Raumzeit und ihre Krümmung - Verständnissproblem

Wissenschaft Physik
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Hallo liebe Physiker,

zur Erklärung der Raumzeitkrümmung (durch Gravitation) erhält man immer diese 2-3D Bilder einer Gummimatte, auf der die Planeten wie schwere Kugeln liegen und die Matte eindellen.

Das ist ja gut gemeint, hat aber nichts mit einem 4-5D-Raum zu tun.
In diesen Beispielen ist ein schwarzes Loch wirklich nahezu ein Loch in der Gummimatte - und damit weit entfernt von der Realität.

Kann mir jemand sagen, wo man bessere Erläuterungen, möglichst auch mit graphischen Darstellungen, zur Not aber auch ohne, bekommen kann?

Ich möchte das gerne einigermaßen richtig verstehen.

Vielen Dank und Gruß, Anne

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Hallo
Die Gummimatte ist natürlich keine Gummimatte.
Aber es ist meist so ein Netz aufgetragen, und dieses Netz ist ein 3D Diagramm, aufgetragen auf 2D, also als flaches Bild.
Die „Einbeulung“ gibt den Grad der Gravitation wieder, man kann sich also besser vorstellen, wie Umlaufbahnen sind.
Ich persönlich kann im Moment ganz gut damit leben, das ich glaube, die Raumzeitkrümmung nicht vollständig zu verstehen, find ich nicht so schlimm.
Diese Gummimattendarstellung verdeutlicht auch die Ablenkung eines Lichstrahles, weil man ja für gewöhnlich annimmt, das ein Lichtstrahl geradlinig im Raum verläuft, dies aber bei sehr schweren Objekten wie die Sonne und schwarzen Löchern nicht mehr macht.
MfG
Matthias

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Hallo,

schon klar, dass die Gummimatte keine solche ist und dass es auch nicht schlimm ist, wenn man die Raumzeitkrümmung nicht versteht - ist so egal, wie Zuckerwürfelsammeln - eher egaler, Zuckerwürfel kann man immerhin noch verwerten.
Aber ich täts trotzdem gern und dafür bräuchte ich etwas Treffenderes als das Netzgitter - weil ein schwarzes Loch eben kein Loch ist und die Erde auch keine Vertiefung in irgendwas erzeugt.
Ich hätte gern zumindest ein anderes Denkmodell, mit dem man da ran gehen kann.

Gruß, Anne

4

Vorstellung von Raumkrümmung
Hi Anne,

diese Gummituch-Analogie ist zwar sehr gebräuchlich, ist aber (wie du ja selbst auch erlebst) nur scheinbar anschaulich.

Vielleicht sagt dir diese Vorstellung mehr - z.B. von der Raumkrümmung der Erde in der Nähe der Erdoberfläche:
Eine Fläche von 600 000 000 Meter Durchmesser ist um maximal 5 Meter eingedellt. Oder: Eine Fläche vom Durchmesser 12 000 km (ungefähr der Durchmesser der Erde) ist um 10 cm durchgebogen.

Oder noch näherliegend für die Vorstellung: Eine Strecke von 600 km Länge weicht in der Mitte um 5 mm von der Geraden ab.

Daß bei dem Begriff „Raumkrümmung“ gerne etwas „Krummes“ vorgestellt wird, ist jedoch mathematisch (und physikalisch erst recht) sowieso nicht ganz richtig. Eine nähere Erläuterung dazu liegt im Archiv:
http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…

Vielleicht hilft dir das ein wenig weiter.

Gruß
Metapher

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Hallo Anne,

Das ist ja gut gemeint, hat aber nichts mit einem 4-5D-Raum zu
tun.

Gut, dann versuche mal ein 4-5D-Bild zu machen!

Oder für die Superstringtheorie eins in 11D.

Das Problem liegt in uns und der Konstruktion des Universums.

Wir können nur 3D erfassen, mit der Zeit als Dimension haben die meisten schon Probleme, vor allem, weil wir uns in ihr nicht frei bewegen können.
Deshalb gibt es schon Lacher, wenn man einen langweiligen Film rückwärts spielt, es ist einfach absurd, bezogen auf das tägliche Erleben.

Eine Analogie bleibt immer eine solche, ein hinkender Vergleich.

MfG Peter(TOO)

6

Hallo

Das schwarze Loch erzeugt ja auch kein Loch in der „Gummimatte“ sondern zieht sich wie ein Sack nach unten der eine solche Form hat und oben so eng ist, dass das Licht nicht mehr entweichen kann.
Und ein Planet erzeugt eben eine Eindellung im Raum, die aber für einen Menschen nur in 2D-3D vorstellbar ist.
Der 3D Sack im 2D Netz ist ja rund um den Kern an jeder Stelle vorhanden, nur kann das niemand zeichnen.

Gruß
Florian

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Hallo liebe Physiker,

zur Erklärung der Raumzeitkrümmung (durch Gravitation) erhält
man immer diese 2-3D Bilder einer Gummimatte, auf der die
Planeten wie schwere Kugeln liegen und die Matte eindellen.

Das ist ja gut gemeint, hat aber nichts mit einem 4-5D-Raum zu
tun.
In diesen Beispielen ist ein schwarzes Loch wirklich nahezu
ein Loch in der Gummimatte - und damit weit entfernt von der
Realität.

Kann mir jemand sagen, wo man bessere Erläuterungen, möglichst
auch mit graphischen Darstellungen, zur Not aber auch ohne,
bekommen kann?

Ich möchte das gerne einigermaßen richtig verstehen.

aber die raumzeit wird durch die masse wie auch die gummimatte gedehnt. etwas, was sich entlang dem gedehnten gummi bewegt, braucht laenger durch raum und zeit. ein schwarzes loch ist wirklich wie ein loch im gummi, weil die zeitdehnung zu gross ist. man koennte das loch auch so interpretieren, als sieht jemand den gummi so weit nach unten, dass man ewig reisen wuerde.

8

weil ein schwarzes Loch eben kein Loch ist und die Erde auch keine Vertiefung in irgendwas erzeugt

Doch Anne, genau das ist es. Der Raumzeitbereich innerhalb des Horizonts ist buchstäblich aus unserer Raumzeit ausgeschnitten. An seinem Rand, dem Horizont, ist durch die eingeschlossene Masse-Energie der Raum mitsamt der zugehörigen Zeit so stark gekrümmt, daß etwas hermetisch abgeschlossenes Neues entstanden ist. Es ist immer noch (wahrscheinlich) Raumzeit aber nicht mehr Teil unserer RZ. Nur die Wirkung der ausgeschnittenen Masse-Energie reicht noch über den Horizont hinaus auf unsere Seite und krümmt, mit der Entfernung abnehmend, unsere RZ, bis diese asymptotisch flach wird (bleibt). Gruß, eck.

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Hallo,

sorry, dass ich mich so spät melde, mein Internetanschluß hatte sich irgendwo in der Raumzeit verkrümelt.

Deine Erläuterung ist zwar nicht wahnsinnig anschaulich, aber eher sinnig, als die Delle in der Gummimatte. Vielen Dank dafür.

Habe mir selbst inzwischen überlegt, wie man es sich anschaulicher vorstellen könnte:
ein riesiges Stück Käse und innen drin `trocknet´ ein Bereich aus, ohne dass Luft zugeführt werden kann (also keine Trockenrisse, sondern Volumenschwund).
Der Käse würde sich überall um den konzentrierteren Teil eindellen, je weiter man nach außen kommt, desto flacher die Eindellung. Und es würde auch eine Krümmung und Verdichtung der Käsematerie um den konzentrierten Bereich bewirken, wodurch Licht (z.B. bei der durchscheinenden Harzer Rolle) ebenfalls als gebogen vorstellbar wird.

Das entspricht verm. eher dem Effekt der Gravitation, als die Gummimattenversion - die enthält einen gravierenden Fehler in der Form, dass Längen in Gravitationsnähe dort eher noch verlängert dargestellt werden, während sie in Wahrheit verkürzt sind.
Nur die Zeit ist quasi verlängert, aber Zeit grafisch darstellen zu wollen, geht verm. zu weit - die muß man sich dazudenken oder eben an den verkürzten Strecken ablesen. Je kürzer der Meter, desto länger die Sekunde, das kann man ja noch umdenken.

Dazu noch was anderes:
in einem schwarzen Loch (oder auch auf jedem Stern / Planeten) vergeht die Zeit langsamer, als im `freien´ Raum. Wenn das Universum in 4, 5 oder 10 Milliarden Jahren implodiert, was ist dann mit den durch verlangsamte Zeit jüngeren Teilen? Sind die schlicht nicht so alt geworden? Sie können ja bei einer Implosion schlecht übrigbleiben.

Und was macht die Raumzeit zwischen zwei Gravitationsobjekten: wird sie dort durch die Ballung auf zwei Seiten in der Mitte gedehnt oder bleibt sie so, wie im leeren Raum und die Gravitationsobjekte nähern sich einander entsprechend an?

Sorry für die Käseliebhaberei - habe ich mir im Geologiestudium angewöhnt. An den div. festen Käsesorten und Trocken-, bzw. Temperaturstadien kann man sich sehr viele geologische Prozesse prima vorstellen, besser als an allen anderen mir bekannten Materialien - ganz im Ernst. Vor allem, wenn man damit aus Erfahrung vertraut ist.
Käse ist wie Stein über lange Zeiträume und obendrein noch lecker. Warum sollte Käse nicht wie Raumzeitgravitation sein - wenn man sich die Zeit dazudenkt und den Schimmel wegläßt?

Gruß und viel Spaß am nächsten Käsebrot, Anne

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Hallo Eckart,

"Doch Anne, genau das ist es. Der Raumzeitbereich innerhalb des Horizonts ist buchstäblich aus unserer Raumzeit ausgeschnitten. An seinem Rand, dem Horizont, ist durch die eingeschlossene Masse-Energie der Raum mitsamt der zugehörigen Zeit so stark gekrümmt, daß etwas hermetisch abgeschlossenes Neues entstanden ist. Es ist immer noch (wahrscheinlich) Raumzeit aber nicht mehr Teil unserer RZ. Nur die Wirkung der ausgeschnittenen Masse-Energie reicht noch über den Horizont hinaus auf unsere Seite und krümmt, mit der Entfernung abnehmend, unsere RZ, bis diese asymptotisch flach wird (bleibt).

Danke für Deine Mühe, aber ich bin Geologin, keine Physikerin.
Deine Darstellung übersteigt meinen Vorstellungshorizont (aus jeder Perspektive) denn doch, jedenfalls an Feierabend.

In der `Gummimattenversion´ sind ja die Strecken länger als normal - nach meinem bisherigen Verständniss der Raumzeitkrümmung müßten sie aber kürzer sein - sehe ich da irgendwas total falsch?
Und das Ganze ist nach meinem bisherigen Wissen auch nicht völlig von uns abgeschnitten, sondern nur eine sehr extreme Variante des normalen Gravitationseffekts - oder nicht?

Du hast mich doch etwas verwirrt. Aufklärung wäre nett.

Gruß, Anne