künstliche Schwerkraft
Hi Marion-Dau
wie entsteht Schwerkraft, oder auch, warum ziehen sich zwei Massen an?
Die einfache Antwort des Physikers „das wissen wir auch nicht“ befriedigt sicher nicht. Also laß uns mal versuchen:
Genau genommen könnte man den zweiten Teil der Frage vergleichen mit der Frage „warum ist ein Schimmel ein weißes Pferd?“. Materielle Körper ziehen einander an, und diese Eigenschaft nennt man „Masse“. Masse ist meßbar und man korreliert die „Stärke“ der Anziehung mit der „Größe“ der Masse. DASS - und genauer WIE - die Stärke der Anziehung von der Größe der Eigenschaft „Masse“ und der Entfernung zwischen den materiellen Körpern abhängt, war Gegenstand der Gravitationtheorie von Newton. Diese Theorie zeigte, daß die „Schwere“ eines Körpers auf der Erde und die Tatsache, daß der Mond um die Erde und die Erde um die Sonne kreist, auf derselben physikalischen Eigenschaft von Körpern beruht.
Damals nannte man diese Anziehung (bzw. Gravitation) eine „Kraft“, ein Ausdruck, der unter anderem aus der Geschichte der Magie stammte: Diese Kraft „wirkt“ ja durch den leeren Raum zwischen den Körpern, ohne daß zwichen ihnen irgendetwas Körperhaftes zu finden wäre (das ist ja beim Magnetismus ebenso - eine weiteres Beispiel einer solchen „Kraft“). Man sagte damals, die Masse eines Körpers sei die „Quelle“ der Anziehungs-Kraft.
Man wußte damals auch, daß die Eigenschaft von Körpern, „schwer“ zu sein (man sagte dazu „schwere Masse“), mit der anderen Eigenschaft, sich der Geschwindigkeitsänderung zu widersetzen (beschleunigt oder gebremst zu werden, d.h. „träge“ zu sein), quantitativ gleich ist. Diese zweite Eigenschaft nannte man „träge Masse“.
Diese Eigenschaft „Masse“ (also: Körper sind „schwer“ und „träge“) wurde von Einstein in einer neuen Gravitationstheorie (die „Allgemeine Relativitätstheorie“) anders interpretiert, und diese Interpretation führte zu unzähligen neuen Erkenntnissen über den Raum, die Zeit und die Materie.
Wichtigster Punkt dabei ist, daß nun die Anziehung (bzw. Schwere) ebenso wie die Trägheit nicht mehr als durch den leeren Raum übergreifende „Kraft“ verstanden wird, sondern vielmehr als Veränderung der Geometrie des Raums (Näheres dazu in meinem FAQ:232): In dem durch die Präsenz von Körpern mit „Masse“ geometrisch veränderten Raum (man nennt das, für den Laien mißverständlich, „Krümmung des Raums“) bewegen sich massive Körper so, als würde keinerlei Kraft auf sie einwirken.
Das folgte (unter anderem!) aus einer scharfsinnigen Überlegung Einsteins, daß die Wirkung einer im Raum vorhandenen Masse auf eine andere Masse vollständig ersetzt werden kann durch eine Beschleunigung dieser anderen Masse. Beispiel: Wenn du dich in einem fensterlosen Fahrstuhl befändest, der frei fällt (ja, genau dieses Panikszenario *g*), würdest du „schwerelos“ schweben, und du könntest nicht unterschieden, ob der Fahrstuhl „steht“ und die „Schwerkraft“ der Erde plötzlich aufgehoben wäre, oder ob der Fahrstuhl ungehindert in die Tiefe fällt. Umgekehrt wirst du auch schwerer, wenn der Fahrstuhl beginnt, in die Höhe zu fahren. in der Theorie Einsteins nennt man das das „Prinzip der Äquivalenz von träger und schwerer Masse“.
Und damit findet deine zweite Frage eine Antwort:
Wie könnte man also beispielsweise in einem „schwerelosen Raum“ Schwerkraft erzeugen ?
Beschleunigen kann man nämlich einen Körper entweder „linear“, also längs einer Fortbewegungsrichtung, z.B. durch Anschubsen, oder aber, indem man den Körper in eine Kreisbewegung zwingt. In diesem Fall erfolgt die Beschleunigung radial, d.h. senkrecht (orthogonal) zur (tangentialen) Bewegungsrichtung.
Wenn du nun unter einem „schwerelosen Raum“ z.B. das Innere einer Kapsel im Weltraum vorstellst - fern von jedem Himmelskörper - dann könntest du „künstliche Schwerkraft“ erzeugen, wenn du diese Kapsel um ihre eigene Achse rotieren läßt und dich an die Wand stellst: Du wirst dann an die Wand „gedrückt“ und erfährst dieselbe(!) Wirkung, als wenn diese Wand aus einer riesengroßen (schweren) Masse bestünde. Es ist dieselbe Wirkung wie auf dem Kettenkarussell, wenn sich der Sitz nach oben/außen hebt.
Die anderen Möglichkeiten, in dieser Kapsel Schwere zu zaubern, wären: entweder eine große Masse (genauer: einen Körper mit großer Masse) in den Raum von außen hineinzuholen, oder auf andere Weise die geometrischen Eigenschaften des Raumes zu verändern - aber damit wären wir in den Raffinessen der physikalischen Kosmologie - nichts für kleine neugierige Daus *zwinker*.
halloweenige Grüße
Metapher