dass du dich mit ihm angefreundet hast? – fragte Stella. – Als ich zum ersten Mal hierher kam, hatte ich große Angst, besonders als heute Monster wie du angegriffen wurden. Und dann, eines Tages, als ich fast gestorben wäre, rettete Dean mich vor einer ganzen Horde unheimlicher fliegender „Vögel“. Ich hatte auch zuerst Angst vor ihm, aber dann wurde mir klar, was für ein Herz aus Gold er hat ... Er ist der beste Freund! So etwas hatte ich noch nie, nicht einmal als ich auf der Erde lebte. - Wie hast du dich so schnell daran gewöhnt? Sein Aussehen ist, sagen wir mal, nicht ganz vertraut... – Und hier habe ich eine ganz einfache Wahrheit verstanden, die ich aus irgendeinem Grund auf der Erde nicht bemerkt habe: Das Aussehen spielt keine Rolle, ob eine Person oder ein Lebewesen ein gutes Herz hat... Meine Mutter war sehr schön, aber manchmal war sie sehr wütend zu. Und dann verschwand all ihre Schönheit irgendwo ... Und Dean ist, obwohl er beängstigend ist, immer sehr freundlich und beschützt mich immer, ich spüre seine Freundlichkeit und habe vor nichts Angst. Aber an das Aussehen kann man sich gewöhnen... – Wissen Sie, dass Sie noch sehr lange hier bleiben werden, viel länger als Menschen auf der Erde leben? Willst du wirklich hier bleiben? „Meine Mutter ist hier, also muss ich ihr helfen.“ Und wenn sie „geht“, um wieder auf der Erde zu leben, werde auch ich gehen... dorthin, wo es mehr Gutes gibt. In dieser schrecklichen Welt sind die Menschen sehr seltsam – als ob sie überhaupt nicht leben würden. Warum so? Weißt du etwas darüber? – Wer hat dir gesagt, dass deine Mutter weggehen würde, um wieder zu leben? – Stella wurde interessiert. - Dean, natürlich. Er weiß viel, er lebt schon sehr lange hier. Er sagte auch, dass unsere Familien anders sein werden, wenn wir (meine Mutter und ich) wieder leben. Und dann werde ich diese Mutter nicht mehr haben... Deshalb möchte ich jetzt bei ihr sein. - Wie reden Sie mit ihm, Ihrem Dekan? – fragte Stella. – Und warum verrätst du uns nicht deinen Namen? Aber es stimmt – wir kannten ihren Namen immer noch nicht! Und sie wussten auch nicht, wo sie herkam ... – Mein Name war Maria... Aber spielt das hier wirklich eine Rolle? - Sicherlich! – Stella lachte. - Wie kann ich mit Ihnen kommunizieren? Wenn du gehst, bekommst du einen neuen Namen, aber während du hier bist, musst du mit dem alten leben. Hast du hier noch mit irgendjemandem gesprochen, Mädchen Maria? – Fragte Stella und sprang aus Gewohnheit von Thema zu Thema. „Ja, ich habe geredet…“, sagte das kleine Mädchen zögernd. „Aber sie sind hier so seltsam.“ Und so unglücklich... Warum sind sie so unglücklich? – Fördert das, was Sie hier sehen, das Glück? – Ich war überrascht von ihrer Frage. – Schon die örtliche „Realität“ selbst macht alle Hoffnungen schon im Vorfeld zunichte!.. Wie kann man hier glücklich sein? - Weiß nicht. Wenn ich bei meiner Mutter bin, kommt es mir so vor, als könnte ich hier auch glücklich sein... Stimmt, es ist hier sehr gruselig und ihr gefällt es hier wirklich nicht... Als ich das sagte, stimmte ich zu, bei ihr zu bleiben Sie schrie mich an und sagte, ich sei ihr „hirnloses Unglück“... Aber ich bin nicht beleidigt... Ich weiß, dass sie nur Angst hat. Genau wie ich... – Vielleicht wollte sie Sie nur vor Ihrer „extremen“ Entscheidung schützen und wollte nur, dass Sie in Ihre „Etage“ zurückkehren? – Fragte Stella vorsichtig, um nicht zu beleidigen. – Nein, natürlich... Aber danke für die guten Worte. Mama hat mich oft nicht besonders gut beschimpft, selbst auf der Erde... Aber ich weiß, dass das nicht aus Wut geschah. Sie war einfach unglücklich darüber, dass ich geboren wurde, und sagte mir oft, dass ich ihr Leben ruiniert hätte. Aber es war nicht meine Schuld, oder? Ich habe immer versucht, sie glücklich zu machen, aber aus irgendeinem Grund war ich nicht sehr erfolgreich ... Und ich hatte nie einen Vater. – Maria war sehr traurig und ihre Stimme zitterte, als würde sie gleich weinen.

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SCHWERKRAFT (SCHWERKRAFT), die Eigenschaft der Materie, die besagt, dass zwischen zwei beliebigen Teilchen Anziehungskräfte bestehen. Die Schwerkraft ist eine universelle Wechselwirkung, die das gesamte beobachtbare Universum abdeckt und daher universell genannt wird. Wie wir später sehen werden, spielt die Schwerkraft eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Struktur aller astronomischen Körper im Universum, mit Ausnahme der kleinsten. Es organisiert astronomische Körper in Systemen wie unserem Sonnensystem oder der Milchstraße und liegt der Struktur des Universums selbst zugrunde.

Unter „Schwerkraft“ versteht man üblicherweise die Kraft, die durch die Schwerkraft eines massiven Körpers entsteht, und unter „Erdbeschleunigung“ wird die durch diese Kraft erzeugte Beschleunigung verstanden. (Das Wort „massiv“ wird hier im Sinne von „Masse haben“ verwendet, der betreffende Körper muss jedoch nicht unbedingt eine sehr große Masse haben.) In einem noch engeren Sinne bezieht sich die Erdbeschleunigung auf die Beschleunigung von ein frei fallender Körper (ohne Berücksichtigung des Luftwiderstands) auf der Erdoberfläche. Da sich in diesem Fall das gesamte System „Erde plus fallender Körper“ dreht, kommen Trägheitskräfte ins Spiel. Die Zentrifugalkraft wirkt der Schwerkraft entgegen und verringert das effektive Gewicht des Körpers um einen kleinen, aber messbaren Betrag. An den Polen, durch die die Rotationsachse der Erde verläuft, sinkt dieser Effekt auf Null und erreicht am Äquator, wo die Erdoberfläche den größten Abstand von der Rotationsachse hat, ein Maximum. In jedem lokal durchgeführten Experiment ist die Wirkung dieser Kraft nicht von der wahren Schwerkraft zu unterscheiden. Daher bedeutet der Ausdruck „Schwerkraft auf der Erdoberfläche“ normalerweise die kombinierte Wirkung der wahren Schwerkraft und der Zentrifugalreaktion. Es ist sinnvoll, den Begriff „Schwerkraft“ auf andere Himmelskörper auszudehnen und beispielsweise „Schwerkraft auf der Oberfläche des Planeten Mars“ zu sagen.

Die Erdbeschleunigung beträgt auf der Erdoberfläche 9,81 m/s 2 . Dies bedeutet, dass jeder frei fallende Körper in der Nähe der Erdoberfläche seine Geschwindigkeit (Beschleunigung) mit jeder Fallsekunde um 9,81 m/s erhöht. Wenn der Körper aus dem Ruhezustand mit dem freien Fall begonnen hat, hat er am Ende der ersten Sekunde eine Geschwindigkeit von 9,81 m/s, am Ende der zweiten eine Geschwindigkeit von 18,62 m/s usw.

Die Schwerkraft als wichtigster Faktor in der Struktur des Universums.

In der Struktur der Welt um uns herum spielt die Schwerkraft eine äußerst wichtige und grundlegende Rolle. Im Vergleich zu den elektrischen Anziehungs- und Abstoßungskräften zwischen zwei geladenen Elementarteilchen ist die Schwerkraft sehr schwach. Das Verhältnis der elektrostatischen Kraft zur Gravitationskraft, die zwischen zwei Elektronen wirkt, beträgt etwa 4H 10 46, d.h. 4 gefolgt von 46 Nullen. Der Grund dafür, dass eine so große Größenlücke nicht bei jedem Schritt im Alltag auftritt, liegt darin, dass der überwiegende Teil der Materie in ihrer gewöhnlichen Form elektrisch nahezu neutral ist, da die Anzahl der positiven und negativen Ladungen in ihrem Volumen gleich ist. Daher haben die enormen elektrischen Kräfte des Volumens einfach keine Möglichkeit, sich voll zu entfalten. Selbst bei solchen „Tricks“ wie dem Anbringen eines ausgefransten Luftballons an der Decke und dem Aufstellen der Haare beim Kämmen an einem trockenen Tag werden die elektrischen Ladungen nur geringfügig getrennt, was jedoch bereits ausreicht, um die Schwerkraft zu überwinden. Die Kraft der Gravitationsanziehung ist so gering, dass ihre Wirkung zwischen Körpern normaler Größe unter Laborbedingungen nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen gemessen werden kann. Beispielsweise beträgt die Anziehungskraft der Schwerkraft zwischen zwei Menschen mit einem Gewicht von 80 kg, die eng mit dem Rücken zueinander stehen, mehrere Zehntel Dyn (weniger als 10 -5 N). Die Messung solch schwacher Kräfte wird durch die Notwendigkeit erschwert, sie vom Hintergrund verschiedener Arten von Fremdkräften zu isolieren, die über die gemessene Kraft hinausgehen können.

Mit zunehmender Masse machen sich die Gravitationseffekte stärker bemerkbar und beginnen schließlich, alle anderen zu dominieren. Stellen wir uns die Bedingungen vor, die auf einem der kleinen Asteroiden des Sonnensystems herrschen – auf einem kugelförmigen Felsblock mit einem Radius von 1 km. Die Schwerkraft auf der Oberfläche eines solchen Asteroiden beträgt 1/15.000 der Schwerkraft auf der Erdoberfläche, wo die Erdbeschleunigung 9,81 m/s 2 beträgt. Eine Masse von einer Tonne auf der Erdoberfläche würde auf der Oberfläche eines solchen Asteroiden etwa 50 g wiegen. Die Abhebegeschwindigkeit (mit der der Körper, der sich radial vom Zentrum des Asteroiden bewegt, das von ihm erzeugte Gravitationsfeld überwindet (letzteres) würde nur 1,2 m/s oder 4 km/h (die Geschwindigkeit eines nicht sehr schnell gehenden Fußgängers) betragen, sodass man beim Gehen auf der Oberfläche eines Asteroiden plötzliche Bewegungen vermeiden und die angegebene Geschwindigkeit nicht überschreiten darf Geschwindigkeit, um nicht für immer in den Weltraum zu fliegen. Die Rolle der Selbstgravitation nimmt zu, je mehr wir uns zu immer größeren Körpern bewegen – der Erde, großen Planeten wie Jupiter und schließlich zu Sternen wie der Sonne. Somit erhält die Eigengravitation die Kugelform des flüssigen Kerns der Erde und des diesen Kern umgebenden festen Mantels sowie der Erdatmosphäre aufrecht. Intermolekulare Kohäsionskräfte, die feste und flüssige Teilchen zusammenhalten, sind im kosmischen Maßstab nicht mehr wirksam, und nur die Eigengravitation ermöglicht die Existenz so riesiger Gasbälle wie Sterne als Ganzes. Ohne die Schwerkraft würden diese Körper einfach nicht existieren, ebenso wie es keine Welten gäbe, die für das Leben geeignet wären.

Bei noch größeren Maßstäben organisiert die Schwerkraft einzelne Himmelskörper zu Systemen. Die Größe solcher Systeme variiert – von relativ kleinen (aus astronomischer Sicht) und einfachen Systemen wie dem Erde-Mond-System, dem Sonnensystem und Doppel- oder Mehrfachsternen bis hin zu großen Sternhaufen mit Hunderttausenden Sternen. Das „Leben“ oder die Entwicklung eines einzelnen Sternhaufens kann als Balanceakt zwischen der gegenseitigen Divergenz der Sterne und der Schwerkraft betrachtet werden, die dazu neigt, den Sternhaufen als Ganzes zusammenzuhalten. Von Zeit zu Zeit erhält ein Stern, der sich in Richtung anderer Sterne bewegt, von ihnen Impuls und Geschwindigkeit, wodurch er aus dem Sternhaufen herausfliegen und ihn für immer verlassen kann. Die verbleibenden Sterne bilden einen noch engeren Sternhaufen, und die Schwerkraft bindet sie noch fester als zuvor. Die Schwerkraft trägt auch dazu bei, Gas- und Staubwolken im Weltraum zusammenzuhalten und komprimiert sie manchmal sogar zu kompakten und mehr oder weniger kugelförmigen Materieklumpen. Die dunklen Silhouetten vieler dieser Objekte sind vor dem helleren Hintergrund der Milchstraße zu erkennen. Wenn die Masse eines solchen Objekts groß genug ist, erreicht der Druck in seiner Tiefe nach der heute anerkannten Theorie der Sternentstehung ein Niveau, bei dem Kernreaktionen möglich werden und sich ein dichter Materieklumpen in einen Stern verwandelt. Astronomen konnten Bilder erhalten, die die Entstehung von Sternen an Orten im Weltraum bestätigen, an denen zuvor nur Materiewolken beobachtet wurden, was für die bestehende Theorie zeugt.

Die Schwerkraft spielt in allen Theorien über den Ursprung, die Entwicklung und die Struktur des Universums als Ganzes eine entscheidende Rolle. Fast alle basieren auf der Allgemeinen Relativitätstheorie. In dieser von Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelten Theorie wird die Schwerkraft als eine Eigenschaft der vierdimensionalen Geometrie der Raumzeit betrachtet, als etwas Ähnliches der Krümmung einer Kugeloberfläche, verallgemeinert auf eine größere Anzahl von Dimensionen . Die „Krümmung“ der Raumzeit hängt eng mit der Verteilung der Materie darin zusammen.

Alle kosmologischen Theorien akzeptieren, dass die Schwerkraft eine Eigenschaft jeder Art von Materie ist und sich überall im Universum manifestiert, obwohl keineswegs davon ausgegangen wird, dass die durch die Schwerkraft erzeugten Wirkungen überall gleich sind. Zum Beispiel die Gravitationskonstante G(worüber wir weiter sprechen werden) kann je nach Ort und Zeit variieren, obwohl es noch keine direkten Beobachtungsdaten gibt, die dies bestätigen. Gravitationskonstante G- eine der physikalischen Konstanten unserer Welt, genau wie die Lichtgeschwindigkeit oder die elektrische Ladung eines Elektrons oder Protons. Dank der Genauigkeit, mit der moderne experimentelle Methoden es ermöglichen, diese Konstante zu messen, hängt ihr Wert nicht davon ab, welche Art von Materie die Schwerkraft erzeugt. Nur die Masse zählt. Masse kann auf zwei Arten verstanden werden: als Maß für die Fähigkeit, andere Körper anzuziehen – diese Eigenschaft ist gemeint, wenn von schwerer (schwerer) Masse gesprochen wird – oder als Maß für den Widerstand eines Körpers gegenüber Versuchen, ihn zu beschleunigen (zu setzen). in Bewegung zu setzen, wenn der Körper ruht, anzuhalten, wenn sich der Körper bewegt, oder seine Flugbahn zu ändern) – diese Eigenschaft der Masse ist gemeint, wenn man von träger Masse spricht. Intuitiv scheinen diese beiden Arten von Massen nicht die gleiche Eigenschaft der Materie zu sein, aber die allgemeine Relativitätstheorie postuliert ihre Identität und erstellt auf der Grundlage dieses Postulats ein Bild der Welt.

Die Schwerkraft hat noch eine weitere Funktion; Es scheint keinen vorstellbaren Weg zu geben, die Auswirkungen der Schwerkraft zu beseitigen, außer indem man sich unendlich weit von aller Materie entfernt. Kein bekannter Stoff hat eine negative Masse, d.h. Eigenschaft, von einem Gravitationsfeld abgestoßen zu werden. Sogar Antimaterie (Positronen, Antiprotonen usw.) hat eine positive Masse. Es ist unmöglich, die Schwerkraft mit Hilfe einer Art Schirm wie einem elektrischen Feld zu beseitigen. Bei Mondfinsternissen wird der Mond durch die Erde vor der Anziehungskraft der Sonne „abgeschirmt“, und die Wirkung dieser Abschirmung würde sich von einer Sonnenfinsternis zur nächsten verstärken, was jedoch nicht der Fall ist.

Geschichte der Vorstellungen über die Schwerkraft.

Wie oben gezeigt, ist die Schwerkraft eine der häufigsten Wechselwirkungen von Materie mit Materie und gleichzeitig eine der geheimnisvollsten und rätselhaftesten. Moderne Theorien sind der Erklärung des Phänomens der Schwerkraft nicht wesentlich näher gekommen.

Dennoch war die Schwerkraft schon immer explizit oder implizit mit der Kosmologie verknüpft, so dass beide untrennbar miteinander verbunden sind. Die ersten Kosmologien, wie die von Aristoteles und Ptolemäus, existierten bis ins 18. Jahrhundert. Vor allem dank der Autorität dieser Denker waren sie kaum mehr als eine Systematisierung der naiven Ansichten der Antike. In diesen Kosmologien wurde die Materie in vier Klassen oder „Elemente“ eingeteilt: Erde, Wasser, Luft und Feuer (in der Reihenfolge vom schwersten zum leichtesten). Die Worte „Schwerkraft“ bedeuteten ursprünglich einfach „Schwere“; Objekte, die aus dem Element „Erde“ bestanden, hatten in größerem Maße die Eigenschaft der „Schwere“ als Objekte, die aus anderen Elementen bestanden. Der natürliche Standort schwerer Objekte war der Mittelpunkt der Erde, der als Mittelpunkt des Universums galt. Das Element „Feuer“ war mit der geringsten „Schwere“ ausgestattet; Darüber hinaus war Feuer durch eine Art negative Schwerkraft gekennzeichnet, deren Wirkung sich nicht in der Schwerkraft, sondern in der „Levitation“ manifestierte. Der natürliche Ort für Feuer waren die äußeren Grenzen des irdischen Teils der Welt. Neuere Versionen dieser Theorie postulierten die Existenz einer fünften Entität (der „Quintessenz“, manchmal auch „Äther“ genannt, die frei von den Auswirkungen der Schwerkraft war). Es wurde auch postuliert, dass Himmelskörper aus Quintessenz bestehen. Wenn sich der irdische Körper irgendwie nicht an seinem natürlichen Platz befand, dann versuchte er, durch natürliche Bewegung dorthin zurückzukehren, die für ihn genauso charakteristisch ist, wie ein Tier durch gezielte Bewegung mit Hilfe von Beinen oder Flügeln gekennzeichnet ist. Das oben Gesagte gilt für die Bewegung eines Steins im Raum, einer Blase im Wasser und einer Flamme in der Luft.

Galileo (1564–1642), der die Bewegung von Körpern unter dem Einfluss der Schwerkraft untersuchte, entdeckte, dass die Schwingungsdauer eines Pendels nicht davon abhängt, ob die anfängliche Abweichung des Pendels von der Gleichgewichtsposition groß oder klein war. Galileo stellte außerdem experimentell fest, dass schwere und leichte Körper ohne Luftwiderstand mit der gleichen Beschleunigung zu Boden fallen. (Aristoteles argumentierte, dass schwere Körper schneller fallen als leichte, und je schneller, desto schwerer sie sind.) Schließlich brachte Galilei die Idee der Konstanz der Erdbeschleunigung zum Ausdruck und formulierte Aussagen, die im Wesentlichen die Vorläufer der Newtonschen Gesetze sind der Bewegung. Es war Galilei, der als erster erkannte, dass für einen Körper, auf den keine Kräfte einwirken, eine gleichmäßige lineare Bewegung so natürlich ist wie ein Ruhezustand.

Dem brillanten englischen Mathematiker I. Newton (1643–1727) oblag es, die unterschiedlichen Fragmente zu vereinen und eine logische und konsistente Theorie zu entwickeln. Diese verstreuten Fragmente sind durch die Bemühungen vieler Forscher entstanden. Hier ist die heliozentrische Theorie von Kopernikus, die von Galileo, Kepler und anderen als echtes physikalisches Modell der Welt angesehen wird; und Brahes detaillierte und präzise astronomische Beobachtungen; und der konzentrierte Ausdruck dieser Beobachtungen in Keplers drei Gesetzen der Planetenbewegung; und die von Galileo begonnene Arbeit zur Formulierung der Gesetze der Mechanik auf der Grundlage klar definierter Konzepte sowie Hypothesen und Teillösungen für Probleme, die von Newtons Zeitgenossen wie H. Huygens, R. Hooke und E. Halley gefunden wurden. Um seine großartige Synthese zu erreichen, musste Newton die Schaffung einer neuen Mathematik namens Differential- und Integralrechnung abschließen. Parallel zu Newton arbeitete sein Zeitgenosse G. Leibniz unabhängig an der Entwicklung der Differential- und Integralrechnung.

Obwohl Voltaires Anekdote über einen Apfel, der Newton auf den Kopf fiel, höchstwahrscheinlich unwahr ist, charakterisiert sie dennoch in gewissem Maße die Denkweise, die Newton bei seiner Herangehensweise an das Problem der Schwerkraft an den Tag legte. Newton stellte beharrlich die Frage: „Ist die Kraft, die den Mond auf seiner Umlaufbahn hält, während er sich um die Erde bewegt, dieselbe Kraft, die dafür sorgt, dass Körper auf die Erdoberfläche fallen?“ Wie stark müsste die Schwerkraft der Erde sein, um die Umlaufbahn des Mondes so zu verbiegen, wie sie es tatsächlich tut? Um eine Antwort auf diese Fragen zu finden, musste Newton zunächst den Begriff der Kraft definieren, der auch den Faktor umfasst, der dazu führt, dass ein Körper von seiner ursprünglichen Bewegungsbahn abweicht und nicht nur beschleunigt oder abbremst, wenn er sich nach oben oder unten bewegt . Newton musste außerdem die Größe der Erde und die Entfernung von der Erde zum Mond genau kennen. Er ging davon aus, dass die durch die Schwerkraft erzeugte Anziehungskraft mit zunehmender Entfernung vom anziehenden Körper im umgekehrten Quadrat der Entfernung abnimmt, d. h. wenn die Entfernung zunimmt. Die Wahrheit dieser Schlussfolgerung für Kreisbahnen lässt sich leicht aus den Keplerschen Gesetzen ableiten, ohne auf Differentialrechnung zurückgreifen zu müssen. Als Piccard schließlich in den 1660er Jahren eine geodätische Vermessung der nördlichen Regionen Frankreichs durchführte (eine der ersten geodätischen Vermessungen), konnte er den Wert der Länge eines Breitengrades auf der Erdoberfläche klären, was ihn ausmachte möglich, die Größe der Erde und die Entfernung von der Erde zum Mond genauer zu bestimmen. Picards Messungen stärkten Newtons Überzeugung, dass er auf dem richtigen Weg war. Schließlich veröffentlichte Newton in den Jahren 1686–1687 auf Anfrage der kürzlich gegründeten Royal Society sein berühmtes Werk Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie (Philosophiae naturalis principia mathematica), was die Geburtsstunde der modernen Mechanik markierte. In diesem Werk formulierte Newton sein berühmtes Gesetz der universellen Gravitation; In der modernen algebraischen Schreibweise wird dieses Gesetz durch die Formel ausgedrückt

Wo F– die Anziehungskraft zwischen zwei materiellen Körpern mit Massen M 1 und M 2, a R– der Abstand zwischen diesen Körpern. Koeffizient G wird als Gravitationskonstante bezeichnet. Im metrischen System wird die Masse in Kilogramm, die Entfernung in Metern und die Kraft in Newton und der Gravitationskonstante gemessen G hat die Bedeutung G= 6,67259H 10 –11 m 3 H kg –1 H s –2 . Die Kleinheit der Gravitationskonstante erklärt die Tatsache, dass Gravitationseffekte erst bei einer großen Körpermasse spürbar werden.

Mit den Methoden der mathematischen Analyse zeigte Newton, dass ein kugelförmiger Körper, zum Beispiel der Mond, die Sonne oder ein Planet, auf die gleiche Weise Schwerkraft erzeugt wie ein materieller Punkt, der sich im Zentrum der Kugel befindet und eine äquivalente Masse hat. Die Differential- und Integralrechnung ermöglichte es sowohl Newton selbst als auch seinen Anhängern, neue Problemklassen erfolgreich zu lösen, beispielsweise das umgekehrte Problem der Bestimmung der Kraft aus der ungleichmäßigen oder krummlinigen Bewegung eines Körpers, der sich unter seinem Einfluss bewegt; die Geschwindigkeit und Position eines Körpers zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft vorhersagen, wenn die Kraft als Funktion der Position bekannt ist; Lösen Sie das Problem der Gesamtanziehungskraft eines beliebigen Körpers (nicht unbedingt kugelförmig) an einem bestimmten Punkt im Raum. Neue leistungsstarke mathematische Werkzeuge haben den Weg zur Lösung vieler komplexer, bisher unlösbarer Probleme nicht nur für die Gravitation, sondern auch für andere Bereiche geebnet.

Newton zeigte auch, dass die Erde aufgrund der 24-stündigen Rotation um die eigene Achse keine streng kugelförmige, sondern eine etwas abgeflachte Form haben sollte. Die Auswirkungen von Newtons Forschungen auf diesem Gebiet führen uns in das Gebiet der Gravimetrie, der Wissenschaft, die sich mit der Messung und Interpretation der Schwerkraft auf der Erdoberfläche befasst.

Aktion auf große Distanz.

Allerdings im Newtonschen Anfänge es gibt einen Raum. Tatsache ist, dass Newton, nachdem er die Schwerkraft definiert und einen mathematischen Ausdruck gegeben hatte, der sie beschreibt, nicht erklärt hat, was Schwerkraft ist und wie sie wirkt. Fragen, die seit dem 18. Jahrhundert für viele Kontroversen sorgten und sorgen. Bis vor kurzem lautete die Fragestellung: Wie zieht ein an einem Ort befindlicher Körper (zum Beispiel die Sonne) einen an einem anderen Ort befindlichen Körper (zum Beispiel die Erde) an, wenn zwischen den Körpern keine materielle Verbindung besteht? Wie schnell breiten sich Gravitationseffekte aus? Sofort? Mit Lichtgeschwindigkeit und anderen elektromagnetischen Schwingungen oder mit einer anderen Geschwindigkeit? Newton glaubte nicht an die Möglichkeit einer Aktion aus der Ferne; er führte einfach Berechnungen durch, als ob das Gesetz der umgekehrten Proportionalität zum Quadrat der Entfernung eine akzeptierte Tatsache wäre. Viele, darunter Leibniz, Bischof Berkeley und die Anhänger von Descartes, stimmten der Newtonschen Sichtweise zu, waren jedoch davon überzeugt, dass Phänomene, die im Raum von den Ursachen getrennt sind, die sie verursachen, undenkbar sind ohne eine Art physikalisches vermittelndes Mittel, das die Ursache vervollständigt – und -Wirkungsbeziehung zwischen ihnen.

Später wurden all diese und andere Fragen von ähnlichen Theorien übernommen, die die Ausbreitung des Lichts erklärten. Das leuchtende Medium wurde Äther genannt, und in Anlehnung an frühere Philosophen, insbesondere Descartes, kamen Physiker zu dem Schluss, dass Gravitationskräfte (sowie elektrische und magnetische Kräfte) als eine Art Druck im Äther übertragen werden. Und erst als alle Versuche, eine konsistente Theorie des Äthers zu formulieren, erfolglos blieben, wurde klar, dass der Äther zwar eine Antwort auf die Frage lieferte, wie auf Distanz gehandelt wird, diese Antwort jedoch nicht richtig war.

Feldtheorie und Relativitätstheorie.

Es fiel A. Einstein (1879–1955) zu, verstreute Theoriefragmente zusammenzuführen, den Äther auszutreiben und zu postulieren, dass es in Wirklichkeit weder absoluten Raum noch absolute Zeit gibt, da kein einziges Experiment ihre Existenz bestätigt. In dieser Hinsicht ähnelte seine Rolle der von Newton. Um seine Theorie zu entwickeln, brauchte Einstein, wie einst Newton, eine neue Mathematik – die Tensoranalyse.

Was Einstein gelang, ist in gewisser Weise eine Folge der neuen Denkweise, die sich im Laufe des 19. Jahrhunderts entwickelte. und mit der Entstehung des Feldbegriffs verbunden. Ein Feld in dem Sinne, in dem ein moderner theoretischer Physiker diesen Begriff verwendet, ist ein Bereich eines idealisierten Raums, in dem durch Angabe eines bestimmten Koordinatensystems die Positionen von Punkten zusammen mit einer physikalischen Größe oder einer Menge von Größen, abhängig davon, angegeben werden diese Positionen. Bei der Bewegung von einem Punkt im Raum zu einem anderen, benachbarten Punkt sollte er gleichmäßig (kontinuierlich) abnehmen oder zunehmen und kann sich auch im Laufe der Zeit ändern. Beispielsweise variiert die Geschwindigkeit des Wassers in einem Fluss sowohl mit der Tiefe als auch von Ufer zu Ufer; die Temperatur im Raum ist in der Nähe des Ofens höher; Die Intensität (Helligkeit) der Beleuchtung nimmt mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle ab. Dies sind alles Beispiele für Felder. Physiker betrachten Felder als reale Dinge. Zur Untermauerung ihres Standpunkts berufen sie sich auf das physikalische Argument: Die Wahrnehmung von Licht, Wärme oder elektrischer Ladung sei ebenso real wie die Wahrnehmung eines physischen Objekts, von dessen Existenz jeder mit der Begründung überzeugt ist, dass dies der Fall sei berührt, gefühlt oder gesehen. Darüber hinaus machen Experimente, beispielsweise mit verstreuten Eisenspänen in der Nähe eines Magneten, deren Ausrichtung entlang eines bestimmten Systems gekrümmter Linien das Magnetfeld so direkt spürbar, dass niemand daran zweifeln wird, dass sich überhaupt „etwas“ um den Magneten befindet nachdem die Eisenspäne entfernt wurden. Magnetische „Feldlinien“, wie Faraday sie nannte, bilden ein Magnetfeld.

Bisher haben wir es vermieden, das Gravitationsfeld zu erwähnen. Erdbeschleunigung G Auf der Erdoberfläche, die sich von Punkt zu Punkt der Erdoberfläche verändert und mit der Höhe abnimmt, befindet sich ein solches Feld. Aber der große Fortschritt, den Einstein machte, bestand nicht darin, das Gravitationsfeld unserer Alltagserfahrung zu manipulieren.

Anstatt Fitzgerald und Lorentz zu folgen und die Wechselwirkung zwischen dem allgegenwärtigen Äther und den sich durch ihn bewegenden Maßstäben und Uhren zu berücksichtigen, führte Einstein ein physikalisches Postulat ein, dem jeder Beobachter folgt A Wer die Lichtgeschwindigkeit mit Messstäben und einer Uhr, die er bei sich trägt, misst, kommt immer zum gleichen Ergebnis C= 3H 10 8 m/s, egal wie schnell sich der Beobachter bewegt; die Messstäbe eines anderen Beobachters IN, sich bewegender Relativer A mit Geschwindigkeit v, wird zum Beobachter schauen A um die Zeit reduziert; Beobachteruhr IN wird auf den Beobachter schauen A um ein Vielfaches langsamer gehen; Beziehungen zwischen Beobachtern A Und IN sind genau reziprok, also die Maßstäbe des Beobachters A und seine Uhr wird für den Beobachter sein IN jeweils gleich kürzer und langsamer; Jeder der Beobachter kann sich als bewegungslos betrachten, der andere als bewegt. Eine weitere Konsequenz der partiellen (speziellen) Relativitätstheorie war diese Masse M Körper bewegt sich mit Geschwindigkeit v relativ zum Beobachter, nimmt zu (für den Beobachter) und wird gleich , wo M 0 – Masse desselben Körpers, der sich relativ zum Beobachter sehr langsam bewegt. Die Zunahme der trägen Masse eines sich bewegenden Körpers bedeutete, dass nicht nur die Bewegungsenergie (kinetische Energie), sondern die gesamte Energie eine träge Masse hat und dass, wenn Energie eine träge Masse hat, sie auch eine schwere Masse hat und daher einer trägen Masse unterliegt Gravitationseffekte. Darüber hinaus ist bekannt, dass unter bestimmten Bedingungen in Kernprozessen Masse in Energie umgewandelt werden kann. (Wahrscheinlich wäre es zutreffender, über die Freisetzung von Energie zu sprechen.) Wenn die akzeptierten Annahmen richtig sind (und jetzt haben wir allen Grund für eine solche Zuversicht), dann sind Masse und Energie unterschiedliche Aspekte desselben grundlegenderen Wesens .

Die obige Formel besagt auch, dass sich kein einziger materieller Körper und kein einziges energietragendes Objekt (z. B. eine Welle) relativ zum Beobachter schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann Mit, Weil andernfalls würde eine solche Bewegung unendlich mehr Energie erfordern. Folglich müssen sich Gravitationseffekte mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten (Argumente dafür wurden bereits vor der Entstehung der Relativitätstheorie angeführt). Beispiele für solche Gravitationsphänomene wurden später entdeckt und in die allgemeine Theorie aufgenommen.

Bei gleichförmiger und geradliniger Relativbewegung führen die beobachteten Kontraktionen der Maßstäbe und die Verlangsamung der Uhr zur partiellen Relativitätstheorie. Später wurden die Konzepte dieser Theorie auf beschleunigte Relativbewegungen verallgemeinert, was die Einführung eines weiteren Postulats erforderte – des sogenannten Äquivalenzprinzips, das es ermöglichte, die Schwerkraft in das Modell einzubeziehen, die in der partiellen Relativitätstheorie fehlte.

Man glaubte lange daran und führte Ende des 19. Jahrhunderts sehr sorgfältige Messungen durch. Der ungarische Physiker L. Eötvos bestätigte, dass schwere und träge Massen im Rahmen experimenteller Fehler zahlenmäßig gleich sind. (Denken Sie daran, dass die schwere Masse eines Körpers als Maß für die Kraft dient, mit der dieser Körper andere Körper anzieht, während die träge Masse ein Maß für den Widerstand des Körpers gegenüber Beschleunigung ist.) Gleichzeitig würde die Beschleunigung frei fallender Körper gelten nicht völlig unabhängig von ihrer Masse sein, wenn Trägheit und schwere Körpergewichte nicht absolut gleich wären. Einstein postulierte, dass diese beiden Arten von Massen, die unterschiedlich erscheinen, weil sie in unterschiedlichen Experimenten gemessen werden, tatsächlich dasselbe sind. Daraus folgt sofort, dass es keinen physikalischen Unterschied zwischen der Schwerkraft, die wir an unseren Fußsohlen spüren, und der Trägheitskraft gibt, die uns beim Beschleunigen eines Autos in den Sitz zurückwirft oder uns beim Drücken nach vorne wirft die Bremsen. Stellen wir uns (wie Einstein) gedanklich einen geschlossenen Raum vor, etwa einen Aufzug oder ein Raumschiff, in dem wir die Bewegung von Körpern studieren können. Im Weltraum, in ausreichend großer Entfernung von einem massereichen Stern oder Planeten, damit seine Schwerkraft die Körper in diesem geschlossenen Raum nicht beeinträchtigt, würde jedes aus den Händen gelöste Objekt nicht zu Boden fallen, sondern weiterhin in der Luft schweben Er bewegte sich in die gleiche Richtung, in die er sich bewegte, als er aus seinen Händen befreit wurde. Alle Objekte hätten Masse, aber kein Gewicht. In einem Gravitationsfeld nahe der Erdoberfläche haben Körper sowohl Masse als auch Gewicht. Lässt man sie los, fallen sie zu Boden. Wenn aber beispielsweise der Aufzug frei fallen würde, ohne auf Widerstand zu stoßen, dann würden die Gegenstände im Aufzug für den Beobachter im Aufzug schwerelos erscheinen, und wenn er irgendwelche Gegenstände loslassen würde, würden sie nicht zu Boden fallen. Das Ergebnis wäre das gleiche, als ob alles im Weltraum geschehen würde, fernab von Anziehungskräften, und kein Experiment dem Beobachter zeigen könnte, dass er sich im freien Fall befindet. Wenn der Beobachter aus dem Fenster schaut und die Erde irgendwo weit unter sich sieht, könnte er sagen, dass die Erde auf ihn zurast. Aus der Sicht eines Beobachters auf der Erde fallen jedoch sowohl der Aufzug als auch alle darin befindlichen Objekte gleich schnell, sodass die fallenden Objekte nicht hinter oder vor dem Aufzug zurückbleiben und sich daher nicht seinem Stockwerk nähern, auf das zu Sie fallen.

Stellen wir uns nun ein Raumschiff vor, das von einer Trägerrakete mit immer höherer Geschwindigkeit ins All gehoben wird. Wenn ein Astronaut in einem Raumschiff einen Gegenstand aus seinen Händen lässt, dann bewegt sich der Gegenstand (wie zuvor) mit der Geschwindigkeit, mit der er losgelassen wurde, weiter durch den Raum, da sich aber der Boden des Raumschiffs nun beschleunigt auf den Gegenstand zubewegt, alles wird so aussehen, als ob der Gegenstand fallen würde. Darüber hinaus würde der Astronaut eine auf seine Beine wirkende Kraft spüren und könnte diese als Schwerkraft interpretieren, und kein Experiment, das er in einem aufsteigenden Raumschiff durchführen könnte, würde einer solchen Interpretation widersprechen.

Einsteins Äquivalenzprinzip setzt diese beiden scheinbar völlig unterschiedlichen Situationen einfach gleich und besagt, dass Schwerkraft und Trägheitskräfte dasselbe sind. Der Hauptunterschied besteht darin, dass in einem ausreichend großen Bereich die Trägheitskraft (z. B. die Zentrifugalkraft) durch eine geeignete Transformation des Bezugssystems eliminiert werden kann (z. B. wirkt die Zentrifugalkraft nur in einem rotierenden Koordinatensystem und kann durch eliminiert werden). Bewegen zu einem nicht rotierenden Bezugssystem). Was die Schwerkraft betrifft, so kann man sie nur lokal beseitigen, indem man sich in einen anderen Bezugssystem bewegt (freier Fall). Wenn wir uns die gesamte Erde als Ganzes vorstellen, ziehen wir es vor, sie als bewegungslos zu betrachten, da wir glauben, dass auf Körper auf der Erdoberfläche Gravitationskräfte und nicht Trägheitskräfte einwirken. Andernfalls müssten wir davon ausgehen, dass die Erdoberfläche an allen Punkten nach außen beschleunigt wird und dass die Erde, die sich wie ein aufgeblasener Ballon ausdehnt, auf unsere Fußsohlen drückt. Dieser aus dynamischer Sicht durchaus akzeptable Standpunkt ist aus Sicht der gewöhnlichen Geometrie falsch. Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie sind jedoch beide Standpunkte gleichermaßen akzeptabel.

Die aus der Messung von Längen und Zeitintervallen resultierende Geometrie, die frei von einem beschleunigenden Bezugssystem in ein anderes transformierbar ist, stellt sich als gekrümmte Geometrie heraus, die der Geometrie sphärischer Oberflächen sehr ähnlich ist, jedoch auf den Fall von vier Dimensionen verallgemeinert wird – drei räumlich und einmalig - auf die gleiche Weise wie in der speziellen Relativitätstheorie. Die Krümmung oder Verformung der Raumzeit ist nicht nur eine Redewendung, sondern mehr, da sie durch die Methode zur Messung von Abständen zwischen Punkten und der Dauer von Zeitintervallen zwischen Ereignissen an diesen Punkten bestimmt wird. Dass es sich bei der Krümmung der Raumzeit um einen realen physikalischen Effekt handelt, lässt sich am besten anhand einiger Beispiele demonstrieren.

Nach der Relativitätstheorie wird ein Lichtstrahl, der in der Nähe einer großen Masse vorbeiläuft, gebogen. Dies geschieht beispielsweise, wenn ein Lichtstrahl eines entfernten Sterns nahe am Rand der Sonnenscheibe vorbeizieht. Aber ein gekrümmter Lichtstrahl ist nach wie vor der kürzeste Weg vom Stern zum Auge des Beobachters. Diese Aussage ist in zweierlei Hinsicht wahr. In der traditionellen Schreibweise der relativistischen Mathematik ein gerader Linienabschnitt dS, der zwei benachbarte Punkte trennt, wird mit dem Satz des Pythagoras der gewöhnlichen euklidischen Geometrie berechnet, d. h. nach der Formel dS 2 = dx 2 + dy 2 + dz 2. Ein Punkt im Raum zusammen mit einem Zeitpunkt wird als Ereignis bezeichnet, und der Abstand in der Raumzeit, der zwei Ereignisse trennt, wird als Intervall bezeichnet. Um den Abstand zwischen zwei Ereignissen zu bestimmen, wird die Zeitdimension verwendet T kombiniert mit drei Raumkoordinaten X, j, z auf die folgende Weise. Zeitunterschied zwischen zwei Ereignissen dt in räumliche Distanz umgerechnet Mit H dt multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit Mit(konstant für alle Beobachter). Das erhaltene Ergebnis sollte mit der Lorentz-Transformation kompatibel sein, woraus folgt, dass sich der Maßstab eines bewegten Beobachters zusammenzieht und die Uhr gemäß dem Ausdruck langsamer wird. Die Lorentz-Transformation sollte auch im Grenzfall anwendbar sein, wenn sich der Beobachter mit der Lichtwelle bewegt und seine Uhr angehalten ist (d. h. dt= 0) und er selbst glaubt nicht, dass er sich bewegt (d. h. dS= 0), also

(Intervall) 2 = dS 2 = dx 2 + dy 2 + dz 2 – (C H dt) 2 .

Das Hauptmerkmal dieser Formel besteht darin, dass das Vorzeichen des Zeitterms dem Vorzeichen der räumlichen Terme entgegengesetzt ist. Weiter gilt entlang des Lichtstrahls für alle Beobachter, die sich mit dem Strahl bewegen dS 2 = 0 und nach der Relativitätstheorie hätten alle anderen Beobachter zum gleichen Ergebnis kommen müssen. In diesem ersten (räumlich-zeitlichen) Sinne dS– minimaler Raum-Zeit-Abstand. Aber im zweiten Sinne, denn Licht bewegt sich auf dem Weg, der am wenigsten Zeit benötigt, um sein endgültiges Ziel zu erreichen nach irgendjemandem Stunden sind die Zahlenwerte der räumlichen und zeitlichen Intervalle für den Lichtstrahl minimal.

Alle obigen Überlegungen beziehen sich auf Ereignisse, die nur durch geringe Abstände und Zeiten voneinander getrennt sind; mit anderen Worten, dx, dy, dz Und dt- Kleinmengen. Aber die Ergebnisse lassen sich leicht auf ausgedehnte Trajektorien verallgemeinern, indem man die Methode der Integralrechnung verwendet, deren Kern die Summation all dieser infinitesimalen Intervalle entlang des gesamten Weges von Punkt zu Punkt ist.

Um weiter darüber nachzudenken, stellen wir uns vor, dass die Raumzeit in vierdimensionale Zellen unterteilt ist, so wie eine zweidimensionale Karte in zweidimensionale Quadrate unterteilt ist. Die Seite einer solchen vierdimensionalen Zelle entspricht einer Zeit- oder Entfernungseinheit. In einem feldfreien Raum besteht das Gitter aus geraden Linien, die sich im rechten Winkel schneiden, aber in einem Gravitationsfeld in der Nähe der Masse sind die Gitterlinien gebogen, obwohl sie sich auch im rechten Winkel schneiden, wie Parallelen und Meridiane auf einem Globus. In diesem Fall erscheinen die Gitterlinien nur für einen externen Betrachter gekrümmt, dessen Anzahl an Dimensionen größer ist als die Anzahl der Gitterdimensionen. Wir existieren im dreidimensionalen Raum und wenn wir eine Karte oder ein Diagramm betrachten, können wir es dreidimensional wahrnehmen. Ein in diesem Gitter selbst befindliches Subjekt, zum Beispiel ein mikroskopisch kleines Lebewesen auf einem Globus, das keine Ahnung hat, was oben oder unten ist, kann die Krümmung des Globus nicht direkt wahrnehmen und müsste Messungen durchführen und sehen, welche Art von Geometrie daraus entsteht Gesamtheit der Ergebnisdimensionen – sei es eine euklidische Geometrie, die einem flachen Blatt Papier entspricht, oder eine gekrümmte Geometrie, die der Oberfläche einer Kugel oder einer anderen gekrümmten Oberfläche entspricht. Ebenso können wir die Krümmung der Raumzeit um uns herum nicht sehen, aber durch die Analyse der Ergebnisse unserer Messungen können wir spezielle geometrische Eigenschaften entdecken, die der realen Krümmung genau ähneln.

Stellen Sie sich nun ein riesiges Dreieck im freien Raum vor, dessen Seiten drei Geraden sind. Wenn eine Masse innerhalb eines solchen Dreiecks platziert wird, dann wird sich der Raum (d. h. das vierdimensionale Koordinatengitter, das seine geometrische Struktur offenbart) leicht aufblähen, so dass die Summe der Innenwinkel des Dreiecks größer wird als ohne Masse. Ebenso können Sie sich einen riesigen Kreis im freien Raum vorstellen, dessen Länge und Durchmesser Sie sehr genau gemessen haben. Sie haben herausgefunden, dass das Verhältnis von Umfang zu Durchmesser gleich der Zahl ist P(wenn der freie Raum euklidisch ist). Platzieren Sie eine große Masse in der Mitte des Kreises und wiederholen Sie die Messungen. Das Verhältnis von Umfang zu Durchmesser wird kleiner P Auch wenn der Maßstab (aus einiger Entfernung betrachtet) sowohl beim Auslegen entlang des Umfangs als auch beim Auslegen entlang des Durchmessers so aussieht, als würde er sich zusammenziehen, ist das Ausmaß der Kontraktionen selbst unterschiedlich.

In der krummlinigen Geometrie wird eine Kurve, die zwei Punkte verbindet und die kürzeste aller Kurven dieser Art ist, als Geodäte bezeichnet. In der vierdimensionalen krummlinigen Geometrie der Allgemeinen Relativitätstheorie bilden die Flugbahnen von Lichtstrahlen eine Klasse von Geodäten. Es stellt sich heraus, dass die Flugbahn eines beliebigen freien Teilchens (das von keiner Kontaktkraft beeinflusst wird) ebenfalls geodätisch ist, jedoch einer allgemeineren Klasse angehört. Beispielsweise bewegt sich ein Planet, der sich frei auf seiner Umlaufbahn um die Sonne bewegt, entlang einer Geodäte auf die gleiche Weise wie der frei fallende Aufzug im zuvor diskutierten Beispiel. Geodäten sind die Raum-Zeit-Äquivalente von geraden Linien in der Newtonschen Mechanik. Körper bewegen sich einfach entlang ihrer natürlichen gekrümmten Bahnen – den Linien des geringsten Widerstands –, so dass es nicht nötig ist, sich auf „Kraft“ zu berufen, um dieses Verhalten des Körpers zu erklären. Körper, die sich auf der Erdoberfläche befinden, unterliegen der Kontaktkraft des direkten Kontakts mit der Erde, und aus dieser Sicht können wir davon ausgehen, dass die Erde sie aus geodätischen Umlaufbahnen verdrängt. Folglich sind die Flugbahnen von Körpern auf der Erdoberfläche nicht geodätisch.

So wurde die Schwerkraft auf eine geometrische Eigenschaft des physikalischen Raums reduziert und das Gravitationsfeld durch ein „metrisches Feld“ ersetzt. Wie andere Felder ist ein metrisches Feld eine Reihe von Zahlen (insgesamt zehn), die von Punkt zu Punkt variieren und zusammen die lokale Geometrie beschreiben. Insbesondere anhand dieser Zahlen lässt sich ermitteln, wie und in welche Richtung das metrische Feld gekrümmt ist.

Konsequenzen aus der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Eine weitere Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie, die sich aus dem Äquivalenzprinzip ergibt, ist die sogenannte gravitative Rotverschiebung, d. h. eine Abnahme der Strahlungsfrequenz, die aus einem Gebiet mit geringerem Gravitationspotential auf uns trifft. Obwohl es in der Literatur zahlreiche Hinweise darauf gibt, dass das rotverschobene Licht von der Oberfläche superdichter Sterne emittiert wurde, gibt es dafür noch immer keine überzeugenden Beweise und die Frage bleibt offen. Der Effekt einer solchen Verschiebung wurde tatsächlich unter Laborbedingungen beobachtet – zwischen der Spitze und der Basis des Turms. Diese Experimente nutzten das Gravitationsfeld der Erde und streng monochromatische Gammastrahlung, die von in einem Kristallgitter gebundenen Atomen emittiert wird (Mößbauer-Effekt). Um dieses Phänomen zu erklären, greift man am einfachsten auf einen hypothetischen Aufzug zurück, bei dem oben eine Lichtquelle und unten ein Empfänger angebracht ist oder umgekehrt. Die beobachtete Verschiebung stimmt genau mit der Doppler-Verschiebung überein, die der zusätzlichen Geschwindigkeit des Empfängers im Moment des Eintreffens des Signals im Vergleich zur Geschwindigkeit der Quelle im Moment der Signalaussendung entspricht. Diese zusätzliche Geschwindigkeit ist auf die Beschleunigung während der Signalübertragung zurückzuführen.

Eine weitere, fast sofort akzeptierte Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie betrifft die Bewegung des Planeten Merkur um die Sonne (und in geringerem Maße die Bewegung anderer Planeten). Perihel der Merkurbahn, d.h. Der Punkt seiner Umlaufbahn, an dem der Planet der Sonne am nächsten ist, verschiebt sich um 574I pro Jahrhundert und vollendet in 226.000 Jahren eine vollständige Umdrehung. Die Newtonsche Mechanik konnte unter Berücksichtigung der Gravitationswirkung aller bekannten Planeten die Perihelverschiebung um nur 532І pro Jahrhundert erklären. Der Unterschied von 42 Bogensekunden ist zwar klein, aber immer noch viel größer als jeder mögliche Fehler und beschäftigt Astronomen seit fast einem Jahrhundert. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat diesen Effekt fast genau vorhergesagt.

Wiederbelebung von Machs Ansichten über Trägheit.

E. Mach (1838–1916) stellte sich wie Newtons jüngerer Zeitgenosse Berkeley immer wieder die Frage: „Was erklärt Trägheit?“ Warum kommt es zu einer Zentrifugalreaktion, wenn ein Körper rotiert?“ Auf der Suche nach einer Antwort auf diese Fragen schlug Mach vor, dass die Trägheit auf die Gravitationskohärenz des Universums zurückzuführen sei. Jedes Materieteilchen ist mit allen anderen Materien im Universum durch Gravitationsbindungen verbunden, deren Intensität proportional zu seiner Masse ist. Wenn daher eine auf ein Teilchen ausgeübte Kraft es beschleunigt, widerstehen die Gravitationsbindungen des gesamten Universums dieser Kraft und erzeugen eine Trägheitskraft gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde die von Mach aufgeworfene Frage wiederbelebt und erhielt eine neue Wendung: Wenn es weder absolute Bewegung noch absolute lineare Beschleunigung gibt, ist es dann möglich, die absolute Rotation auszuschließen? Der Sachverhalt ist so, dass die Drehung relativ zur Außenwelt in einem isolierten Labor ohne direkten Bezug zur Außenwelt nachgewiesen werden kann. Dies kann durch Zentrifugalkräfte (die die Wasseroberfläche in einem rotierenden Eimer zwingen, eine konkave Form anzunehmen) und Corioliskräfte (die eine scheinbare Krümmung der Flugbahn des Körpers in einem rotierenden Koordinatensystem erzeugen) erreicht werden. Stellen Sie sich natürlich einen kleinen rotierenden Körper vor ist unvergleichlich einfacher als ein rotierendes Universum. Aber die Frage ist diese: Wenn der Rest des Universums verschwinden würde, wie könnten wir dann beurteilen, ob ein Körper „absolut“ rotiert? Würde die Oberfläche des Wassers im Eimer konkav bleiben? Würde die Rotation stattfinden? Gewicht erzeugt Spannung im Seil? Mach glaubte, dass die Antworten auf diese Fragen negativ sein müssen. Wenn Schwerkraft und Trägheit miteinander zusammenhängen, würde man erwarten, dass Änderungen in der Dichte oder Verteilung entfernter Materie den Wert der Gravitationskonstante irgendwie beeinflussen würden G. Wenn sich das Universum beispielsweise ausdehnt, dann ist der Wert G sollte sich im Laufe der Zeit langsam ändern. Wertänderung G könnte die Schwingungsperioden des Pendels und den Umlauf der Planeten um die Sonne beeinflussen. Solche Veränderungen können nur durch die Messung von Zeitintervallen mit Atomuhren erkannt werden, deren Ganggeschwindigkeit nicht davon abhängt G.

Messung der Gravitationskonstante.

Experimentelle Bestimmung der Gravitationskonstante G ermöglicht es uns, eine Brücke zwischen den theoretischen und abstrakten Aspekten der Schwerkraft als universeller Eigenschaft der Materie und der eher irdischen Frage ihrer Lokalisierung und Bewertung der Masse der Materie, die Gravitationseffekte erzeugt, zu schlagen. Der letzte Vorgang wird manchmal als Wiegen bezeichnet. Aus theoretischer Sicht haben wir das bereits gesehen G ist eine der Grundkonstanten der Natur und daher von größter Bedeutung für die physikalische Theorie. Aber das Ausmaß G muss auch bekannt sein, wenn wir Materie anhand der von ihr erzeugten Gravitationswirkung erkennen und „wiegen“ wollen.

Nach dem Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation ist die Beschleunigung eines beliebigen Prüfkörpers im Gravitationsfeld eines anderen Körpers mit Masse M ergibt sich aus der Formel G = Gm/R 2 wo R– Abstand vom Körper mit Masse M. Faktoren in astronomischen Bewegungsgleichungen G Und M nur in Form eines Werkes enthalten Gm, sind jedoch niemals separat enthalten. Das bedeutet, dass die Masse M, die Beschleunigung erzeugt, kann nur geschätzt werden, wenn der Wert bekannt ist G. Basierend auf den Massenverhältnissen ist es jedoch möglich, durch Vergleich der von ihnen erzeugten Beschleunigungen die Massen der Planeten und der Sonne in Erdmassen auszudrücken. Tatsächlich erzeugen zwei Körper Beschleunigungen G 1 und G 2, dann ist das Verhältnis ihrer Massen M 1 /M 2 = G 1 R 1 2 /G 2 R 2 2 . Dadurch ist es möglich, die Massen aller Himmelskörper durch die Masse eines ausgewählten Körpers, beispielsweise der Erde, auszudrücken. Dieses Verfahren entspricht der Wahl der Masse der Erde als Massennormal. Um von diesem Verfahren zum Einheitensystem Zentimeter-Gramm-Sekunde überzugehen, müssen Sie die Masse der Erde in Gramm kennen. Wenn es bekannt ist, können wir berechnen G, die Arbeit gefunden zu haben Gm aus jeder Gleichung, die die von der Erde erzeugten Gravitationseffekte beschreibt (zum Beispiel die Bewegung des Mondes oder eines künstlichen Erdtrabanten, die Schwingungen eines Pendels, die Beschleunigung eines Körpers im freien Fall). Und umgekehrt, wenn G kann unabhängig gemessen werden, dann das Produkt Gm, in allen Bewegungsgleichungen von Himmelskörpern enthalten, ergibt die Masse der Erde. Diese Überlegungen ermöglichten eine experimentelle Abschätzung G. Ein Beispiel ist Cavendishs berühmtes Experiment mit Torsionswaagen aus dem Jahr 1798. Die Installation bestand aus zwei kleinen Massen an den Enden einer ausgewogenen Stange, die in der Mitte an einem langen Faden einer Torsionsstabaufhängung befestigt waren. Zwei weitere, größere Massen sind auf einem Drehständer montiert, so dass sie zu den kleinen Massen gebracht werden können. Die Anziehungskraft, die von den größeren Massen auf die kleineren wirkt, ist zwar viel schwächer als die Anziehungskraft einer so großen Masse wie der Erde, dreht aber den Stab, an dem die kleinen Massen befestigt sind, und verdreht den Faden der Aufhängung in einem Winkel, der möglich ist gemessen werden. Indem dann größere Massen auf die kleinere auf der anderen Seite gebracht werden (so dass sich die Anziehungsrichtung ändert), kann die Verschiebung verdoppelt und somit die Genauigkeit der Messung erhöht werden. Der Torsions-E-Modul des Fadens wird als bekannt vorausgesetzt, da er im Labor leicht gemessen werden kann. Daher ist es durch die Messung des Drehwinkels des Fadens möglich, die Anziehungskraft zwischen den Massen zu berechnen.

Literatur:

Fock V.A. Theorie von Raum, Zeit und Schwerkraft. M., 1961
Zeldovich Ya.B., Novikov I.D. Die Theorie der Schwerkraft und die Entwicklung der Sterne. M., 1971
Weiskopf W. Physik im 20. Jahrhundert. M., 1977
Albert Einstein und die Theorie der Schwerkraft. M., 1979



Orff. Schwerkraft, -I Lopatins Rechtschreibwörterbuch

Schwerkraft - -i, vgl. 1. körperlich Gegenseitige Anziehung zwischen Körpern mit Masse; Schwere. Die Schwerkraft. Das Gesetz der universellen Gravitation. 2. Verbindung mit jemandem oder etwas. wie beim Zentrum des Einflusses; Bedürfnis nach Verbindung mit jemandem oder etwas. Wirtschaftliche Anziehungskraft vom Stadtrand zum Zentrum. Kleines wissenschaftliches Wörterbuch

SCHWERKRAFT – SCHWERKRAFT (Schwerkraft – Gravitationswechselwirkung) – universelle Wechselwirkung zwischen allen Arten physikalischer Materie (gewöhnliche Materie, beliebige physikalische Felder). Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Schwerkraft - Substantiv, Anzahl der Synonyme... Wörterbuch der russischen Synonyme

Schwerkraft - SCHWERKRAFT -I; Heiraten 1. Physik. Die Eigenschaft von Körpern und materiellen Teilchen, sich gegenseitig anzuziehen (abhängig von ihrer Masse und dem Abstand zwischen ihnen); Anziehung, Schwerkraft. Die Schwerkraft. Das Gesetz der universellen Gravitation. 2. Anziehung, Verlangen nach jemandem, etwas. Kusnezows erklärendes Wörterbuch

Schwerkraft - Schwerkraft vgl. 1. Die Eigenschaft von Körpern, sich in Abhängigkeit von ihrer Masse und dem Abstand zwischen ihnen gegenseitig anzuziehen; Attraktion. 2. Anziehung, Verlangen nach jemandem oder etwas. 3. Das Bedürfnis nach Verbindung mit jemandem oder etwas. 4. Unterdrückung, überwältigende Gewalt, schmerzhafter Einfluss von jemandem oder etwas. Erklärendes Wörterbuch von Efremova

SCHWERKRAFT – (Schwerkraft, Gravitationswechselwirkung), universelle Wechselwirkung zwischen allen Arten von Materie. Wenn dieser Effekt relativ schwach ist und sich die Körper langsam bewegen (im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit c), dann gilt das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation. Physikalisches enzyklopädisches Wörterbuch

Schwerkraft - SCHWERKRAFT, I, vgl. 1. Die Eigenschaft aller Körper, sich gegenseitig anzuziehen, Anziehung (besonders). Terrestrisches t. Newtons Gesetz der universellen Gravitation. 2. Übertragung an jemanden oder etwas. Anziehung, Verlangen nach jemandem, Bedürfnis nach etwas. T. zur Technik. Sich emotional gegenüber jemandem fühlen. Ozhegovs erklärendes Wörterbuch

Schwerkraft – Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft, Schwerkraft Zaliznyaks Grammatikwörterbuch

Gravitation - SCHWERKRAFT, Gravitation, Plural. nein, vgl. 1. Anziehung; die inhärente Eigenschaft zweier materieller Körper, sich gegenseitig mit einer Kraft anzuziehen, die direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist (physikalisch). Uschakows erklärendes Wörterbuch

Schwerkraft – Newtons Gesetz der universellen Schwerkraft lässt sich wie folgt formulieren: Jedes Atom interagiert mit jedem anderen Atom, wobei die Wechselwirkungskraft (Anziehung) immer entlang einer geraden Linie gerichtet ist, die die Atome verbindet... Enzyklopädisches Wörterbuch von Brockhaus und Efron

Zwischen allen materiellen Körpern. In der Näherung niedriger Geschwindigkeiten und schwacher Gravitationswechselwirkung wird es durch Newtons Gravitationstheorie beschrieben, im allgemeinen Fall durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Im Quantenlimit wird die Gravitationswechselwirkung angeblich durch eine noch nicht entwickelte Quantentheorie der Schwerkraft beschrieben.

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Untertitel

Erdanziehungskraft

Das Gesetz der universellen Gravitation ist eine der Anwendungen des inversen Quadratgesetzes, das auch in der Strahlungsforschung zu finden ist (siehe zum Beispiel Lichtdruck) und eine direkte Folge der quadratischen Vergrößerung der Fläche ist die Kugel mit zunehmendem Radius, was zu einer quadratischen Abnahme des Beitrags jeder Flächeneinheit zur Fläche der gesamten Kugel führt.

Das Gravitationsfeld ist wie das Schwerkraftfeld potentiell. Das bedeutet, dass man die potentielle Energie der Gravitationsanziehung eines Körperpaares einbringen kann und diese Energie sich nicht ändert, nachdem man die Körper entlang einer geschlossenen Schleife bewegt. Die Potentialität des Gravitationsfeldes beinhaltet den Erhaltungssatz der Summe aus kinetischer und potentieller Energie und vereinfacht die Lösung bei der Untersuchung der Bewegung von Körpern in einem Gravitationsfeld oft erheblich. Im Rahmen der Newtonschen Mechanik ist die Gravitationswechselwirkung weitreichend. Das bedeutet, dass unabhängig davon, wie sich ein massiver Körper bewegt, das Gravitationspotential an jedem Punkt im Raum nur von der Position des Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt abhängt.

Große Weltraumobjekte – Planeten, Sterne und Galaxien – haben eine enorme Masse und erzeugen daher erhebliche Gravitationsfelder.

Die Schwerkraft ist die schwächste Wechselwirkung. Da sie jedoch in allen Entfernungen wirkt und alle Massen positiv sind, ist sie dennoch eine sehr wichtige Kraft im Universum. Insbesondere die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Körpern im kosmischen Maßstab ist gering, da die gesamte elektrische Ladung dieser Körper Null ist (Materie als Ganzes ist elektrisch neutral).

Außerdem ist die Wirkung der Schwerkraft im Gegensatz zu anderen Wechselwirkungen universell auf alle Materie und Energie. Es wurden keine Objekte entdeckt, die überhaupt keine Gravitationswechselwirkung haben.

Aufgrund ihrer globalen Natur ist die Schwerkraft für so großräumige Effekte wie die Struktur von Galaxien, Schwarzen Löchern und die Ausdehnung des Universums sowie für elementare astronomische Phänomene – die Umlaufbahnen von Planeten – und für die einfache Anziehungskraft auf die Oberfläche des Universums verantwortlich Die Erde und der Fall der Körper.

Die Schwerkraft war die erste Wechselwirkung, die von der mathematischen Theorie beschrieben wurde. Aristoteles (IV. Jahrhundert v. Chr.) glaubte, dass Objekte mit unterschiedlicher Masse mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fallen. Und erst viel später (1589) stellte Galileo Galilei experimentell fest, dass dies nicht der Fall ist – wenn der Luftwiderstand eliminiert wird, beschleunigen alle Körper gleich. Isaac Newtons Gesetz der universellen Gravitation (1687) beschrieb das allgemeine Verhalten der Schwerkraft gut. Im Jahr 1915 entwickelte Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie, die die Schwerkraft anhand der Geometrie der Raumzeit genauer beschreibt.

Himmelsmechanik und einige ihrer Aufgaben

Das einfachste Problem der Himmelsmechanik ist die gravitative Wechselwirkung zweier Punkt- oder Kugelkörper im leeren Raum. Dieses Problem im Rahmen der klassischen Mechanik wird analytisch in geschlossener Form gelöst; Das Ergebnis seiner Lösung wird oft in Form der drei Keplerschen Gesetze formuliert.

Mit zunehmender Anzahl interagierender Körper wird die Aufgabe erheblich komplizierter. Somit kann das bereits bekannte Dreikörperproblem (also die Bewegung dreier Körper mit Massen ungleich Null) nicht in allgemeiner Form analytisch gelöst werden. Bei einer numerischen Lösung kommt es recht schnell zu einer Instabilität der Lösungen relativ zu den Anfangsbedingungen. Auf das Sonnensystem übertragen erlaubt uns diese Instabilität nicht, die Bewegung von Planeten auf Skalen von mehr als hundert Millionen Jahren genau vorherzusagen.

In einigen Sonderfällen ist es möglich, eine Näherungslösung zu finden. Am wichtigsten ist der Fall, wenn die Masse eines Körpers deutlich größer ist als die Masse anderer Körper (Beispiele: das Sonnensystem und die Dynamik der Saturnringe). In diesem Fall können wir in erster Näherung davon ausgehen, dass Lichtkörper nicht miteinander interagieren und sich entlang der Kepler-Trajektorien um den massiven Körper bewegen. Die Wechselwirkungen zwischen ihnen können im Rahmen der Störungstheorie berücksichtigt und über die Zeit gemittelt werden. In diesem Fall können nicht triviale Phänomene wie Resonanzen, Attraktoren, Chaos usw. auftreten. Ein klares Beispiel für solche Phänomene ist die komplexe Struktur der Saturnringe.

Trotz Versuchen, das Verhalten eines Systems aus einer großen Anzahl anziehender Körper ungefähr gleicher Masse genau zu beschreiben, gelingt dies aufgrund des Phänomens des dynamischen Chaos nicht.

Starke Gravitationsfelder

In starken Gravitationsfeldern sowie bei der Bewegung in einem Gravitationsfeld mit relativistischen Geschwindigkeiten beginnen sich die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (GTR) zu zeigen:

• Veränderung der Geometrie der Raumzeit;
  • als Folge davon die Abweichung des Gravitationsgesetzes vom Newtonschen Gesetz;
  • und in extremen Fällen – die Entstehung von Schwarzen Löchern;
• Verzögerung von Potentialen, die mit der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gravitationsstörungen verbunden sind;
  • als Folge das Auftreten von Gravitationswellen;
• Nichtlinearitätseffekte: Die Schwerkraft neigt dazu, mit sich selbst zu interagieren, sodass das Prinzip der Überlagerung in starken Feldern nicht mehr gilt.

Gravitationsstrahlung

Eine der wichtigsten Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitationsstrahlung, deren Vorhandensein durch direkte Beobachtungen im Jahr 2015 bestätigt wurde. Zuvor gab es jedoch starke indirekte Beweise für seine Existenz, nämlich Energieverluste in engen Doppelsystemen mit kompakten gravitierenden Objekten (wie Neutronensternen oder Schwarzen Löchern), insbesondere im berühmten System PSR B1913+16 (Hals-Pulsar). - Taylor) - stimmen gut mit dem allgemeinen Relativitätsmodell überein, in dem diese Energie genau durch Gravitationsstrahlung abtransportiert wird.

Gravitationsstrahlung kann nur von Systemen mit variablen Quadrupol- oder höheren Multipolmomenten erzeugt werden; diese Tatsache legt nahe, dass die Gravitationsstrahlung der meisten natürlichen Quellen gerichtet ist, was ihre Erkennung erheblich erschwert. Schwerkraftkraft N-Feldquelle ist proportional (v / c) 2 n + 2 (\displaystyle (v/c)^(2n+2)), wenn der Multipol vom elektrischen Typ ist, und (v / c) 2 n + 4 (\displaystyle (v/c)^(2n+4))- wenn der Multipol magnetisch ist, wo v ist die charakteristische Bewegungsgeschwindigkeit von Quellen im Strahlungssystem und C- Lichtgeschwindigkeit. Das dominierende Moment ist also das Quadrupolmoment vom elektrischen Typ, und die Leistung der entsprechenden Strahlung ist gleich:

L = 1 5 G c 5 ⟨ d 3 Q i j d t 3 d 3 Q i j d t 3 ⟩ , (\displaystyle L=(\frac (1)(5))(\frac (G)(c^(5)))\ left\langle (\frac (d^(3)Q_(ij))(dt^(3)))(\frac (d^(3)Q^(ij))(dt^(3)))\right \rangle ,)

Wo Q. ich j (\displaystyle Q_(ij))- Quadrupolmomenttensor der Massenverteilung des strahlenden Systems. Konstante G c 5 = 2,76 × 10 − 53 (\displaystyle (\frac (G)(c^(5)))=2,76\times 10^(-53))(1/W) ermöglicht es uns, die Größenordnung der Strahlungsleistung abzuschätzen.

Seit 1969 (Webers Experimente (Englisch)) wird versucht, Gravitationsstrahlung direkt nachzuweisen. In den USA, Europa und Japan gibt es derzeit mehrere bodengestützte Detektoren (LIGO, VIRGO, TAMA). (Englisch), GEO 600) sowie das WelLISA (Laser Interferometer Space Antenna). Ein bodengestützter Detektor in Russland wird am Dulkyn Scientific Center for Gravitational Wave Research in der Republik Tatarstan entwickelt.

Subtile Auswirkungen der Schwerkraft

Zusätzlich zu den klassischen Effekten der Gravitationsanziehung und der Zeitdilatation sagt die Allgemeine Relativitätstheorie die Existenz anderer Erscheinungsformen der Schwerkraft voraus, die unter terrestrischen Bedingungen sehr schwach sind und deren Entdeckung und experimentelle Überprüfung daher sehr schwierig sind. Bis vor Kurzem schien die Überwindung dieser Schwierigkeiten über die Fähigkeiten von Experimentatoren hinauszugehen.

Darunter sind insbesondere der Widerstand von Trägheitsbezugssystemen (oder der Lense-Thirring-Effekt) und das gravitomagnetische Feld zu nennen. Im Jahr 2005 führte die unbemannte Gravity Probe B der NASA ein beispielloses Präzisionsexperiment durch, um diese Effekte in der Nähe der Erde zu messen. Die Verarbeitung der erhaltenen Daten wurde bis Mai 2011 durchgeführt und bestätigte die Existenz und das Ausmaß der Auswirkungen der geodätischen Präzession und des Widerstands von Trägheitsreferenzsystemen, allerdings mit einer etwas geringeren Genauigkeit als ursprünglich angenommen.

Nach intensiver Arbeit zur Analyse und Extraktion des Messrauschens wurden die endgültigen Ergebnisse der Mission am 4. Mai 2011 auf einer Pressekonferenz im NASA-TV bekannt gegeben und in Physical Review Letters veröffentlicht. Der gemessene Wert der geodätischen Präzession betrug −6601,8 ± 18,3 Millisekunden Bögen pro Jahr und der Mitnahmeeffekt - −37,2 ± 7,2 Millisekunden Bögen pro Jahr (vergleiche mit theoretischen Werten von −6606,1 mas/Jahr und −39,2 mas/Jahr).

Klassische Theorien der Schwerkraft

Aufgrund der Tatsache, dass Quanteneffekte der Schwerkraft selbst unter extremsten Beobachtungsbedingungen äußerst gering sind, gibt es noch keine zuverlässigen Beobachtungen darüber. Theoretische Schätzungen zeigen, dass man sich in den allermeisten Fällen auf die klassische Beschreibung der Gravitationswechselwirkung beschränken kann.

Es gibt eine moderne kanonische klassische Theorie der Schwerkraft – die allgemeine Relativitätstheorie – und viele klärende Hypothesen und Theorien unterschiedlichen Entwicklungsgrades, die miteinander konkurrieren. Alle diese Theorien treffen innerhalb der Näherung, mit der derzeit experimentelle Tests durchgeführt werden, sehr ähnliche Vorhersagen. Im Folgenden sind einige grundlegende, am weitesten entwickelte oder bekannteste Theorien der Schwerkraft aufgeführt.

Allgemeine Relativitätstheorie

Allerdings wurde die Allgemeine Relativitätstheorie bis vor kurzem (2012) experimentell bestätigt. Darüber hinaus führen viele alternative Ansätze zu Einsteins, aber Standardansätzen für die moderne Physik, zur Formulierung der Gravitationstheorie zu einem Ergebnis, das mit der Allgemeinen Relativitätstheorie in der Niedrigenergienäherung übereinstimmt, die als einzige derzeit einer experimentellen Überprüfung zugänglich ist.

Einstein-Cartan-Theorie

Eine ähnliche Aufteilung der Gleichungen in zwei Klassen findet auch im RTG statt, wo die zweite Tensorgleichung eingeführt wird, um den Zusammenhang zwischen nichteuklidischem Raum und Minkowski-Raum zu berücksichtigen. Dank des Vorhandenseins eines dimensionslosen Parameters in der Jordan-Brans-Dicke-Theorie wird es möglich, ihn so zu wählen, dass die Ergebnisse der Theorie mit den Ergebnissen von Gravitationsexperimenten übereinstimmen. Da der Parameter gegen Unendlich tendiert, nähern sich die Vorhersagen der Theorie außerdem immer mehr der allgemeinen Relativitätstheorie an, so dass es unmöglich ist, die Jordan-Brans-Dicke-Theorie durch ein Experiment zu widerlegen, das die allgemeine Relativitätstheorie bestätigt.

Quantentheorie der Schwerkraft

Trotz mehr als einem halben Jahrhundert an Versuchen ist die Schwerkraft die einzige fundamentale Wechselwirkung, für die noch keine allgemein anerkannte konsistente Quantentheorie aufgestellt wurde. Bei niedrigen Energien kann die Gravitationswechselwirkung im Sinne der Quantenfeldtheorie als Austausch von Gravitonen – Spin-2-Eichbosonen – dargestellt werden. Die resultierende Theorie ist jedoch nicht renormierbar und wird daher als unbefriedigend angesehen.

In den letzten Jahrzehnten wurden mehrere vielversprechende Ansätze zur Lösung des Problems der Quantisierung der Schwerkraft entwickelt: Stringtheorie, Schleifenquantengravitation und andere.

Stringtheorie

Darin erscheinen anstelle von Teilchen und Hintergrundraumzeit Strings und ihre mehrdimensionalen Analoga –

Schwere

Schwerkraft (universelle Gravitation, Gravitation)(von lateinisch gravitas – „Schwerkraft“) – eine weitreichende grundlegende Wechselwirkung in der Natur, der alle materiellen Körper unterliegen. Nach modernen Erkenntnissen handelt es sich um eine universelle Wechselwirkung in dem Sinne, dass sie im Gegensatz zu allen anderen Kräften ausnahmslos allen Körpern die gleiche Beschleunigung verleiht, unabhängig von ihrer Masse. Im kosmischen Maßstab spielt vor allem die Schwerkraft eine entscheidende Rolle. Begriff Schwere Wird auch als Name des Zweigs der Physik verwendet, der sich mit der Gravitationswechselwirkung befasst. Die erfolgreichste moderne physikalische Theorie in der klassischen Physik, die die Schwerkraft beschreibt, ist die Allgemeine Relativitätstheorie; die Quantentheorie der Gravitationswechselwirkung wurde noch nicht aufgestellt.

Gravitationswechselwirkung

Die Gravitationswechselwirkung ist eine der vier grundlegenden Wechselwirkungen in unserer Welt. Im Rahmen der klassischen Mechanik wird die Gravitationswechselwirkung beschrieben Gesetz der universellen Gravitation Newton, der die Kraft der Anziehungskraft zwischen zwei materiellen Massenpunkten angibt M 1 und M 2 durch Abstand getrennt R, ist proportional zu beiden Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands – das heißt

.

Hier G- Gravitationskonstante, ungefähr gleich m³/(kg·s²). Das Minuszeichen bedeutet, dass die auf den Körper wirkende Kraft immer gleich der Richtung des auf den Körper gerichteten Radiusvektors ist, d. h. die Gravitationswechselwirkung führt immer zur Anziehung aller Körper.

Das Gesetz der universellen Gravitation ist eine der Anwendungen des umgekehrten Quadratgesetzes, das auch bei der Untersuchung der Strahlung vorkommt (siehe beispielsweise Lichtdruck) und eine direkte Folge der quadratischen Vergrößerung der Fläche ist Kugel mit zunehmendem Radius, was zu einer quadratischen Verringerung des Beitrags jeder Flächeneinheit zur Fläche der gesamten Kugel führt.

Das einfachste Problem der Himmelsmechanik ist die gravitative Wechselwirkung zweier Körper im leeren Raum. Dieses Problem wird bis zum Schluss analytisch gelöst; Das Ergebnis seiner Lösung wird oft in Form der drei Keplerschen Gesetze formuliert.

Mit zunehmender Anzahl interagierender Körper wird die Aufgabe erheblich komplizierter. Somit kann das bereits bekannte Dreikörperproblem (also die Bewegung dreier Körper mit Massen ungleich Null) nicht in allgemeiner Form analytisch gelöst werden. Bei einer numerischen Lösung kommt es recht schnell zu einer Instabilität der Lösungen relativ zu den Anfangsbedingungen. Auf das Sonnensystem übertragen macht es diese Instabilität unmöglich, die Bewegung von Planeten auf Skalen von mehr als hundert Millionen Jahren vorherzusagen.

In einigen Sonderfällen ist es möglich, eine Näherungslösung zu finden. Der wichtigste Fall liegt vor, wenn die Masse eines Körpers deutlich größer ist als die Masse anderer Körper (Beispiele: das Sonnensystem und die Dynamik der Saturnringe). In diesem Fall können wir in erster Näherung davon ausgehen, dass Lichtkörper nicht miteinander interagieren und sich entlang der Kepler-Trajektorien um den massiven Körper bewegen. Die Wechselwirkungen zwischen ihnen können im Rahmen der Störungstheorie berücksichtigt und über die Zeit gemittelt werden. In diesem Fall können nicht triviale Phänomene wie Resonanzen, Attraktoren, Chaos usw. auftreten. Ein klares Beispiel für solche Phänomene ist die nicht triviale Struktur der Saturnringe.

Trotz Versuchen, das Verhalten eines Systems aus einer großen Anzahl anziehender Körper etwa gleicher Masse zu beschreiben, gelingt dies aufgrund des Phänomens des dynamischen Chaos nicht.

Starke Gravitationsfelder

In starken Gravitationsfeldern treten bei Bewegungen mit relativistischen Geschwindigkeiten die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie auf:

• Abweichung des Gravitationsgesetzes vom Newtonschen Gesetz;
• Verzögerung von Potentialen, die mit der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gravitationsstörungen verbunden sind; das Auftreten von Gravitationswellen;
• Nichtlinearitätseffekte: Gravitationswellen neigen dazu, miteinander zu interagieren, sodass das Prinzip der Überlagerung von Wellen in starken Feldern nicht mehr gilt;
• Veränderung der Geometrie der Raumzeit;
• die Entstehung von Schwarzen Löchern;

Gravitationsstrahlung

Eine der wichtigsten Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitationsstrahlung, deren Vorhandensein noch nicht durch direkte Beobachtungen bestätigt wurde. Allerdings gibt es indirekte Beobachtungsbeweise für seine Existenz, nämlich: Energieverluste im Doppelsternsystem mit dem Pulsar PSR B1913+16 – dem Hulse-Taylor-Pulsar – stimmen gut mit einem Modell überein, in dem diese Energie abtransportiert wird Gravitationsstrahlung.

Gravitationsstrahlung kann nur von Systemen mit variablen Quadrupol- oder höheren Multipolmomenten erzeugt werden. Diese Tatsache legt nahe, dass die Gravitationsstrahlung der meisten natürlichen Quellen gerichtet ist, was ihre Erkennung erheblich erschwert. Schwerkraftkraft l-Feldquelle ist proportional (v / C) 2l + 2 , wenn der Multipol vom elektrischen Typ ist, und (v / C) 2l + 4 - wenn der Multipol magnetisch ist, wo v ist die charakteristische Bewegungsgeschwindigkeit von Quellen im Strahlungssystem und C- Lichtgeschwindigkeit. Das dominierende Moment ist also das Quadrupolmoment vom elektrischen Typ, und die Leistung der entsprechenden Strahlung ist gleich:

Wo Q ichJ- Quadrupolmomenttensor der Massenverteilung des strahlenden Systems. Konstante (1/W) ermöglicht es uns, die Größenordnung der Strahlungsleistung abzuschätzen.

Von 1969 (Webers Experimente) bis heute (Februar 2007) wurde versucht, Gravitationsstrahlung direkt nachzuweisen. In den USA, Europa und Japan gibt es derzeit mehrere bodengestützte Detektoren (GEO 600) sowie ein Projekt für einen Weltraumgravitationsdetektor der Republik Tatarstan.

Subtile Auswirkungen der Schwerkraft

Zusätzlich zu den klassischen Effekten der Gravitationsanziehung und der Zeitdilatation sagt die Allgemeine Relativitätstheorie die Existenz anderer Erscheinungsformen der Schwerkraft voraus, die unter terrestrischen Bedingungen sehr schwach sind und deren Entdeckung und experimentelle Überprüfung daher sehr schwierig sind. Bis vor Kurzem schien die Überwindung dieser Schwierigkeiten über die Fähigkeiten von Experimentatoren hinauszugehen.

Darunter sind insbesondere die Mitnahme von Trägheitsbezugssystemen (oder der Lense-Thirring-Effekt) und das gravitomagnetische Feld zu nennen. Im Jahr 2005 führte die unbemannte Gravity Probe B der NASA ein beispielloses Präzisionsexperiment durch, um diese Effekte in der Nähe der Erde zu messen. Die vollständigen Ergebnisse wurden jedoch noch nicht veröffentlicht.

Quantentheorie der Schwerkraft

Trotz mehr als einem halben Jahrhundert an Versuchen ist die Schwerkraft die einzige fundamentale Wechselwirkung, für die noch keine konsistente renormierbare Quantentheorie aufgestellt wurde. Bei niedrigen Energien kann die Gravitationswechselwirkung jedoch im Sinne der Quantenfeldtheorie als Austausch von Gravitonen dargestellt werden – Eichbosonen mit Spin 2.

Standardtheorien der Schwerkraft

Aufgrund der Tatsache, dass Quanteneffekte der Schwerkraft selbst unter extremsten experimentellen und beobachtenden Bedingungen äußerst gering sind, gibt es noch keine verlässlichen Beobachtungen darüber. Theoretische Schätzungen zeigen, dass man sich in den allermeisten Fällen auf die klassische Beschreibung der Gravitationswechselwirkung beschränken kann.

Es gibt eine moderne kanonische klassische Theorie der Schwerkraft – die allgemeine Relativitätstheorie, und viele Hypothesen und Theorien unterschiedlichen Entwicklungsgrades, die sie klären und miteinander konkurrieren (siehe den Artikel Alternative Theorien der Schwerkraft). Alle diese Theorien treffen innerhalb der Näherung, mit der derzeit experimentelle Tests durchgeführt werden, sehr ähnliche Vorhersagen. Im Folgenden sind einige grundlegende, am weitesten entwickelte oder bekannteste Theorien der Schwerkraft aufgeführt.

• Die Schwerkraft ist kein geometrisches Feld, sondern ein reales physikalisches Kraftfeld, das durch einen Tensor beschrieben wird.

• Gravitationsphänomene sollten im Rahmen des flachen Minkowski-Raums betrachtet werden, in dem die Gesetze der Energie-Impuls- und Drehimpulserhaltung eindeutig erfüllt sind. Dann ist die Bewegung von Körpern im Minkowski-Raum äquivalent zur Bewegung dieser Körper im effektiven Riemannschen Raum.

• In Tensorgleichungen zur Bestimmung der Metrik sollte die Gravitonenmasse berücksichtigt und Eichbedingungen im Zusammenhang mit der Minkowski-Raummetrik verwendet werden. Dadurch kann das Gravitationsfeld nicht einmal lokal durch die Wahl eines geeigneten Bezugssystems zerstört werden.

Wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie bezieht sich Materie im RTG auf alle Formen von Materie (einschließlich des elektromagnetischen Feldes), mit Ausnahme des Gravitationsfeldes selbst. Die Konsequenzen der RTG-Theorie sind wie folgt: Schwarze Löcher als in der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte physikalische Objekte existieren nicht; Das Universum ist flach, homogen, isotrop, stationär und euklidisch.

Andererseits gibt es nicht minder überzeugende Argumente von RTG-Gegnern, die auf folgende Punkte hinauslaufen:

Ähnliches geschieht in RTG, wo die zweite Tensorgleichung eingeführt wird, um den Zusammenhang zwischen dem nichteuklidischen Raum und dem Minkowski-Raum zu berücksichtigen. Aufgrund des Vorhandenseins eines dimensionslosen Anpassungsparameters in der Jordan-Brans-Dicke-Theorie wird es möglich, ihn so zu wählen, dass die Ergebnisse der Theorie mit den Ergebnissen von Gravitationsexperimenten übereinstimmen.

Theorien der Schwerkraft

Newtons klassische Gravitationstheorie Allgemeine Relativitätstheorie Quantengravitation Alternative Mathematische Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie Schwerkraft mit massivem Graviton Geometrodynamik (Englisch) Halbklassische Schwerkraft Bimetrische Theorien Skalar-Tensor-Vektor-Gravitation Whiteheads Theorie der Schwerkraft Modifizierte Newtonsche Dynamik Zusammengesetzte Schwerkraft

Quellen und Anmerkungen

Literatur

• Vizgin V. P. Relativistische Theorie der Schwerkraft (Ursprung und Entstehung, 1900-1915). M.: Nauka, 1981. - 352c.
• Vizgin V. P. Einheitliche Theorien im 1. Drittel des 20. Jahrhunderts. M.: Nauka, 1985. - 304c.
• Ivanenko D. D., Sardanashvili G. A. Schwerkraft, 3. Aufl. M.: URSS, 2008. - 200 S.

siehe auch

• Gravimeter

Links

• Das Gesetz der universellen Gravitation oder „Warum fällt der Mond nicht auf die Erde?“ - Gerade über schwierige Dinge

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Synonyme: