Hat Energie Gravitation?

[BongoMercury]

Ja, wo ist denn in Newtons Gravitationstheorie der Term, der die zeitliche Ausbreitung des Gravitationsfeldes beschreibt?

Tja, mangelndes Physik-Verständnis führt eben manchmal zu Verwirrung. Vorhandenes Physik-Verständnis übrigens auch.

Das war wohl ein Mißverständnis. Ich meinte die Reichweite und du die Geschwindigkeit der Ausbreitung. Die einzigste Geschwindigkeitsangabe oben in der Formel ist ja das c². Und die bezieht sich auf etwas anderes.

Instantan wegen der "spukhaften Fernwirkung"? Weil die Gravitation sofort
überall ohne scheinbaren Zeitverlust wirkt?
Eigentlich gilt ja die "spukhafte Fernwirkung" für zwei getrennte Teilchen soweit ich informiert bin. Mit der Quantenverschränkung.

Dennoch verstehe ich nicht was das mit der Formelumstellung und der Erklärung von Bynaus zu tun haben soll. Da es dafür doch eigentlich egal ist oder nicht?

Wenn nicht, dann erkläre es bitte nochmal näher.

[Mondkalb]

Auch Gravitation breitet sich nur mit Lichtgeschwindigkeit aus. (Es gab dazu vor einigen Jahren eine experimentelle Bestätigung: Gravitation: Einstein hatte wieder einmal recht.)
Das ist gerade der wesentliche Unterschied zur Newtonschen Theorie, in der noch von einer instantanen Wirkung ausgegangen wurde.

Nach Einstein bewirkt die Anwesenheit von Energie eine Krümmung der Raumzeit, die wir als Gravitation wahrnehmen. Deswegen hat jede Form von Energie auch eine gravitative Wirkung.

[BongoMercury]

Aber selbst in der ersten Formel, welche ja Newtons Gravitationsgesetz ist(oder Teil davon), kommt nichts von einer instantanen Fernwirkung vor. Oder habe ich dort was übersehen?

Nach Einstein bewirkt die Anwesenheit von Energie eine Krümmung der Raumzeit, die wir als Gravitation wahrnehmen. Deswegen hat jede Form von Energie auch eine gravitative Wirkung.

Das hat Bynaus mit der Zusammenlegung beider Formel ja gezeigt. Deswegen verstehe ich die Aufregung um die Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht. Bin jetzt total verwirrt...

[Pyromancer]

Wenn nicht, dann erkläre es bitte nochmal näher.

Gerne.

Physikalische Formeln fallen nicht vom Himmel. Physikalische Formeln sind Teil von Theorien, sie bauen auf Grundannahmen, Beobachtungen und Randbedingungen auf. Prinzipiell sollte man immer, bevor man eine solche Formel benutzt, fragen, ob diese Formel in diesem Fall überhaupt anwendbar ist.

Newtons Gravitationsgesetz (F=-G*m1m2/r^2) funktioniert nur, wenn man eine instantane Fernwirkung annimmt. Ich überlasse es dem geneigten Leser als Übung, mal auszurechnen, was mit den Planeten passieren würde, wenn Newtons Gravitationsgesetz gülte und sich Gravitationsänderungen nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten würden. Für schwache Gravitationsfelder kann man Newton trotzdem benutzen, da ist es eine ausreichend gute Näherung, aber schon bei der Merkur-Bahn reicht das halt nicht mehr.

Im Experiment versagt Newtons Gravitationsgesetz auch und insbesondere bei der Vorhersage, wie sich Licht durch Gravitation ablenken lässt.

So, und jetzt kommt jahrhunderte später Einstein und postuliert eine konstante Lichtgeschwindigkeit als maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit von Welleneffekten. Und leitet daraus eben mal sein E=mc^2 ab.

Vor diesem Hintergrund ist es formal extrem gewagt, einfach die eine in die andere Formel einzusetzen und das als "Beweis" dafür herzunehmen, dass Licht eine Gravitationswirkung hat.

Man darf das machen, zur Veranschaulichung, und wenn keine Physiker in der Nähe sind, und wenn man sich sicher ist, dass keiner der arglosen Anwesenden zu rechnen anfängt und auf "komische" Schlußfolgerungen stößt, und ich denke, dass ist hier im Forum der Fall.

Von daher: Weitermachen.

[Mondkalb]

Oder anders ausgedrückt: Newtons Gravitationsgesetz stimmt als Näherung für bestimmte Fälle mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie überein, es ist aber keine Gleichung, die immer und für alle Fälle oder exakt gilt.

[Physicus91]

Ich wusste gar nicht, das ich da eine Newton-Gleichung benutz habe.

Ich habe einfach nur Einsteins Gleichung genommen und halt nach der Masse aufgelöst.

[Pyromancer]

Ich wusste gar nicht, das ich da eine Newton-Gleichung benutz habe.

Ich habe einfach nur Einsteins Gleichung genommen und halt nach der Masse aufgelöst.

Und was hat deine nach Masse aufgelöste Gleichung jetzt mit der Gravitation zu tun?

[BongoMercury]

@Pyromancer: Danke für die Erklärung. Hatte schon mal gelesen das man mit Einsteins Theorie die Perihelbewegung des Merkur genauer vorhersagen kann. Wird wohl die selbe Ursache haben. Naja, in diesem Fall ist das ja ok so wie Bynaus es gemacht hatte.


Noch was anderes...

Auch Gravitation breitet sich nur mit Lichtgeschwindigkeit aus. (Es gab dazu vor einigen Jahren eine experimentelle Bestätigung: Gravitation: Einstein hatte wieder einmal recht.)
Das ist gerade der wesentliche Unterschied zur Newtonschen Theorie, in der noch von einer instantanen Wirkung ausgegangen wurde.

Mich wundert das man immer noch keine Gravitationswellen detektiert hat. Sie die denn so extrem schwach? Selbst von sehr starken Quellen? Oder hat man einfach noch nicht das richtige Messinstrument gefunden?

Diese Wellen sind ja Verzerrungen des Raumes an sich und keine Wellen welche das Medium Raum durchqueren. Ähnlich wie beim Schall wo sich das ganze Medium mitbewegt. Wenn ich mir das richtig vorstelle. Oder basieren die Wellen auf der Annahme von emitierten Gravitonen? Also Welle/Teilchendualismus von Gravitonen?

Das interessiert mich noch mal so am Rande.

[Mondkalb]

Die Verzerrungen sind extrem winzig, wir haben in einem anderen Thread hier schon darüber diskutiert. Bei dem Detektor, der in der Nähe von Hannover läuft, sind sogar die Wellen des 60 km entfernten Steinhuder Meeres nachweisbar.
Die Raumverzerrungen, die durch die Wellen z. B. von einem schwarzen Loch ausgelöst werden, liegen im Bereich eines Bruchteils eines Atomdurchmessers (1/10.000 des Durchmessers eines Protons).
Gravitationswelle - Wikipedia

In den USA wird derzeit die Empfindlichkeit eines Detektors erhöht:
LIGO: Upgrade für Gravitationswellen-Detektor

[Hades]

Ich hab ja davon nur soweit Ahnung, wie mir Schulphysik + upgrades von Wiki erlauben, aber liegt diese Winzigkeit der Wellen in ihrer NAtur, also sind sie selbst nah an der Quelle der Wellen so klein, oder nehmen sie ebenfalls mit der entfernung ab?

[Mondkalb]

Die abgestrahlte Energie ist sehr klein (im Sonnensystem gibt es keine Quelle, die wir messen könnten). Bei Großereignissen, wie z. B. der Umkreisung zweier Neutronensterne oder gar der Verschmelzung von Neutronensternen wird zwar mehr Energie abgestrahlt, aber diese Ereignisse finden in sehr großer Entfernung statt. (Der indirekte Nachweis ist ja schon gelungen, nämliche die Abnahme von Rotationsperioden durch Abstrahlung von Gravitationswellen.)

Beim direkten Nachweis hat man das Problem der Energie pro Fläche und der Wellenlänge. Die Energie muss groß genug sein und die Wellenlänge klein genug, um auf realisierbaren Entfernungen messbare Auslenkungen zu erzeugen. Auf der Erde hat man noch das Problem der Störungen durch seismische Aktivität und andere Störquellen, was den beobachtbaren Frequenzbereich stark einengt. Am besten wäre wohl ein Experiment mit mehreren Satelliten im Weltraum.
Im Prinzip messbare Leistung (beim Umlauf des Jupiter um die Sonne liegt die abgestrahlte Leistung im Bereich von 1 kW, was vielleicht messbar wäre) entzieht sich der Beobachtung leider durch die Wellenlänge von mehreren Lichtjahren.
Man braucht also Quellen mit starker Leistung und kleinen Wellenlängen, wie z. B. eine Supernovaexplosion. Eine solche Explosion z. B. in einer Nachbargalaxie würde den Abstand Erde - Sonne für Sekundenbruchteile nur um den Durchmesser eines Atomkerns oder so verkürzen bzw. verlängern.

Noch zwei Links mit ausführlichen und relativ verständlichen Erläuterungen:
Relativitätstheorie: Gravitationswellen
Gravity Waves (deutsch)

[BongoMercury]

Kaum vorzustellen das die Wellen so schwach sind. Der Durchmesser eines Atomkerns auf die Strecke Erde-Sonne? Und dann muß man erstmal ausschließen können das der Unterschied nicht durch etwas anderes verursacht wurde. Es gibt ja bestimmt dann noch mögliche Störfaktoren usw. Also alles sehr sensibel. Danke für die Links...

[FirstBorg]

@Pyromancer
Newtons Gleichung macht aber nur eine Aussage über die Kraft die eine "Masse" auf eine andere ausübt. Diese Gleichung sagt nichts über die Zeit aus die die Gravitation benötigt, und infolgedessen ist dies auch völlig irrelevant. Aus Einsteins ART folgt nicht nur das E=mc² ist, sondern eben auch das sich nichts was masse hat mit mehr als Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann. E=mc² ist aber völlig unabhängig davon wie schnell sich etwas bewegt. Diese Gleichung benutzt man soweit ich weiss (und ich gebe zu in Chemie nicht so gut zu sein) um Bindungsenergien auszurechnen. Und bei diesen Bindung bewegt sich auch nichts schneller als c (was auch die Gravitation nach Newton machen würde). Demzufolge kann man auch beliebige "Varianten" der Masse einsetzen ohne das die Formel ihre richtigkeit und gültigkeit verliert.

[Pyromancer]

@Pyromancer
Newtons Gleichung macht aber nur eine Aussage über die Kraft die eine "Masse" auf eine andere ausübt. Diese Gleichung sagt nichts über die Zeit aus die die Gravitation benötigt, und infolgedessen ist dies auch völlig irrelevant. Aus Einsteins ART folgt nicht nur das E=mc² ist, sondern eben auch das sich nichts was masse hat mit mehr als Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann. E=mc² ist aber völlig unabhängig davon wie schnell sich etwas bewegt. Diese Gleichung benutzt man soweit ich weiss (und ich gebe zu in Chemie nicht so gut zu sein) um Bindungsenergien auszurechnen. Und bei diesen Bindung bewegt sich auch nichts schneller als c (was auch die Gravitation nach Newton machen würde). Demzufolge kann man auch beliebige "Varianten" der Masse einsetzen ohne das die Formel ihre richtigkeit und gültigkeit verliert.

Darf ich fragen, wie alt du bist und woher du dein naturwissenschaftliches Wissen beziehtst? Dann kann ich meine Antwort entsprechend anpassen. Das, was du da schreibst, ist nämlich fast schon absurd falsch.

[McWire]

Darf ich fragen, wie alt du bist und woher du dein naturwissenschaftliches Wissen beziehtst? Dann kann ich meine Antwort entsprechend anpassen. Das, was du da schreibst, ist nämlich fast schon absurd falsch.

Naja E=mc² gilt vermutlich nur solange c=konstant und c=max. Ausbreitungsgeschwindigkeit in Vakuum.

Im Prinzip ist E=mc² rein mathematisch eine Sondernform von E=(m/2)*v², der Formel für kinetische Energie, also hat diese Formel doch was mit Bewegung zu tun

F=G*(m*M)/r² gilt für endliche Gravitationsausbreitungsgeschwindigkeiten nicht, da die Kraft (F) ohne Zeitverzögerung sprich instanten aus dem Abstand (r) und den Massen (m) und (M) hervorgeht.

In der "Realität" würde für große Abstände (r) die Kraft bei 0 anfangen und erst nach einer Funktion F=f(t) mit einer Zeitverzögerung (Delta-t) einsetzen.

Delta-t hängt ergibt sich dann aus r/c, um es mal sehr laienhaft zu formulieren.

In Wirklichkeit ist die Sache komplizierter, da irgendwelche Differentialgleichungen vorkommen.