Was ist Schwerkraft und was bewirkt, dass Objekte ihr entgegenwirken?

Körper, die nicht von Kräften beeinflusst werden, bewegen sich im euklidischen Raum auf geraden Linien.

Wenn der Raum gekrümmt ist, gibt es keine geraden Linien, und Partikel folgen Bahnen, die den geraden am nächsten kommen, z. Wege, deren Länge am kürzesten ist. Wenn Sie die Krümmung kennen, können diese berechnet werden, z. B. unter Verwendung von Variationsprinzipien (Sie können die Länge von Kurven berechnen, also nehmen Sie eine Funktion, die Kurven auf ihre Länge abbildet, und differenzieren diese Funktion dann, um Extrempunkte zu finden).

Diese kürzesten Kurven werden als Geodäten bezeichnet. Nun, in der klassischen Mechanik werden Trajektorien nicht nur durch den Ort, sondern auch durch die Geschwindigkeit bestimmt, und das gleiche gilt für die allgemeine Relativitätstheorie.

Himmelskörper in Umlaufbahnen bewegen sich auf solche Weise, weil ihre Geodäten geschlossene Kurven sind. Auf sie wirken keine Kräfte, sondern sie folgen dem lokal "geraden" Weg im Raum (Zeit), der für sie eine geschlossene Schleife ist (also räumlich geschlossen).

Ich hoffe, das beantwortet Ihre Frage.

Auf praktischer Ebene (Baseball, Fußball, Tennis, ...) ist Newtons Darstellung der Schwerkraft als einer Kraft mit bestimmten Verhaltensweisen vollkommen zufriedenstellend. Es wird sogar zum Starten von Satelliten (naja, die meisten von ihnen) und zum Vorhersagen von Artillerie-Einschlagspunkten verwendet. Es war diese letzte Anwendung, die die Kriegsführung noch schrecklicher machte als zuvor (und auch sicherer für die Artilleristen). Sehen Sie sich Benjamin Robins an, der der wichtigste Vordenker im Geschäft mit ballistischen Vorhersagen war.

Aber wenn sich etwas in einem starken Gravitationsfeld befindet (in Newtons Begriffen ist die Erde nicht ganz genug) oder sich ziemlich schnell bewegt (nichts in oder um die Erde ist schnell genug**), ist Newtons Darstellung seiner Kraft falsch. Die Umlaufbahn von Merkur war in Newtonschen Begriffen bekanntermaßen hartnäckig, da sie nur ein bisschen von den Newtonschen Vorhersagen abwich, egal welcher brillante Rechner die Analyse durchführte. Es stellt sich heraus, dass das Geschäft mit der Schwerkraft eine Kraft ist. Tatsächlich ist die Schwerkraft eng mit der Struktur und Geometrie der Raumzeit verbunden und ist in der Nähe einer Masse ganz anders als an einer Stelle, die weit von jeder Masse entfernt ist. Wir werden die Frage nach dem größten Teil der Masse im Universum (dunkle Materie und wahrscheinlich dunkle Energie) für diese Zwecke jetzt verfeinern.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (von 1915) machte diese Verbindungen eng genug für experimentelle Tests, von denen die berühmtesten Eddingtons Eclipse-Expeditionen im Ersten Weltkrieg waren. Aber die Umlaufbahn von Merkur stimmte mit den GR-Vorhersagen bis weit innerhalb des Beobachtungsfehlers überein, und einige andere GR-Vorhersagen haben ebenfalls zugetroffen. Es ist derzeit unser bestes Konto.

Die naheliegende nächste Frage ist also, warum (wie) beeinflusst die Schwerkraft die Geometrie der Raumzeit in der beobachteten Weise? Weder Newton noch Einstein konnten zu diesem Punkt viel beitragen. Aber ein Universum durchdringendes Feld (denken Sie an Äther, wenn Sie sich trauen!? obwohl die Details sehr unterschiedlich sind), für das ein vorhergesagtes Teilchen als "Kraftübertragungs"-Teilchen dienen würde, wurde Ende der 1960er Jahre von einigen Leuten vorgeschlagen. Higgs wurde zuerst veröffentlicht, und so heißt das Feld Higgs-Feld und das Teilchen Higgs-Teilchen. Es war ziemlich schwer zu finden. Fermilab hätte genug Energie in seinem Strahl haben müssen, um es zu finden – aber das taten sie nicht, und das Durchsuchen all der gesammelten Daten hat nicht gezeigt, dass sie es beobachteten, aber nicht bemerkten. Zumindest bisher.

Der LHC, der leistungsstärkste, der jemals von einem guten Faktor gebaut wurde, und nach einigen Anlaufschwierigkeiten, fand in seinem ersten Jahr etwas, das mit ziemlicher Sicherheit das Higgs-Teilchen ist (obwohl es vielleicht noch 3 weitere in der Familie gibt, die noch nicht gesehen wurden). Betriebs.

Es scheint also, dass die Schwerkraft den anderen fundamentalen Teilchenkräften (elektromagnetische, starke, schwache und vereinheitlichte Varianten) ziemlich ähnlich ist, da die „Kraft“ tatsächlich der Austausch von Teilchen ist, die die Kraft „tragen“. Es gibt viel Merkwürdiges an der Schwerkraft, wenn diese Kräfte wirken, und es ist viel mehr Arbeit erforderlich, um einen Sinn daraus zu machen. Vielleicht wird Cavorite möglich, wenn wir mehr verstehen?

Das Higgs ist im Volksmund als „Gottesteilchen“ bekannt, was ein ungeheuerliches Beispiel für journalistische Dummheit ist. Einer der führenden Köpfe bei der jahrzehntelangen Suche nach dem Higgs war eines Tages frustriert darüber, dass es schwer fassbar war (falls es überhaupt beschlagnahmt wurde) und befand sich in Anwesenheit einiger Journalisten, als er es als dieses „gottverdammte Teilchen“ bezeichnete. Die Journalisten (oder einer von ihnen, Geschichten variieren), die immer auf der Hut vor Farbe in der Berichterstattung über theoretische Physik waren und wussten, dass sie nicht den gesamten Ausdruck in ihren Zeitungen bekommen würden, verkürzten ihn einfach auf „Gottesteilchen“. Der Physiker war damals nicht und blieb unglücklich.

Eine Ausnahme von der Notwendigkeit, GR auf oder in der Nähe der Erde zu berücksichtigen, ist das GPS-Satellitennetz. Die Timing-Anforderungen zwischen den verschiedenen Satelliten und einem Bodenempfänger sind so anspruchsvoll, dass die Auswirkungen von GR auf die Umlaufbahnen dieser Satelliten signifikant genug sind, dass ein Korrekturfaktor verwendet werden muss, um die Ergebnisse für die Verwendung ausreichend genau zu machen.

1. Wenn wir über das Newtonsche Konzept sprechen, dann gibt es die Gravitationskraft als Zentripetalkraft und ihre Reaktion als Zentrifugalkraft. Und die Zentrifugalkraft verhindert, dass es in die Mitte fällt.

2. Aber wenn wir über Einsteins Konzept der Geodäte sprechen, dann gibt es keine Gravitationskraft oder Zentrifugalkraft. Dann müssen fallende Körper der Geodäte folgen (kürzester Weg im gekrümmten Raum). Die Krümmung im Raum-Zeit-Gefüge ist auf die Präsenz der Erde zurückzuführen. Und die Erde erzeugt solche Änderungen in der Raumzeit aufgrund der großen Menge an zusätzlicher Energie, die in einer Raumzeiteinheit verpackt ist. Die Raumzeit bleibt nur dann unverzerrt, wenn eine Raumzeiteinheit die geringste Energiedichte hat. Wir verwenden also sofort den Einzelbegriff Newton oder Einstein. Newtons Konzept ist schwächer, aber nicht falsch, und Einsteins Konzept ist stärker, aber nicht zuletzt.