Die Schwerkraft wird als Kraft angesehen, weil sie eine Kraft ist.

Eine Kraft $ F $ ist etwas, das Objekte mit der Masse $ m macht $ beschleunigen nach $ F = ma $. Der Mond oder die ISS, die die Erde umkreist, oder ein fallender Apfel werden durch eine bestimmte Kraft beschleunigt, die mit der Existenz der Erde verbunden ist, und wir haben den Fachbegriff "Schwerkraft" für mehr als 3 Jahrhunderte dafür reserviert.

Einstein erklärte diese Gravitationskraft, $ F = GMm / r ^ 2 $, als Folge der gekrümmten Raumzeit um die massiven Objekte. Aber es ist immer noch wahr, dass:

Schwerkraft eine Wechselwirkung ist, die durch ein Feld vermittelt wird, und dem Feld auch ein Teilchen zugeordnet ist, genau wie dem elektromagnetischen Feld.

Das Feld, das die Schwerkraft kommuniziert, ist das metrische Tensorfeld $ g _ {\ mu \ nu} (x, y, z, t) $. Es definiert / stört auch die Beziehungen für Entfernungen und Geometrie in der Raumzeit, aber diese zusätzliche "hübsche" Interpretation spielt keine Rolle. Es ist ein Feld im gleichen Sinne wie der elektrische Vektor $ \ vec E (x, y, z, t) $ ein Feld ist. Der metrische Tensor hat eine höhere Anzahl von Komponenten, aber das ist nur ein technischer Unterschied.

Ähnlich wie die elektromagnetischen Felder wellenartige Lösungen unterstützen können, die elektromagnetischen Wellen, ermöglicht der metrische Tensor wellenartige Lösungen, die Gravitation Wellen. Nach der Quantentheorie ist die von der Frequenz $ f $ Wellen getragene Energie nicht kontinuierlich. Die Energie elektromagnetischer Wellen wird in Einheiten, Photonen, der Energie $ E = hf $ übertragen. Die Energie der Gravitationswellen wird in den Einheiten Gravitonen übertragen, die die Energie $ E = hf $ haben. Diese Beziehung $ E = hf $ ist völlig universell.

Tatsächlich können nicht nur "Strahlen" von Wellen in Bezug auf diese Teilchen interpretiert werden. Selbst statische Situationen mit einer dazwischen liegenden Kraft können durch die Wirkung dieser Teilchen - Photonen und Gravitonen - erklärt werden, aber sie müssen virtuelle, nicht reale Photonen und Gravitonen sein. Auch hier sind die Situationen von Elektromagnetismus und Schwerkraft völlig analog.

Sie fragen, ob die Raumzeit das Kraftfeld ist. Bis zu einem gewissen Grad Ja, aber es ist genauer zu sagen, dass die Raumzeitgeometrie, der metrische Tensor, das Feld ist.

In Bezug auf Ihre letzte Frage kann man tatsächlich die freie Bewegung von beschreiben eine Sonde im Gravitationsfeld, indem sie sagt, dass die Sonde den geradlinigsten möglichen Trajektorien folgt. Wohin diese geradesten Trajektorien führen - und zum Beispiel, ob sie im Raum periodisch sind (Umlaufbahnen) -, hängt davon ab, wie das Gravitationsfeld (Raumzeitgeometrie) tatsächlich ist. Anstatt die Trajektorien als "gerade Linien" zu betrachten (was als universelle Haltung nicht gut ist, weil die Raumzeit selbst nicht "flach" ist, dh aus zueinander orthogonalen geraden gleichförmigen Gittern besteht), ist es angemessener, über die Trajektorien in nachzudenken ein Koordinatenraum und sie sind im Allgemeinen nicht gerade. Sie sind gekrümmt und der Krümmungsgrad dieser Trajektorien hängt vom metrischen Tensor - der Raumzeitgeometrie - dem Gravitationskraftfeld ab.

Zusammenfassend ist die Schwerkraft genau wie die anderen drei eine grundlegende Wechselwirkung . Die einzigen Unterschiede zwischen der Schwerkraft und den anderen drei Kräften sind eine zusätzliche "hübsche" Interpretation des Gravitationskraftfeldes und einige technische Aspekte wie der höhere Spin des Botenpartikels und die Nicht-Renormierbarkeit der effektiven Theorie, die dieses Teilchen beschreibt.

Kann ich eine intuitive Antwort geben, wenn die Gefahr besteht, dass der Physiker mich wegen einer starken Vereinfachung tadelt?

In einem rotierenden Referenzrahmen existiert eine Zentrifugalkraft (ebenso wie die Coriolis-Kraft). Beobachter in rotierenden Rahmen sehen frei bewegliche Objekte auf gekrümmten Wegen. Sie schließen daraus, dass eine Kraft existiert und können sogar eine Formel dafür generieren. Ein Beobachter außerhalb des rotierenden Rahmens sieht, wie sich das Objekt mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, und kommt zu dem Schluss, dass keine Kraft auf es wirkt. Die Kraft ist fiktiv, aber innerhalb des rotierenden Rahmens gültig.

Die fiktive Kraft hat jedoch zwei interessante Eigenschaften. Erstens hat es keine offensichtliche Erklärung. Warum scheint etwas vom Rotationszentrum weggedrückt zu werden? Es sind keine Schnüre angebracht, keine Magnete, kein Wind weht aus der Mitte. Keine Erklärung für die Zentrifugalkraft, egal wie real sie sich anfühlt.

Zweitens hat die fiktive Kraft das erstaunliche Merkmal, dass sie bei allen Objekten unabhängig von ihrer Masse die gleiche (scheinbare) Beschleunigung erzeugt. (Vergleiche: F = ma, also muss für ein gegebenes F, wenn m höher ist, a niedriger sein.)

Betrachten Sie nun die Schwerkraft. Die Erde zieht Objekte nach unten, ohne sie zu berühren. Ohne weitere Bedingungen! Außerdem haben alle Objekte unabhängig von der Masse die gleiche Erdbeschleunigung. Die Schwerkraft hat also die Merkmale einer fiktiven Kraft.

Betrachten wir nun Einsteins GR. Kurz gesagt (und hier könnten mich die Physiker beschimpfen, aber ich strebe nach Intuition und nicht nach mathematischer Gültigkeit): Einstein sagt, Raum-Zeit sei gekrümmt. Wir nehmen die Kurve nicht wahr. Wenn wir also glauben, mit konstanter Geschwindigkeit durch die Raumzeit zu reisen, beschleunigen wir tatsächlich. Deshalb sollten wir eine fiktive Kraft entdecken. Die Schwerkraft ist diese Kraft.

(Denken Sie daran, eine Kraft ist möglicherweise fiktiv, aber innerhalb des beschleunigten Referenzrahmens sehr real.)

-Rob

Die Schwerkraft ist überhaupt nichts Besonderes. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts schien es etwas Besonderes zu sein, aber jetzt sieht das Bild anders aus.

Felder sind mehr als nur Kräfte. Felder können ihre intrinsische Dynamik, Solitonen, topologische Merkmale und nichttriviales Vakuum haben.

In Bezug auf den Kraftaspekt erzeugt das elektromagnetische Feld ein 4-Kraft-$ qF ^ {\ mu \ nu} u _ {\ nu} $, und das Gravitationsfeld ergibt ein 4-Kraft $ -m \ Gamma ^ {\ mu} _ {\ nu \ lambda} u ^ {\ nu} u ^ {\ lambda} $. Dies sieht im Wesentlichen ähnlich aus.

Jedes bekannte Feld hat eine Langangsche Dichte. Die Schwerkraft hat auch eine.

Andererseits Werte des Gravitationsfeldes, dh $ g _ {\ mu \ nu} $, $ \ Gamma ^ {\ mu} _ {\ nu \ lambda } $ und $ R ^ {\ mu} {} _ {\ nu \ lambda \ rho} $ können als geometrische Größen interpretiert werden, die die gekrümmte Raumzeit beschreiben. Dies scheint ein Unterschied zu sein ... zunächst. Aber die moderne Feldtheorie verwendet den gleichen Begriff auch für andere Felder! Es heißt, dass elektromagnetisches Potential und Feldstärke geometrische Größen sind, die den gekrümmten Raum einer besonderen Art beschreiben - ein Faserbündel , dessen Basis unsere übliche Raumzeit ist. Alle Eichfelder können auf diese Weise interpretiert werden - und alle 4 "Grundkräfte" sind tatsächlich Eichfelder.

Und diese geometrische Interpretation behindert in keiner Weise die Quantisierung des Feldes . (Es kann im Sinne des Feynman-Pfadintegrals für ein Feld verstanden werden.) Genauso wie die Quantisierung von elektromagnetischen Feldkonstrukten Photonen - ein Teilchen, das eine lektromagnetische Wechselwirkung trägt, die Quantisierung von Gravitationsfeldkonstrukten Graviton spielt die gleiche Rolle. Die überall erwähnten Probleme mit der Quantisierung treten später auf - bei der Berechnung von Störungen und deren Zusammenstellung als renormierte Theorie.

Sie können sich das Kraftbild und das Raumzeitkrümmungsbild aus zwei Blickwinkeln vorstellen das gleiche Thema. Sie widersprechen sich nicht und behindern nicht, sondern ergänzen und ergänzen und helfen, verschiedene Phänomene vorzustellen und zu analysieren.

Meine Kenntnisse der Physik erstrecken sich nicht wirklich auf diese Bereiche, und ich entschuldige mich, wenn ich falsch oder falsch vom Thema bin oder weit über meinem Kopf spreche. Es ist oft lustig, wie die Mathematisierung von Dingen ein gewisses Maß an Glauben oder Vereinigung erzwingen kann, obwohl ich nur dem Mathematiker vertraue.

Ich verstehe, dass die Kaluza-Klein-Theorie aus den zwanziger Jahren eine Form der Vereinigung bietet Durch die Ausweitung der allgemeinen Relativitätstheorie auf den 5-dimensionalen Raum erhielten sie Gleichungen, die in zwei Sätze unterteilt werden konnten, die jeweils Einstein-Feldgleichungen und Maxwell-Gleichungen für das elektromagnetische Feld entsprechen, sowie einige zusätzliche ... wikipedia

Mit anderen Worten, die gleichen 5D-Raum-Zeit-Verzerrungen würden dann sowohl das Schwerefeld als auch das elektromagnetische Feld erzeugen. Dann gibt es keinen Grund, das eine als "Kraft" zu betrachten und es für das andere als unvernünftig zu betrachten. Oder anders ausgedrückt, das elektromagnetische Feld kann auch das Ergebnis von Raumverzerrungen sein.

Nun, ich nehme an, es gibt viele Probleme mit der Kaluza-Klein-Theorie, die ich nicht einmal zu verstehen versuchen werde. Aber es scheint mir genug zu sein, um die Idee zu verwerfen, dass die Gravitation anderer Natur sein sollte, oder es macht es zumindest sehr plausibel, dass sie dieselbe Natur hat.

Dies wurde wahrscheinlich oben in technischer Hinsicht gesagt Begriffe. Aber etwas wie die KK-Theorie, so unangemessen sie auch sein mag, spricht einen Laien wie mich besser an.

In der klassischen Mechanik erzeugen beschleunigte Rahmen fiktive Kräfte wie die Coriolis-Kraft. Nach dem Äquivalenzprinzip entspricht die Schwerkraft in einem nicht beschleunigten Rahmen einem beschleunigten Rahmen ohne Schwerkraft. Daraus folgt, dass die Schwerkraft nach dem Äquivalenzprinzip einer fiktiven Kraft entspricht.

In der Quantenphysik kann eine Kraft als Welle oder Teilchen dargestellt werden (oder umgekehrt). Und in Bezug auf die Raumzeit ist die Schwerkraft eine "negative" Welle oder eine Welle, die attraktive Energie darstellt, die mit der Energie der &-Materie interagiert. Da Wellen in Quanten betrachtet werden können, ist das Graviton, die Teilchendarstellung einer Gravitationswelle, eine Einheit der Anziehungskraft. Daher bleibt der Status der Schwerkraft als Kraft durch die Quantentheorie erhalten. (Dies wird beim Beschleunigen durch die Kraft veranschaulicht, die Sie entgegen der Beschleunigungsrichtung relativ zum Referenzrahmen fühlen, der die Geschwindigkeit relativ zu einem äußeren Feld ändert ( Beachten Sie, dass dies von Einstein gesagt wurde (nicht von mir; ich sehe nicht, wie dies die Funktionsweise der Raumzeit veranschaulicht), obwohl nicht Wort für Wort)

Beantworten Sie Ihre zweite Frage, die Interaktion mit Unregelmäßigkeiten in Raum-Zeit ist die Partikel-Partikel-Wechselwirkung. Die einfache Raumzeit hat keine Energie und daher keine Quanten, die die Materie beeinflussen könnten.

Als nächstes nehmen Sie zu Recht an, dass die Raumzeit das "Kraftfeld" ist, mit dem die Materie interagiert, um die Schwerkraft zu erzeugen. (WARNUNG: PERSÖNLICHE MEINUNG VORAUS !!!!) Ich denke, dies liegt daran, dass Materie in der Raumzeit als bewegender Teil davon enthalten ist. Wenn es Teil der Raumzeit ist, würde seine "positive" Energie ein negatives Gegenstück erfordern; Daher existiert die Schwerkraft heute.

Der letzte Punkt ist, dass die Raumzeit all diese höheren Dimensionen umfasst. Dies bedeutet, dass höhere Abmessungen als Länge, Breite, Höhe und Zeit auch von der Schwerkraft beeinflusst werden.

P.S. Ich habe diese Antwort so einfach wie möglich gemacht, während ich die Frage noch beantwortete. Bitte fragen Sie nach fehlenden Details.