Newtons Gravitation gegen Einsteins Gravitation

Hallo, wenn ich also den Unterschied zwischen der Schwerkraft, wie sie von Newton aus gesehen wird, und der Schwerkraft, wie sie von Einstein aus gesehen wird, vereinfachen würde, könnte ich sagen, dass Einsteins Schwerkraft nur die Tatsache hinzufügt, dass die Schwerkraft die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreitet und keine sofortige Wirkung hat Masse. Auch, dass nicht alle Materie in beliebiger Entfernung eine Anziehungskraft mit anderer Materie hat.

Entschuldigung, wenn ich dumm aussehe, aber ich bin 14 und versuche wirklich mein Bestes, um den Unterschied zwischen den beiden verschiedenen Theorien herauszufinden, da ich sehr neugierig bin und Astrophysik LIEBE.

Nein, so funktioniert es nicht. Verzögerte Gravitationspotentiale, also ein skalares Gravitationsfeld, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, macht auch im Sonnensystem falsche Vorhersagen, und es würde kompakte Objekte wie Schwarze Löcher überhaupt nicht beschreiben, noch könnten wir damit Kosmologie betreiben . Eine ausführlichere Antwort finden Sie unter physical.stackexchange.com/q/73061 .
Der Unterschied zwischen Einsteins Gravitation und Newtons besteht einfach darin, dass Einsteins Formulierung der Gravitation die Gesetze der Physik unveränderlich hält. Das ist so einfach, wie es wirklich wird, die gesamte Prämisse der Relativitätstheorie wurde auf der Vorstellung aufgebaut, dass alle Gesetze der Physik unabhängig von Referenzrahmen gleich sein müssen. Newton hat das jedoch überhaupt nicht berücksichtigt, also ja ...
@Horus: Die Relativitätstheorie hält die Gesetze der Physik unter Beschleunigung nicht invariant und tut dies nur in erster Ordnung für Objekte im freien Fall unter dem Einfluss der Schwerkraft. Nichts davon würde sowieso ausreichen, um die allgemeine Relativitätstheorie zu konstruieren, die zusätzlich einige nicht triviale Annahmen erfordert (und selbst für diese Annahmen nicht eindeutig ist). Die Newtonsche Mechanik ist eine vollständig "relativistische" Theorie, wenn Sie so wollen, und sie verwendet bereits das Äquivalenzprinzip. Diese Dinge waren sogar Galileo bekannt und sie reichen einfach nicht aus, um von Newton zu Einstein zu gelangen.
@CuriousOne Hallo, ich habe eigentlich keinen Teil von dem verstanden, was du gesagt hast. Ist es möglich, wenn du es für einen Vierzehnjährigen ein bisschen dämpfen könntest?
Das bedeutet, dass das Newtonsche Gravitationspotential + Lichtgeschwindigkeit = falsch im Sonnensystem, falsch im lokalen Universum und falsch im gesamten beobachtbaren Universum. Der technische Beweis dieser Dinge ist allerdings etwas schwieriger.
@Horus Ich glaube, ich habe das meiste von dem verstanden, was du gesagt hast. Danke für die Mühe, mich aufzuklären!
@CuriousOne Ich bin mir dieser Tatsache bewusst, aber OP hier ist 14 und ahnungslos. Ich versuche nur, es zuerst zu einer einfachen Erklärung zu destillieren. Auch mit Invariant meinte ich wirklich Kovariant ... Ich habe das Wort Entschuldigung vergessen.
@CuriousOne hey danke das hat wirklich geholfen. Vielen Dank.
@Horus: Sie helfen einem ahnungslosen 14-jährigen OP jedoch nicht, indem Sie ihm Unwahrheiten erzählen. Erwarten Sie, dass das OP die Bedeutung von "kovariant" versteht? Ich müsste die Details nachschlagen ... und ich habe zweimal die allgemeine Relativitätstheorie genommen ... :-)
Danke an alle für die Mühe! Wenigstens habe ich jetzt ein besseres Verständnis, danke
@Raj Thapliyal: Newtons universelle Gravitationstheorie ist eine Annäherung an einen Sonderfall von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie; wenn sich die Dinge langsam bewegen (Planetengeschwindigkeiten, langsam im Vergleich zum Licht) und nicht zu schwer sind (keine ultradichten Objekte), dann sagen Newtonsche Vorhersagen und GR ähnliche Ergebnisse voraus - aber Einstein hat Recht mit der Beugung von Licht, das nahe an der Sonne vorbeigeht. und bekommt auch die Umlaufbahn des Merkur richtig. Die Newtonsche Mechanik wird immer noch für die meisten praktischen Dinge in dieser Welt verwendet, weil sie viel, viel einfacher ist.
@CuriousOne Nein, ich hatte nicht erwartet, dass er die Bedeutung von "kovariant" versteht, obwohl es wirklich kein besseres Wort (Singular) dafür gibt. Ja, es ist mein Fehler, ihm „Unwahrheiten zu erzählen“, wie Sie es so treffend ausdrücken, obwohl es eher eine Destillation als eine Unwahrheit ist (die Meinungen können unterschiedlich sein) und vielleicht hätte ich mit mehr Zeit eine bessere Erklärung gefunden.
Die Newtonsche Gravitation besagt, dass ein Ball mit 9,8 m/s^2 auf die Erde zu beschleunigt. Wenn Sie ein wenig Algebra studiert haben, wissen Sie, dass dies eine Parabel ist. Das wäre richtig, wenn die Erde eine flache Ebene wäre, aber sie ist kugelförmig. Eine fallende Kugel würde, wenn die Erde nicht im Weg wäre, nicht der Bahn einer Parabel folgen, sondern der einer Ellipse, weil es wirklich nur eine Umlaufbahn ist, die vorzeitig auf die Erde trifft. Einsteins Gravitation berücksichtigt das. Unpraktisch, es sei denn, Sie berechnen Satellitenumlaufbahnen.
@Neil Die Umlaufbahnen in der Newtonschen Schwerkraft sind ebenfalls Ellipsen. Einsteins Schwerkraft fügte ihren Umlaufbahnen einfach eine Präzession hinzu.
Weit davon entfernt, dumm auszusehen, sind Sie dafür zu loben, dass Sie im Alter von 14 Jahren eine so scharfsinnige Frage gestellt haben. Obwohl Ihre Intuition nicht der Schwerkraft entsprach, fließt die Situation für die Entwicklung vieler Fortschritte in der Wissenschaft in eine analoge Denkweise. Ein gutes Beispiel ist die Progression: Newtonsche Physik -> Quantenphysik (Schrödinger-Gleichung) -> Relativistische Quantenphysik (Dirac-Gleichung).

Antworten (3)

Es ist verlockend, sich vorzustellen, mit Newtons Gravitationstheorie zu beginnen und zu versuchen, sie zu erweitern, um schließlich zur Allgemeinen Relativitätstheorie zu gelangen. Das Problem ist, dass die Newtonsche Schwerkraft und GR auf völlig unterschiedliche Weise formuliert sind. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist eine metrische Theorie mit einem völlig anderen Ausgangspunkt als die Newtonsche Gravitation. Während es ziemlich einfach ist zu zeigen, dass die Newtonsche Gravitation die Grenze von GR bei niedriger Geschwindigkeit und niedriger Energiedichte ist, gibt es keine einfache Möglichkeit, das Gegenteil zu tun.

Könnte ich sagen, dass Einsteins Schwerkraft nur die Tatsache hinzufügt, dass die Schwerkraft die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreitet und keine sofortige Wirkung auf die Masse hat?

Nein, du kannst nicht. Sie sind nicht allein mit diesem Fehler. Laplace machte im späten 18. Jahrhundert genau diesen Fehler und berechnete, dass, wenn Licht eine endliche Geschwindigkeit hat, es mindestens 7 Millionen mal so schnell sein muss wie die Lichtgeschwindigkeit. Poincaré machte etwa ein Jahrhundert später denselben Fehler und berechnete, dass die Gravitationsgeschwindigkeit mindestens das 10 17 -fache der Lichtgeschwindigkeit betragen muss. Noch 1998 1 machte ein professioneller Wissenschaftler mit einem Doktortitel in Astronomie denselben Fehler.

Angenommen, es regnet direkt nach unten und Sie rennen in dem Versuch, aus dem Regen herauszukommen. Anstatt nur deinen Kopf und deine Schultern nass zu machen, wirst du beim Laufen von Kopf bis Fuß (vorne) nass. Der vertikale Regen ist aus Ihrer Perspektive nicht mehr so ​​vertikal. Es scheint von vorn zu kommen. Dasselbe Problem tritt auf, wenn wir die Sonne beobachten; es scheint 20 Bogensekunden voraus zu sein, wo es dank der endlichen Lichtgeschwindigkeit "tatsächlich" ist. Dasselbe Problem würde entstehen, wenn man der Newtonschen Gravitation lediglich eine Zeitverzögerung hinzufügen würde. Das Sonnensystem würde in kurzer Zeit auseinanderfliegen, wenn dies alles wäre, was die Allgemeine Relativitätstheorie zu bieten hätte.

Die Allgemeine Relativitätstheorie macht diesen Fehler nicht. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat viel mehr zu bieten als eine endliche Übertragungsgeschwindigkeit. Aber um die Details zu verstehen, braucht man Mathematik, die weit über die eines sehr schlauen 14-Jährigen hinausgeht.

1 Hinweis für zukünftige Redakteure: Machen Sie den zitierten Link NICHT zu einer Referenz. Der Name dieses Autors ist in jeder von mir verfassten Antwort verboten.

Ich denke, die einfachste Art, über den Unterschied zwischen Newtons Gravitationstheorie und Einsteins Theorie nachzudenken, besteht darin, darüber nachzudenken, wie sie über die Gravitation selbst denken.

Newton sagt, dass es eine Kraft gibt, die alle massiven Objekte spüren, und gibt eine Regel dafür an, was diese Kraft ist. Es gibt keine Erklärung dafür, wie die Kraft zustande kommt: Sie existiert einfach. Es gibt keine Verzögerung in der Kraft: Das ist in Newtons Welt in Ordnung (was, aber in Einsteins nicht in Ordnung ist.

Einstein sagt etwas ganz anderes: Es gibt keine Schwerkraft . Stattdessen bewegen sich massive Objekte einfach auf geraden Linien. Aber zusätzlich dazu deformieren massive Objekte die Raumzeit, was bedeutet, dass „gerade Linien“ komplizierter sind, als sie es in einer nicht deformierten Raumzeit wären.

Einsteins Vorstellung von der Schwerkraft ist viel überzeugender als die von Newton:

  • es gibt eine Erklärung dessen, was Schwerkraft ist , in Bezug auf die Krümmung;
  • es ist mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbar, da sich die Verformung der Raumzeit durch Masse mit endlicher Geschwindigkeit (die natürlich Lichtgeschwindigkeit ist) durch die Raumzeit ausbreitet;
  • aber in geeigneten Grenzen reduziert es sich auf Newtons Theorie und ist damit kompatibel, was gut ist, da Newtons Theorie in vielen Fällen sehr gut funktioniert.

Da die Schwerkraft als eine Modifikation der Arena behandelt wird, in der Dinge passieren, ist es leider ziemlich schwierig, mit der Theorie zu arbeiten.

(Hinweis: Dies ist nicht als vollständige Beschreibung von GR gedacht: Ich versuche, auf jemanden von 14 zu zielen!)

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