Die Krümmung eines Raumes scheint eine höhere Dimension zu erfordern. Das ist aber nicht der Fall.
Was man unter Raumkrümmung versteht, das erläutert KP Haupt am Sa, 6.8. um 17.00 Uhr im FutureSapce Kassel im Rahmen der Aktion "100 Tage MINT".
Der Vortrag kann live besucht werden (bitte Maske tragen). Er wird aber auch im neuen YouTube Kanal von FutureSpace gestreamt:
https://youtu.be/lyvPRE34f50
Man kann grundlegende Erkenntnisse über die Entwicklung des Kosmos allein aus den newtonschen Gesetzen gewinnen. Das zeige ich in meinem neuen Post aus meiner Blogserie "Von Newton zu..." auf meiner Homepage www.natur-science-schule.info, dort auf einer Unterseite im Bereich Physik.
Auch wenn es hier nicht danach aussieht: Mathematik spielt in dem Post keine große Rolle...die Friedmanngleichungen im Bild sind nur symbolhaft zu sehen.
Einsteins Auffassung von der Realität
Teil 2: Ist die Raumkrümmung real?
In der ART ist die Krümmung der Raum-Zeit eine Eigenschaft der innewohnenden (intrinsischen) Geometrie. In unserer Vorstellung (d.h. in unserer Wirklichkeit) sehen wir eine Krümmung immer nur bei einer Einbettung in eine höhere Dimension: Eine Kugeloberfläche erscheint uns aus dem Raum heraus (der dritten Dimension) als gekrümmt. Wir stellen uns deshalb vor, dass man eine Krümmung nur aus diesen höheren Dimensionen aus feststellen kann.
Das stimmt nicht. Mit dem Riemanschen Krümmungstensor beschreibt Einstein die Krümmung als innere Eigenschaft des Raumes:
Man denke sich eine kleine "Schleife" um einen Raumpunkt herum. Wenn man nun einen Vektor (Pfeil) längs dieser Schleife so verschiebt, dass er seine Richtung relativ zur Schleife nicht verändert, dann kommt er gedreht wieder am Ausgangspunkt an, aber nur wenn innerhalb der Schleife der Raum "gekrümmt" ist. Die Animation aus wikipedia veranschaulicht das.
Das kann man auch sehr schön mit einem Bleistift auf einem Globus nachmachen:
Er muss immer so längs von Breiten-und Längenkreis verschoben werden, dass er zu sich parallel bleibt.
Geht man bei A tangential vom Äquator los, dann muss man diese Richtung ab B beibehalten, das wäre dann aber senkrecht zum Längenkreis. Am Nordpol N geht das in ein Parallelsein zum anderen Längenkreis über, angekommen bei A, hat der Pfeil seine Richtung geändert, eben wegen der Krümmung der Erde.
Wikipedia common
Auf diese Art kann man aber die Krümmung einer Linie (eindimensionales Gebilde) nicht aus dem Inneren heraus beschreiben, denn auf einer Linie kann man keine Schleife aufbauen ohne die Linie zu verlassen.
Die Raumkrümmung ist also eine reale Eigenschaft der inneren Struktur des Raumes, die wir in unserer Wirklichkeit als Phänomen einer Einbettung in höhere Dimensionen interpretieren. Das ist eben menschengemacht.
Und auch der Spruch: In der Nähe großer Massen kannst Du durch die Raumkrümmung Deinen Arsch von vorne sehen, aber ganz schön gequetscht...
Einstein fordert aber, dass eine Beschreibung der Realität objektiv ist, also nicht vom Beobachter und seinem Bezugssystem bestimmt ist.
wird fortgesetzt...
Wer sich diese Frage schonmal gestellt hat, findet in meinem Mechanik-Lehrgang eine Antwort:
https://newtonzueinstein.blogspot.com/p/wohin-krummt-sich-denn-der-raum.html
In meinem Unterrichts-Blog Mechanik kläre ich gerade die Begriffe träge und schwere Masse, den Higgs-Mechanismus und werde in den nächsten Tagen auf den Zusammenhang zur Krümmung von Raum-und Zeit eingehen.
Das sind sicher alles Themen, die auch die Leser/innen dieses Blogs interessieren. Auch die Posts vorher (gibt es schon...) und hinterher (kommen bald) gehören zum Thema.
Also schaut mal rein:
https://newtonzueinstein.blogspot.com/2021/12/p-61-zah-wie-schleim.html
Bild: CERN, Die Weltmaschine
Schon im Dezember 2020 hat das HST einen Einsteinring fotografiert, der fast vollständig zu sehen ist.
Fliegt das Licht einer weit entfernten Galaxie durch einen Galaxienhaufen voller Dunkler Materie, so wirkt dieser wie eine Gravitationslinse und erzeugt vergrößerte Abbildungen der weit entfernten Galaxie.
Liegen Galaxie und Galaxienhaufen (Linse) sowie die Erde nahezu exakt auf einer Linie, so wird die entfernte Galaxie zu einem Ring um die Linse herum auseinander gezogen.
Mit weiteren Beobachtungen und Modellrechnungen in dne letzten Monaten konnte jetzt gezeigt werden, dass das Licht der Galaxie 9,4 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war.
Die Gravitationslinse vergrößert das ferne Bild etwa 20-fach. Somit sehen wir die ferne Galaxie durch die Gravitationslinse wie durch ein 48 m Spiegelteleskop!
Amhand des Spektrums konnten sogar Molekülwolken und eine rege Neubildung von Sternen nachgewiesen werden.
Bild: ESA/HST/NASA
Immer wieder liest man, dass sich Licht in Gravitationsfeldern langsamer ausbreitet.
Der 1970 untersuchte Shapiroeffekt wird dazu herangezogen: Die Laufzeit von Radarsignalen zur Venus und zurück zur Erde vergrößert sich, wenn die Venus in Konjunktion (also in Nähe) zur Sonne steht.
In der Tat hat Einstein 1911 eine Gravitationstheorie mit variabler Lichtgeschwindigkeit entwickelt.
Er wollte die Lichtablenkung in Gravitationsfeldern erklären und verglich dies mit der Lichtbrechung, die ja auch durch eine Reduzierung der effektiven Geschwindigkeit verstanden werden kann.
Dabei berücksichtige er aber nur den bremsenden Einfluß der Schwerkraft auf Licht und erhielt falsche Werte.
1915 entwickelte er dann die Allgemeine Relativitätstheorie ART. Hier erklärt er Schwerkraft durch eine Raum-Zeit-Krümmung bei überall lokal konstanter Lichtgeschwindigkeit.
Aus großer Entfernung betrachtet braucht ein Lichtstrahl länger, um an der Sonne vorbei zu gehen, nicht weil er langsamer wird, sondern weil er im lokal gekrümmten Raum verläuft.
Also: Licht ist an jedem Punkt im Universum immer gleich schnell. Egal ob sich die Lichtquelle bewegt oder ein Gravitationsfeld vorliegt.
Einstein hat 1915 in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, dass sich Raum-Zeit-Koordinaten durch Massen verändern lassen. Vereinfacht (und vermutlich falsch) ausgedrückt: Massen krümmen den Raum.
Erst 1919 spielten die Weltlage und das Wetter mit: In Expeditionen konnte die "Raumkrümmung" durch die Sonne bei einer totalen Sonnenfinsternis im Mai 1919 nachgewiesen werden.
Das Prinzip war einfach: Man fotografierte ein halbes Jahr vorher nachts die Region, in der die Sonne bei der Finsternis stehen sollte und bestimmte exakt die Sternpositionen.
Das wiederholte man während der Finsternis. Die Veränderung der Sternpositionen wurde auf die Raum-Zeit-Veränderung in der Nähe der Sonne zurückgeführt.
Edington organisierte eine große Expedition in die Totalitätszone nach Brasilien. An zwei verschiedenen Orten wurde beobachtet:
Eddington war in Principe. Dort regnete es bis kurz vor Beginn der Totalität. Trotzdem konnte er 16 Aufnahmen herstellen, von denen aber nur wenige brauchbar waren.
Davidson war in Sobral. Dort war es so heiß, dass das Fernrohr unbrauchbar wurde und man mit einem Ersatzgerät arbeitete.
Die klassische Mechanik ergibt eine Positionsverschiebung (am Sonnenrand) von 0",85, Einstein errechnete den doppelten Wert von 1",7.
Eddington erhielt 1,6 +/- 0,3 Bogensekunden, Davidson 1,98 +/-0,12 Bogensekunden.
 |
| Darstellung der Ergbnisse: Verschiebung der Sternpositionen |
Damit war Einsteins Berechnung bestätigt und er wurde zum Weltstar der Physik!
Eine der Originalaufnahmen wurde jetzt aufwändig restauriert. Hovalek entfernte Staub, schärfte das Bild und passte Farben an (gestreutes Sonnenlicht der Korona, Protuberanzen).
So muss die Sonne am 19.5.2019 ausgesehen haben:
