Materie und Energie

[clausadi]

Also ähnlich einer spiralförmigen Wasserrutsche im Erlebnisbad auf der man beständig runterrutscht.
Nur dass man das halt so nicht bemerkt, denn wir fallen ja lotrecht nach unten, also Richtung Erdmittelpunkt.

Auf einer gekrümmten Weltlinie in der Raumzeit - aber dass verstehst Du sowieso nicht.

Da die "gekrümmte Weltlinie in der Raumzeit" lediglich mystische Gedanken des Halman sind, versuchte ich diese ein wenig zu veranschaulichen. Liege ich denn mit der Wasserrutsche als Veranschaulichung sehr daneben?

Und die Schwerkraft (Gravitation) spürt man ja deutlich anhand des eigenen Körpergewichts.
Weshalb die Schwerkraft wohl doch keine Scheinkraft ist.

clausadi, völlig falsch. Die Gewichtskraft, die Du spürst, ist ein Vektor von unten nach oben.

Nö, denn der Vektor der Schwerkraft ist zum Erdmittelpunkt gerichtet, also von oben nach unten, d. h. lotrecht.
Denn der Vektor der Fallbeschleunigung ist ja zum Erdmittelpunkt gerichtet.
Denn Gewicht = Masse * Fallbeschleunigung

[Pluto]

Das große Ziel der Physiker besteht darin, dies auch mit der ART hinzukriegen. Es gibt schon theoretische Ansätze dazu, aber noch keine vollständige Theorie der Quantengravitation. Die Favoriten sind zwei "Rivalinnen":
- Die Schleifenquantengravitation (Loop-Quantengravitation - LQG)
- Die Superstringtheorie(n) und ihre Erweiterung, die M-Theorie.

Zunächst wurde die Stringtheorie formuliert, in der die Teilchen nicht als punktförmig beschrieben werden, sondern als Strings (winzige Energiefäden, wenn man so will). Um welches Teilchen es sich handelt, wird durch die Schwingung des Strings bestimmt, so unterscheiden sich bspw. Photonen und Elektronen dadurch, dass die Strings unterschiedlich schwingen.
Unglücklicherweise kommt diese extrem komplizierte Theorie nicht mit unseren drei Raumdimensionen aus, man braucht noch 22 weitere Raumdimensionen, die aber nur im Mikrokosmos existent sein sollen.
Nimm als Beispiel ein Blatt Papier. Dies ist für Strichmänchen zweidimensional, doch unter dem Mikroskob werden womöglich Poren sichtbar, die eine dreidimensionale Struktur des Papiers offenbaren. Die dritte Dimension existiert aus Sicht der Strichmänchen nur im mikroskopischen Bereich und mag bedeutsam sein, um einzelne Farbpartikel korrekt zu beschreiben, doch ihre Erfahrungswelt ist nur zweidimensional. Die Dritte Dimesion wird als "eingerollt" beschrieben, eine Extra-Dimension.
Ähnlich könnte man sich die 22 Extra-Dimensionen der Stringtheorie vorstellen. Sie sind vor uns verborgen, weil sie eingerollt sind. Mit den drei uns zugänglichen Raumdimensionen kommen wir also insgesamt auf 25 Raumdimensionen, hinzu kommt die Zeitdimension (26 dimensionale Raumzeit).

In den 5 Superstringtheorien gelang es, ihre Zahl durch größere Eleganz auf 6 Extradimensionen zu verringern. Mit den drei uns zugänglichen Raumdimensionen kommen wir also insgesamt auf 9 Raumdimensionen, hinzu kommt die Zeitdimension (10 dimensionale Raumzeit).
Die M-Theorie ist eine Erweiterung der Superstringtheorien. Die große Leistung besteht hier darin, die 5 Superstringtheorien in einer Theorie zu vereinigen. Hier kommt noch eine räumliche Extra-Dimension hinzu, die ebenfalls vor uns verborgen ist. Unser Universum verhält sich in dieser 11-dimensionalen Raumzeit wie ein Blatt Papier in unserem Raum (natürlich ist auch ein Blatt Papier ein dreidimensionales Objekt, lass uns hier aber mal so tun, als sei es zweidimensional).

Problematisch an vielen (allen?) diesen Theorien ist zunächst mal, das sie den Boden der Empirie komplett verlassen.

Schlimmer noch, von den vielen Dimensionen (10, 11, oder 25?) bleiben, wie wir wissen am Ende nur 3+1 übrig. Wenn doch die Theorie wenigstens vorhersagen würde, welche Dimensionen verschwinden, und welche übrig bleiben, und vor allem warum... dann könnte ich ja noch mit dem Mangel an empirischer Bestätigung leben.

NB: Das ist übrigens ein großer Vorteil der Multiverse-Theorie von Guth. Er kommt ganz ohne die Einführung von zusätzlichen Dimensionen aus.

Bei WIMPs muss ich passen. Hierbei handelt es sich um hypothetische Teilchen, aus denen die Dunkle Materie großteils bestehen könnte.

Ja, die WIMPs.... Es gibt mittlerweile Physiker die an einer Chemie von WIMPs arbeiten, und auch daraus richtige Moleküle "basteln" (natürlich nur virtuell ).
Ich habe keine Ahnung, was ich davon halten soll, außer das es danach aussieht, als bräuchten die Forscher völlig neue Denkanstöße um nicht in esoterische Träumereien abzugleiten.

[Halman]

Da die "gekrümmte Weltlinie in der Raumzeit" lediglich mystische Gedanken des Halman sind, versuchte ich diese ein wenig zu veranschaulichen. Liege ich denn mit der Wasserrutsche als Veranschaulichung sehr daneben?

Soweit ich Dich verstanden habe, wolltest Du damit sagen, dass Krümmung mit der Beobachtung des lotrechten Fallens von Körpern nicht vereinbar sei und man dann quasi eher in einem sanften Winkel nach unten "rutschend" fallen müsste. Wenn dies so gemeint ist, dann liegst Du in der Tat daneben.

Die übliche Veranschaulichung für die Krümmung ist das Gummituch-Modell, auf dem Metallkugeln gelegt werden. Dass Gummituch veranschaulicht nur den Raumteil der Raumzeit - die Zeit[dimension] wird also damit nicht veranschaulicht. Der dreidimensionale Raum wird auf zwei Dimensionen reduziert und die Metallkugeln symbolisieren kugelförmige Massezentren (nicht rotierend).

Im Bild sehen wir einen Himmelskörper, dessen Gravitationsfeld (dargestellt durch die Krümmung des Raumes) ein Signal ablenkt.

Grafikquelle

Analog wie eine Metallkugel das Gummittuch dort, wo sie liegt, ausbeult, krümmt die Masse den Raum dort, wo sie sich befindet. Wäre es kein Gummituch, sondern Papier, würde es reizen. Doch das ausgebeulte Gummi zerrt an das umliegende Gummi und so entsteht die Krümmung in der Umgebung der Metallkugel. Analog greift der Raum den benachtbarten Raum und krümmt ihn. Da der Raum dreidimensional ist, verringert sich die Krümmung umgekehrt proportional zum Quadrat vom Massezentrum (durch die Beobachtung ausgezeichnet verifiziert).
Ein Herunterrollen, wie bei der Rutsche (die Delle im Gummituch scheint ja ähnlich zu sein) ist aber offenkundig bei fallenden Körpern nicht zu beobachten. Nun, die Veranschaulichung kann zu Fehlschlüssen führen. Denke Dir die Beobachtung des Gummi-Tuch-Modells von oben, so kannst Du den zweidimensionalen Gummi-Raum am Besten überblicken. Die Eindellungen denke Dir als Unsichtbar (Gravitionsfelder sind es ja).

Du wirst nun vielleicht einwenden, dass die Endellungen doch ähnlich einer Rutsche seien und eine kleine Murmel, die man über das Gummituch rollen lässt, die einer Metallkugel zu nahe kommt und somit eine Delle herunterrollt, doch in einem Winkel herunterrollt, der nicht lotrecht ist. Dies beurteilst Du aber anhand der dritten Dimension (der Höhe/Tiefe), in der die Dellen ja heruntergedrückt sind. Du beobachtest, wie bei der Rutsche, eine äußere Krümmung. Und hier versagt das Gummituch-Modell und die Rutsche.
In unserem um eine Dimension reduzierten Raum wird durch die äußere Krümmung die Krümmung des Raumes lediglich veranschaulicht. Das Gummituch ist gewissermaßen in einem höhedimensionalen Raum, nämlich unseren dreidimensionalen Raum, eingebettet.
Doch nicht so in der Relativitätstheorie. Dort kommt kein höherdimensionaler Raum vor, in dem unser Raum gekrümmt wäre. Die Krümmung ist eine innere Krümmung, keine äußere. Um dies zu verstehen, ist es notwendig, sich die dritte Dimension des gedachten Versuchsaufbaus wegzudenken und die Gummiwelt von oben zu betrachten. So können wir die dritte Dimenision, die hier ja nicht existieren soll, am Besten ignorieren.
Nun sehen wir die Murmel in einer Spirale auf die Metallkugel zurollen. Eine noch langsamere Murmel fällt in einer Parabel auf die Metallkugel, eine schnellere wird von der Eindellung abgelenkt (ähnlich wie ein Probekörper von einem Gravitationsfeld, oder das gelb eingezeichnete Signal im obigen Bild).
Wenn wir uns ein idealisiertes Gummituch denken, dessen Reibung null ist (ein Probekörper, der sich im leeren Raum bewegt, erfährt keine Reibungsverluste), wäre es möglich, eine Glasmurmel mit den richtigen Impuls in einer Umlaubahn um eine Metallkugel zu bringen.

Nun müssen wir den Raum um die dritte Dimension erweitern und gem. der SRT mit der Zeit zu einer Einheit verschmelzen: dem Raumzeit-Kontinuum, oder kurz die Raumzeit. Gravitation IST die Krümmung der Raumzeit. Ihre Geometrie determiniert unsere Bewegung, sofern nicht äußere Kräfte auf uns einwirken. Dies ist in der Regel der Fall und so bestimmen äußere Kräfte und Gravitation über unsere Bewegung und unseren Zustand. Bei uns ist dies üblicherweise der Gewichtszustand - welcher übrigens varibael ist. Dazu musst Du nur einen Fahrstuhl benutzen.

clausadi, völlig falsch. Die Gewichtskraft, die Du spürst, ist ein Vektor von unten nach oben.

Nö, denn der Vektor der Schwerkraft ist zum Erdmittelpunkt gerichtet, also von oben nach unten, d. h. lotrecht.
Denn der Vektor der Fallbeschleunigung ist ja zum Erdmittelpunkt gerichtet.
Denn Gewicht = Masse * Fallbeschleunigung

Laut Newton ist die auch korrekt, doch antiquiert. Hast Du denn die Sendung von Prof. Heinz Haber gesehen? Fallende Körper sind schwerelos (vom Luftwiderstand abgesehen). Dein Gewicht wird Dir von dem Fussboden, auf dem Du stehst, verliehen, von der "Federkraft" des Stuhles, auf dem Du sitzt. Daher darf jeder von uns ruhig die Waage für das Gewicht verantwortlich machen.
Nimm die Wage, den Stuhl und den Fussboden unter Deinen Füssen weg: Du wirst frei fallen. Dein Zustand ist äquivalent mit dem freien Schweben im gravitationsfreien Raum.
Dass der Vektor der Fallbeschleunigung zum Erdmittelpunkt gerichtet ist, ist natürlich korrekt, doch dieser verleiht uns nicht das Gewicht.

[clausadi]

Im Bild sehen wir einen Himmelskörper, dessen Gravitationsfeld (dargestellt durch die Krümmung des Raumes) ein Signal ablenkt.

Grafikquelle

Und hier versagt das Gummituch-Modell und die Rutsche.
In unserem um eine Dimension reduzierten Raum wird durch die äußere Krümmung die Krümmung des Raumes lediglich veranschaulicht. Das Gummituch ist gewissermaßen in einem höhedimensionalen Raum, nämlich unseren dreidimensionalen Raum, eingebettet.
Doch nicht so in der Relativitätstheorie. Dort kommt kein höherdimensionaler Raum vor, in dem unser Raum gekrümmt wäre. Die Krümmung ist eine innere Krümmung, keine äußere.

Ok, verstanden, das Gummituch mit der Kugel ist eine Veranschaulichung der Wirkung des in-sich-gekrümmten Raumes im dreidimensionalen Raum (wie übrigens meine spiralförmige Wasserrutsche auch).

Gravitation IST die Krümmung der Raumzeit. Ihre Geometrie determiniert unsere Bewegung, sofern nicht äußere Kräfte auf uns einwirken.

Weshalb denn auch Satelliten und der Mond auf ihrer Bahn um die Erde bleiben, sofern keine Kräfte an ihnen wirken, weil eben der Raum in-sich-gekrümmt ist.
Denn bringt man einen Satelliten auf seinen Orbit um die Erde, so bleibt er dort, sofern keine Kräfte an ihm wirken. Es sei denn, der Satelliten Orbit befindet sich noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, dann fällt er natürlich mit der Zeit herunter.
Und die These, dass ein Gleichgewicht aus Zentripetalkraft (Erdanziehungskraft) und Fliehkraft einen Satelliten in der Bahn halten, ist demnach falsch. Was ich ja schon die ganze Zeit den Leuten hier klarzumachen versuche.

clausadi, völlig falsch. Die Gewichtskraft, die Du spürst, ist ein Vektor von unten nach oben.

Nö, denn der Vektor der Schwerkraft ist zum Erdmittelpunkt gerichtet, also von oben nach unten, d. h. lotrecht.
Denn der Vektor der Fallbeschleunigung ist ja zum Erdmittelpunkt gerichtet.
Denn Gewicht = Masse * Fallbeschleunigung

Dass der Vektor der Fallbeschleunigung zum Erdmittelpunkt gerichtet ist, ist natürlich korrekt, doch dieser verleiht uns nicht das Gewicht.

Richtig, denn der Vektor ist lediglich die Richtung der Gewichtskraft. Ein Gewicht aber haben wir aufgrund der Fallbeschleunigung. Denn Gewicht = Masse * Fallbeschleunigung.

[Meister Eckhart]

Weshalb denn auch Satelliten und der Mond auf ihrer Bahn um die Erde bleiben, sofern keine Kräfte an ihnen wirken, weil eben der Raum in-sich-gekrümmt ist.
Denn bringt man einen Satelliten auf seinen Orbit um die Erde, so bleibt er dort, sofern keine Kräfte an ihm wirken. Es sei denn, der Satelliten Orbit befindet sich noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, dann fällt er natürlich mit der Zeit herunter.
Und die These, dass ein Gleichgewicht aus Zentripetalkraft (Erdanziehungskraft) und Fliehkraft einen Satelliten in der Bahn halten, ist demnach falsch. Was ich ja schon die ganze Zeit den Leuten hier klarzumachen versuche.

Du hast es fast verstanden. Aber noch nicht ganz.

Der Satellit oder auch unser Mond ist noch im Schwerefeld der Erde. Er sitzt quasi bei dem Bild mit der Kugel in der Wölbung (der Raumzeit).
Eigentlich müsste er zur Kugel herunterfallen.

Das einzige was Ihn davor bewahrt die Wölbung hinab auf die große Kugel zu fallen ist seine Bewegung/Geschwindigkeit.

Ansehen ! - Beispiel Roulett:
https://www.youtube.com/watch?v=qbhiMTKtqdE

Beispiel Roulett:

Das Roulett ist nach unten zur Mitte gewölbt. So wie die Masse der Erde die Raumzeit wölbt.
Die Kugel (Satellit) will die Wölbung (der Raumzeit) nach unten zur Mitte (Erde)fallen - mit anderen Worten, dass ist die Schwerkraft.

Aber die Geschwindigkeit der Roulett-Kugel hält die Kugel (trotz der Schwerkraft) oben.

Doch wenn die Geschwindigkeit nachlässt - dann gewinnt die Schwerkraft und die Kugel rollt zur Mitte.

Im Orbit gibt es zwar Schwerkraft aber keine Luft mehr. Daher bremst nichts ab und der Satellit kann fröhlich seine Runden ziehen ohne langsamer zu werden. Im Gegensatz zum Roulett. Die Reibung zwischen Kugel und Brett sowie der Luftwiderstand bremsen die Roulettkugel aus, sodass sie langsamer wird bis die Schwerkraft gewinnt. Dann fällt sie runter.

[clausadi]

Weshalb denn auch Satelliten und der Mond auf ihrer Bahn um die Erde bleiben, sofern keine Kräfte an ihnen wirken, weil eben der Raum in-sich-gekrümmt ist.
Denn bringt man einen Satelliten auf seinen Orbit um die Erde, so bleibt er dort, sofern keine Kräfte an ihm wirken. Es sei denn, der Satelliten Orbit befindet sich noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, dann fällt er natürlich mit der Zeit herunter.
Und die These, dass ein Gleichgewicht aus Zentripetalkraft (Erdanziehungskraft) und Fliehkraft einen Satelliten in der Bahn halten, ist demnach falsch. Was ich ja schon die ganze Zeit den Leuten hier klarzumachen versuche.

Du hast es fast verstanden. Aber noch nicht ganz.
Der Satellit oder auch unser Mond ist noch im Schwerefeld der Erde. Er sitzt quasi bei dem Bild mit der Kugel in der Wölbung (der Raumzeit).
Eigentlich müsste er zur Kugel herunterfallen.
Das einzige was Ihn davor bewahrt die Wölbung hinab auf die große Kugel zu fallen ist seine Bewegung/Geschwindigkeit.

Also, der Raum ist sphärisch gekrümmt, sodass ein Satellit mit gleichbleibender Geschwindigkeit der sphärischen Raumkrümmung folgt, sofern keine Kräfte an ihm wirken.
Der Satellit bewegt sich im Raum geradeaus, weil aber der Raum sphärisch gekrümmt ist, bewegt sich ein Satellit auf einer sphärischen Bahn (Kreisbahn) um den Globus (Erdkugel).
Befindet sich aber der Satelliten-Orbit noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, so fällt der Satellit mit der Zeit herunter.

[Scrypt0n]

Befindet sich aber der Satelliten-Orbit noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, so fällt der Satellit mit der Zeit herunter.

Alle Satelliten befinden sich im Schwerefeld der Erde. Auch der Mond. :0)

Nö, denn die Sonne strahlt ja jede Menge Energie ab (Licht und Wärme). Und selbst der interstellare Raum strahlt Energie ab. Denn Materie strahlt Energie ab. Folglich ist die Energie des Alls ungleich Null.

Wenn die Energie der Materie sowie des Vakuums sich die Waage hält mit der negativen Gravitationsenergie, so beträgt die Gesamtenergie gleich Null.

Also Energie ist der Materie innewohnendes Wirkungsvermögen.

Nein; das ist nur eine von vielen Energieformen...

Folglich hat Vakuum keine Energie.

Falsch.
Vakuumenergie: https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumenergie

[Pluto]

Dass der Vektor der Fallbeschleunigung zum Erdmittelpunkt gerichtet ist, ist natürlich korrekt, doch dieser verleiht uns nicht das Gewicht.

Selbstverständlich tut er dies.

denn der Vektor ist lediglich die Richtung der Gewichtskraft.

NEIN. Denn ein Vektor hat sowohl Richtung als auch einen Betrag. Der Betrag ist es, der das Gewicht eines Körpers beschreibt.

Ein Gewicht aber haben wir aufgrund der Fallbeschleunigung. Denn Gewicht = Masse * Fallbeschleunigung.

Fallbschleunigung ist lediglich das alte deutsche Wort für Gravitation. Hast du was gegen Synonyme?

[Meister Eckhart]

Also, der Raum ist sphärisch gekrümmt, sodass ein Satellit mit gleichbleibender Geschwindigkeit der sphärischen Raumkrümmung folgt, sofern keine Kräfte an ihm wirken.
Der Satellit bewegt sich im Raum geradeaus, weil aber der Raum sphärisch gekrümmt ist, bewegt sich ein Satellit auf einer sphärischen Bahn (Kreisbahn) um den Globus (Erdkugel).
Befindet sich aber der Satelliten-Orbit noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, so fällt der Satellit mit der Zeit herunter.

Absolut korrekt ! Ich glaube jetzt hast du es !

Der Satellit fliegt keine Kurve weil er auf eine Kurve gesteuert wurde oder ihm diese einprogrammiert wurde. Sondern er fliegt in Wirklichkeit auf einer Geraden. Doch weil der Raum sphärisch gekrümmt ist (aufgrund der Schwerkraft) folgt er dieser unsichtbaren Krümmung und fliegt eine Kreisbahn um den Globus.

Befindet sich aber der Satelliten-Orbit noch im Bereich des Schwerefeldes der Erde, so fällt der Satellit mit der Zeit herunter.

Ja......genau wie die Roulett-Kugel.

Aber nur wenn er langsamer wird. Denn die Fliehkraft durch seine Geschwindigkeit hält ihn oben/außen.
Die Roulett-Kugel rollt auch erst in die Mitte wenn sie langsamer wird.
Da aber da oben im Orbit keine Luft und keine Reibung ist - wird er nicht langsamer.

Der Mond der Erde ist nichts anderes als ein natürlicher und größerer Satellit der Erde.
Das Schwerfeld der Erde reicht noch sehr weit hinter den Mond.

[clausadi]

Aber nur wenn er langsamer wird. Denn die Fliehkraft durch seine Geschwindigkeit hält ihn oben/außen.
Da aber da oben im Orbit keine Luft und keine Reibung ist - wird er nicht langsamer.

Der Mond der Erde ist nichts anderes als ein natürlicher und größerer Satellit der Erde.
Das Schwerfeld der Erde reicht noch sehr weit hinter den Mond.

Ich denke, du aber hast die Wirkung des gekrümmten Raumes noch nicht so ganz verstanden.

Denn es ist nicht so, dass ein Gleichgewicht aus Zentripetalkraft (Erdanziehungskraft) und Fliehkraft den Satelliten auf seiner Kreisbahn um den Globus hält, sondern der Satellit folgt mit gleichbleibender Geschwindigkeit dem sphärisch gekrümmten Raum um den Globus.