5 Fakten über die Schwerkraft – eine der geheimnisvollsten Kräfte im Universum
Verschiedenes / / July 14, 2023
Wie sich Ihr Gewicht in verschiedenen Ländern verändert, welche Wellen sich Schwarze Löcher ausbreiten und was Schwerelosigkeit ist.
1. Die Schwerkraft der Erde ist schwächer als die Ihres Kühlschrankmagneten
Es gibt vier sogenannte Grundkräfte auf der Welt: eine starke Atomkraft, die für Stabilität sorgt Atomkerne, schwache Atomkerne, verantwortlich für radioaktiven Zerfall, elektromagnetische Kraft und unsere Geliebten Schwere. Letzteres bewahrt die Erde, andere Planeten und Sterne, Sonnensysteme und Galaxien vor dem Zerfall.
Nun, die Schwerkraft ist die schwächste Grundkraft überhaupt. Und Wissenschaftler verstehen nicht warum.
Sie mögen sagen: Aber die Schwerkraft ist es, die Sterne, Galaxien und andere riesige Objekte antreibt. Wie kann sie schwach sein? Nun, befestigen Sie einen Magneten am Kühlschrank. Beantworten Sie nun die Frage, warum ihn der winzige Kühlschrank anzieht stärkerals der gesamte Planet.
Und schwache und starke Atomkräfte sind noch stärker als elektromagnetische. Zumindest kann man den Magneten ohne fremde Hilfe aus dem Kühlschrank entfernen, aber die Menschen haben noch nicht gelernt, wie man Atome mit bloßen Händen spaltet. Zum Vergleich: Die elektrische Kraft zwischen einem Elektron und einem Proton in einem Atom beträgt etwa eine Trillion (das ist eine Eins gefolgt von 30 Nullen).
stärkerals die Anziehungskraft zwischen ihnen.Und das ist eines der größten Geheimnisse der Physik. Wissenschaftler haben Annahmedass das Universum zusätzliche Dimensionen haben könnte, die unserer Wahrnehmung verborgen bleiben. Und die Schwerkraft breitet sich durch sie alle aus, während die elektromagnetischen Kräfte sowie die starken und schwachen Kernkräfte auf unsere vierdimensionale Raumzeit beschränkt sind.
Vielleicht sogar unsere Schwerkraft wirkt zu Objekten in anderen Universen, falls sie existieren. Und unsere Objekte wiederum werden von ihrer Anziehungskraft beeinflusst. Dies könnte erklären, warum unsere Universum expandiert schneller als erwartet. Zumindest wird eine solche Theorie von Physikern vorgeschlagen, denen die Theorie der dunklen Materie und Energie nicht gefällt.
Doch trotz aller Annahmen gibt es derzeit keine experimentellen Beweise, die dies bestätigen oder widerlegen.
2. Die Schwerkraft erzeugt Wellen
Animation: Dana Berry / NASA
Stellen Sie sich vor, dass die Raumzeit ein gespanntes Gewebe ist. Na ja, oder die Oberfläche des Teiches, wenn Sie es vorziehen. Wenn sich massive Objekte wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne bewegen, erzeugen sie Krümmungen in der Raumzeit, wie Falten in Stoff. Oder wie Wellen, die von der Stelle, an der der Stein in den Teich fiel, auseinanderlaufen. So sehen Gravitationswellen aus.
Die Analogie ist natürlich etwas weit hergeholt, da sowohl das Gewebe als auch die Oberfläche des Teichs flach sind Universum dreidimensional, aber Wissenschaftler haben noch keine besseren Beispiele gefunden.
Gravitationswellen unterscheiden sich von Schall oder Licht, daher können wir sie weder hören noch sehen. Mit Hilfe spezieller Instrumente, sogenannter Laserinterferometer, können Wissenschaftler dies jedoch tun finden. Auf diese Weise können Sie entfernte massive Objekte erforschen und kosmische Phänomene untersuchen, die in den entlegensten Winkeln des Universums auftreten.
Die Existenz von Gravitationswellen wurde vor hundert Jahren von Albert Einstein vorhergesagt.
Aber erst vor kurzem hat die Menschheit Werkzeuge entwickelt und eingesetzt, um sie zu erkennen. Eines davon ist das laserinterferometrische Observatorium LIGO. Es war ihr erstes Mal im Jahr 2015 Fest Gravitationswellen aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher in einer Entfernung von etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren Erde.
Sie passieren durch alle Hindernisse, einschließlich des Nichts, und unterliegen keiner Absorption oder Reflexion. Außerdem breiten sie sich mit Lichtgeschwindigkeit im gesamten Universum aus.
3. Die Schwerkraft auf der Erde ist nicht gleichmäßig
Animation: ESA
Sie haben diese Animation wahrscheinlich schon einmal gesehen. Im Netz kursiert ein Mythos, angeblich geht das so sieht aus Unser Planet ohne Ozeane. Tatsächlich handelt es sich jedoch nicht um ein Modell der Erde selbst, sondern um ihr Gravitationsfeld.
Sie sehen Anziehung stärker wo es eine große Masse gibt. Und das Gravitationsfeld auf der Erde ist aus mehreren Gründen nicht gleichmäßig. Zuerst unsere Planet ist kein perfekter Ball. An den Polen ist es leicht abgeflacht und am Äquator verbreitert, was zu einer ungleichmäßigen Massenverteilung führt.
Zweitens ist die Erdoberfläche sehr uneben. Wir haben hohe Berge, tiefe Meeresgräben und andere Landschaftsformen mit unterschiedlicher Masse. Und drittens sind die Materialien auch innerhalb des Planeten ungleichmäßig verteilt. All diese Faktoren führen dazu, dass die Schwerkraft auf der Erde von Ort zu Ort unterschiedlich ist.
Das bedeutet, dass Sie an verschiedenen Orten auf unserem Planeten ein unterschiedliches Gewicht haben.
Sagen wir, wenn Sie Sind In Colombo in Sri Lanka wird Ihr Gewicht etwas geringer sein als in Kathmandu in Nepal. Der Indische Ozean ist eine der Regionen mit der geringsten relativen Schwerkraft der Welt, während der schwere Himalaya diese im Gegenteil erhöht.
Ein weiteres Beispiel: seit langem Wissenschaftler nicht verstandenwarum in der Region um die Hudson Bay in Kanada die Schwerkraft schwächer ist, als sie theoretisch sein sollte. Es stellte sich heraus, dass dort jahrhundertealte Gletscher schmelzen, ihre Masse abnimmt und damit auch die Anziehungskraft abnimmt.
Wenn Sie also mit der Zahl auf der Waage nicht zufrieden sind, wechseln Sie einfach Ihren Wohnort und verlieren Sie sofort ein oder zwei Kilogramm. Zwar bleibt die Masse gleich, aber das Gewicht nimmt ab. Physik.
4. Die Schwerkraft beugt Licht
Es ist leicht zu erkennen, wie sich die Schwerkraft auf physische Objekte auswirkt. Dadurch stehen wir fest auf der Erde und fliegen nicht in den Weltraum, Äpfel fallen von oben nach unten, die Sonne kreist um den Kern der Galaxie und so weiter.
Doch diese Kraft wirkt nicht nur auf Materie, sondern auch auf Licht. Genau deshalb Schwarze Löcher so genannt: Sie haben eine so starke Schwerkraft, dass das gesamte Licht, das sie anziehen, das Gravitationsfeld nicht verlassen kann.
Aber manchmal fallen Photonen nicht auf ein massives Objekt, sondern fliegen einfach vorbei und verändern die Flugbahn nur geringfügig.
Dieses Phänomen bekannt wie der Gravitationslinseneffekt. Dies geschieht, weil die Schwerkraft Raum und Zeit um massive Objekte wie Sterne und Galaxien herum verzerrt. Infolgedessen folgt das Licht, das an diesen massiven Objekten vorbeigeht, einem gekrümmten Weg und nicht einer geraden Linie.
Der Gravitationslinseneffekt war der erste vorhergesagt Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie. Er vermutete, dass sich das Licht eines entfernten Objekts krümmen würde, wenn es an einem massereichen Stern in unserer Nähe vorbeifliege. Seine Theorie wurde während einer Sonnenfinsternis im Jahr 1919 experimentell bestätigt.
Gravitationslinsen können spektakuläre Effekte wie „Einstein-Ringe“ oder „Kreuz“ erzeugen Einstein“ – wenn sich das Licht einer entfernten Galaxie um eine nähere Galaxie beugt und Ringe, Hufeisen und anderes Licht erzeugt Figuren.
Dieses Phänomen ist auch gebraucht Astronomen untersuchen dunkle Materie. Da es kein Licht aussendet, kann es nicht direkt beobachtet werden. Aber wir können seine Anwesenheit durch Gravitationslinseneffekte erkennen.
5. Schwerelosigkeit ist nicht die Abwesenheit von Schwerkraft
Wenn Sie die erste Person, die Sie treffen, fragen, warum Astronauten auf der ISS in der Luft schweben, wird er höchstwahrscheinlich antworten, dass es im Weltraum keine Schwerkraft gibt. Das ist natürlich nicht so, sonst wie Sonne Könnten die Planeten auf ihren Umlaufbahnen bleiben?
Deshalb diese Aussage falsch. Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Flugzeug und es fängt plötzlich an zu sinken. Wenn Sie in diesem Moment einen Ball werfen, wird er natürlich fallen. Da das Flugzeug aber auch nach unten fliegt, wird es Ihnen so vorkommen, als ob das Spielzeug in der Luft schwebt. Dies ist der Zustand der Schwerelosigkeit. Bevor sie ins All fliegen, gewöhnen sich Astronauten übrigens in Tauchflugzeugen daran.
Die Tafeln für ein solches Training werden von NASA-Mitarbeitern ironischerweise Vomit Comet – „erbrechender Komet“ – genannt. Rate mal, warum.
Das Gleiche passiert auch Astronauten im Orbit. Raumschiff oder die Station strebt aufgrund der Schwerkraft ständig in Richtung Erde. Da sie sich aber schnell genug vorwärts bewegen, fallen sie nie, sondern fliegen bei jeder Umdrehung um den Planeten. Dies erzeugt die Illusion eines Mangels an Anziehungskraft, obwohl es korrekter ist, diesen Zustand „Mikrogravitation“ zu nennen.
Tatsächlich ist der gesamte Raum von Schwerkraft durchdrungen, und es gibt keinen Ort im Raum, an dem sie nicht wäre. Wissenschaftler glaubenObwohl seine Ausbreitungsgeschwindigkeit durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt ist und seine Stärke mit der Entfernung von der Quelle schnell abnimmt, ist der Wirkungsbereich selbst unendlich.
Das heißt, Sie sind jetzt stark von den Gravitationswellen einer Art Schwarzem Loch betroffen, die Zehntausende von Jahren brauchen, um die Erde zu erreichen. Nur ist ihre Stärke im Vergleich zur Schwerkraft unseres Planeten sehr gering. Und das ist gut, wissen Sie.
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