Warum zieht uns die Schwerkraft nach unten und nicht nach oben?

Warum zieht uns die Schwerkraft nach unten und nicht nach oben?

Die Schwerkraft ist der Grund dafür, dass Objekte mit Masse oder Energie voneinander angezogen werden. Deshalb fallen Äpfel auf die Erde und Planeten kreisen um Sterne.

Magnete ziehen einige Arten von Metallen an, andere können sie jedoch auch abstoßen. Wie spürt man also die Anziehungskraft der Schwerkraft?

Im Jahr 1915 entdeckte Albert Einstein die Antwort, als er seine allgemeine Relativitätstheorie veröffentlichte. Der Grund, warum die Schwerkraft Sie zur Erde zieht, liegt darin, dass alle Objekte mit Masse, wie unsere Erde, tatsächlich das Gefüge des Universums, die sogenannte Raumzeit, verbiegen und verbiegen. In dieser Biegung fühlt sich die Schwerkraft an.

Was ist Raumzeit?

Bevor Sie in die komplexe Welt der Schwerkraft eintauchen, müssen Sie die Raumzeit verstehen.

Raumzeit ist genau das, wonach es sich anhört: die drei Raumdimensionen – Länge, Breite und Höhe – kombiniert mit der vierten Dimension – der Zeit. Mithilfe brillanter Mathematik erkannte Einstein als erster Mensch, dass die Gesetze der Physik im Universum wirken Raum und Zeit verschmelzen miteinander.

Das bedeutet, dass Raum und Zeit miteinander zusammenhängen – wenn Sie sich sehr schnell durch den Raum bewegen, verlangsamt sich die Zeit für Sie im Vergleich zu jemandem, der sich langsam bewegt. Aus diesem Grund sind Astronauten, die sich im Weltraum sehr schnell bewegen, Sie altern etwas langsamer als die Menschen auf der Erde.

Die Erde krümmt die Raumzeit, sodass sie auf die Erde zufällt und nicht von ihr weg. Bildnachweis: Tokamak / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Material ist das, was Schwerkraftbrunnen erzeugt, nicht Schwerkrafthügel

Denken Sie daran, dass Schwerkraft die Idee ist, dass Objekte im Universum voneinander angezogen werden, weil die Raumzeit immer gekrümmt ist. Als Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie entwickelte, zeigte er, dass alle Objekte im Universum die Raumzeit krümmen können – physikalisch gesehen sind Objekte Masse und Energie.

Da Ihr Geist die Welt normalerweise in drei Dimensionen betrachtet, ist es wirklich schwierig, sich die vier Dimensionen der Raumzeit als eine einzige Idee vorzustellen. Stellen Sie sich zur besseren Visualisierung die Oberfläche eines Trampolins vor. Wenn nichts drauf ist, ist es flach. Wenn Sie jedoch auf dem Trampolin stehen, erstreckt es sich um Ihre Füße und bildet ein Tal, wenn Sie sich in der Mitte befinden. Befindet sich ein Ball auf dem Trampolin, rollt dieser zu Ihren Füßen.

Die Schwerkraft funktioniert ähnlich wie Gegenstände, die auf einem Trampolin zu Ihren Füßen rollen.

Dies ist ein zweidimensionales Beispiel dafür, wie Raumzeit funktioniert. Ihre Masse streckt das Trampolin und erzeugt so eine sogenannte Schwerkraftmulde, in der der Ball rollt. Dies ähnelt sehr der Art und Weise, wie die Schwerkraft eines schweren Objekts – etwa der Erde – Objekte wie Sie und mich zu sich zieht.

Und um die Sache noch seltsamer zu machen, da Raum und Zeit miteinander verbunden sind, Auch durch schwere Gegenstände verlängert sich die Zeit!

Im Film Interstellar begeben sich die Charaktere auf einen nahegelegenen Planeten schwarzes LochWährend sie dort sind, altern sie langsamer als alle anderen.

Je schwerer Sie sind, desto steiler werden die Seiten des Trampolins. Deshalb haben wirklich massereiche Objekte im Universum – wie die Sonne oder Schwarze Löcher – eine stärkere Anziehungskraft als die Erde.

Warum zieht dich die Schwerkraft nach unten und stößt dich nicht weg?

Stellen Sie sich vor, jemand geht unter ein Trampolin und schiebt es nach oben. Der Ball wird wegrollen! Dies wird ein Schwerkrafthügel sein, kein Schwerkraftbrunnen. Soweit Wissenschaftler wissen, bilden Materie – oder Objekte – immer Schwerkraftquellen, keine Schwerkrafthügel. Wissenschaftler können sich Objekte aus exotischer Materie oder Energie vorstellen, die einen Gravitationsschub in den Weltraum bewirken würden, aber bisher hat niemand etwas gefunden, das einen Gravitationsschub von der Erde weg bewirken könnte.

Geschrieben von Mario Boronda, außerordentlicher Professor für Physik, Oklahoma State University.

Angepasst an einen Artikel, der ursprünglich in veröffentlicht wurde Gespräch.