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  1. Über unser Leben in einem "physikalischen Dreieck"
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1. Über unser Leben in einem "physikalischen Dreieck"

Das vorangestellte Bild beschreibt die radiale Bewegung eines Probeteilchens im Gravitationsfeld.

Die Abszisse zeigt ein normiertes Maß für die Größe der potentiellen Gravitationsenergie. Für gamma=0 existiert kein Gravitationsfeld (das betrachtete Probeteilchen ist unendlich weit weg vom Gravitationszentrum). Für gamma=1 erreicht das Gravitationsfeld sein Maximum.

Die Ordinate zeigt das normierte Maß für die kinetische Energie des Teilchens. Es ist das Verhältnis von Geschwindigkeit v des Probeteilchens und Vakuumlichtgeschwindigkeit c0. Diese dimensionslose Variable ist bereits aus der SRT bekannt.

Der ebenfalls dimensionslose Parameter der Kurvenschar ist das Verhältnis aus Ruheenergie E0=m0c2 und Gesamtenergie H des Probeteilchens.

Für ein Teilchen ohne Ruhemasse (z.B. ein Photon) ist dieses Verhältnis demnach Null. Es bewegt sich im Gravitationsfeld entsprechend der oberen geraden Linie des Bildes, wenn es aus dem Unendlichen kommt und sich dabei dem Gravitationszentrum nähert (d.h. im Bild von links oben nach rechts unten).
Auf Teilchen ohne Ruhemasse (Photonen, ...) wirkt die Gravitation demnach immer abbremsend (d.h. abstoßend)!

Ein mit Ruhemasse behaftetes Teilchen bewegt sich entsprechend der untersten stark gekrümmten Kurve in Richtung Gravitationszentrum, wenn seine Anfangsgeschwindigkeit im Koordinatenursprung vom Dreieck (d.h. in unendlicher Entfernung vom Gravitationszentrum) null ist (freier Fall). Mit stärker werdendem Gravitationsfeld erfolgt zuerst eine Beschleunigung des Teilchens. Die erreichbare Geschwindigkeit erzielt ein Maximum, um dann mit wachsender Gravitationsfeldstärke wieder kleiner zu werden. Dies bedeutet, dass die Gravitation für große Abstände vom Gravitationszentrum beschleunigend (d.h. anziehend) wirkt, und für stärkere Gravitationsfelder (größere Nähe zum Gravitationszentrum) abstoßend ist. Dies setzt eine Umkehr des Vorzeichens der Gravitationskraft bei einer bestimmten Geschwindigkeit voraus. M. a. W.: Die Gravitationskraft ist auch von der Geschwindigkeit des sich bewegenden Teilchens abhängig! Diese physikalischen Verhältnisse zeigt das nächste Bild (später).

Die weiteren Kurven der Kurvenschar zeigen die Bewegung von Teilchen mit einer Ruhemasse, die mit unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten im Unendlichen starten.

Die gesamte irdische Physik spielt sich entlang der Ordinate ab, weil das Gravitationsfeld in Erdnähe äußerst schwach ist. Mit unseren Teilchenbeschleunigern können wir aber die uns interessierenden Teilchen so beschleunigen, dass sie sich entlang der Ordinate in Richtung beta=1 bewegen, wobei sie diesen Punkt vom Dreieck aber niemals erreichen.

Entlang der Abszisse können wir Erdbewohner keine Physik betreiben, da das Gravitationsfeld unserer Erde eine fest vorgegeben Größe hat (bestimmt durch die Masse der Erde), für die gamma=1 nicht annähernd erreicht wird.


A. Einstein schreibt in seinen "Autobiographical Notes" folgendes:
"... besonders wenn man die an sich nicht natürliche Forderung fallen lässt, dass die Kräfte von den Koordinaten allein (und z.B. nicht von deren Differentialquotienten nach der Zeit) abhängen."

Einige Sätze weiter unten erwähnt Einstein:
"Endlich möchte ich darauf hinweisen, dass die Spaltung der Energie in zwei wesensverschiedene Teile, kinetische und potentielle Energie, als unnatürlich empfunden werden muss; dies hat H. Hertz als so störend empfunden, dass er in seinem letzten Werk versuchte, die Mechanik von dem Begriff der potentiellen Energie (d.h. der Kraft) zu befreien."

Ich möchte an dieser Stelle nicht unerwähnt lassen, dass die zur Kurvenschar von Bild 1 gehörende Hamilton-Funktion einen Kraftanteil enthält, der direkt von der Teilchengeschwindigkeit abhängt. Ferner ist in dieser Gleichung die strenge Trennung von potentieller und kinetischer Energie nicht möglich: Es existiert ein Koppelglied zwischen klassischer potentieller und kinetischer Energie. Das bedeutet, dass auch die kinetische Energie direkt gravitativ wirksam ist! Dieser Umstand beseitigt das Problem der fehlenden Masse im Universum und in den Galaxien bzw. Galaxienhaufen auf einfache Weise. Es ist also keinesfalls notwendig nach exotischen Teilchen zu suchen, die die vermeintlich fehlende Masse ergänzen könnten. .....

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Copyright by Steffen Haase, Leipzig, 1987 and 2003

letzte inhaltliche Änderung: 11.09.2003
letzte Schreibfehlerkorrektur: 13.05.2005