Die Antwort von Luboš ist natürlich vollkommen richtig. Ich werde versuchen, Ihnen einige Beispiele zu geben, warum die geradeste Linie physikalisch motiviert ist (abgesehen davon, dass sie als Extremkurve mathematisch außergewöhnlich ist).

Stellen Sie sich eine 2-Kugel (eine Oberfläche einer Kugel) vor. Wenn eine Ameise dort lebt und nur geradeaus geht, sollte es offensichtlich sein, dass er dorthin zurückkommt, wo er herkommt, wobei seine Flugbahn ein Kreis ist. Stellen Sie sich eine zweite Ameise vor und nehmen Sie an, dass sie vom selben Punkt wie die erste Ameise und mit derselben Geschwindigkeit, aber in eine andere Richtung läuft. Er wird auch einen Kreis erzeugen und die beiden Kreise kreuzen sich an zwei Punkten (Sie können sich diese Kreise als Meridiane und die Kreuzungspunkte als Nord- bzw. Südpol vorstellen).

Nun, aus der Sicht der Ameisen Wer sich nicht bewusst ist, dass er in einem gekrümmten Raum lebt, scheint eine Kraft zwischen sich zu haben, da sich seine Entfernung zeitlich nicht linear ändert (denken Sie noch einmal an diese Meridiane). Dies ist eine der Auswirkungen der gekrümmten Raumzeit auf die Bewegung der Partikel (dies sind tatsächlich Gezeitenkräfte). Sie könnten sich vorstellen, dass die geraden Linien auch anders aussehen würden, wenn die Oberfläche keine Kugel wäre, sondern anders gekrümmt. Z.B. Für ein Trampolin erhalten Sie Ellipsen (fast, sie schließen sich nicht vollständig, was beispielsweise zur Präzession des Perihels des Merkur führt).

Soviel zur Erklärung der gekrümmten Raum-Zeit (in der obigen Diskussion ging es nur um den Raum; wenn Sie eine spezielle Relativitätstheorie in das Bild einführen, erhalten Sie wie gewohnt auch neue Effekte beim Mischen von Raum und Zeit). Aber woher weiß die Raumzeit, dass sie überhaupt gekrümmt sein sollte? Nun, es liegt daran, dass es Einsteins Gleichungen gehorcht (warum es diesen Gleichungen gehorcht, ist jedoch eine separate Frage). Diese Gleichungen beschreiben genau, wie Materie die Raumzeit beeinflusst. Sie sind natürlich mit der Newtonschen Schwerkraft in einem Regime mit niedriger Geschwindigkeit und kleiner Masse kompatibel, so z. Für eine Sonne erhalten Sie diese Trampolinkrümmung und die Planeten (die auch kleine Dellen erzeugen, zum Beispiel Monde fangen; aber vergessen Sie diese für einen Moment, weil sie für die Bewegung des Planeten um die Sonne nicht so wichtig sind). folgt geraden Linien und bewegt sich in Ellipsen (wieder fast Ellipsen).

Es gibt tatsächlich zwei verschiedene Teile der allgemeinen Relativitätstheorie. Sie werden oft als

1. angegeben. Die Raumzeit gibt an, wie man sich bewegt.
2. Die Materie gibt an, wie sich die Raumzeit krümmt.
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Punkt 1 ist eigentlich einfach zu erklären: Objekte bewegen sich einfach auf möglichst geraden Wegen durch die Raumzeit, die als Geodäten bezeichnet werden. Die Wege scheinen nur wegen der Verzerrung der Raumzeit gekrümmt zu sein. Wenn Sie ein Physiker sind, möchten Sie wissen, dass diese Tatsache aus dem Prinzip der extremen Handlung (mit allen erforderlichen mathematischen Details) abgeleitet werden kann, aber wenn Sie nicht durch die Mathematik waten möchten, hoffentlich bei Am wenigsten macht es Sinn, dass sich Objekte auf "geraden" Linien bewegen. Es gibt keine tatsächliche Kraft, wenn sich die Flugbahn eines massiven (oder sogar masselosen) Objekts als Reaktion auf die Schwerkraft krümmt, da keine Kraft erforderlich ist, um etwas auf einer geraden Linie in Bewegung zu halten. (Ich kann diesen Punkt definitiv erweitern, wenn Sie möchten.)

Nun erwähnte ich, dass die Raumzeit verzerrt werden muss, damit die Flugbahnen der Objekte für uns gekrümmt erscheinen, obwohl sie tatsächlich "gerade" sind. Das Wesentliche von Punkt 2 ist also, warum die Raumzeit überhaupt verzerrt ist. Die Physik hat darauf keine gute Antwort. Technisch gesehen haben wir auch keine Antwort auf Punkt 1, aber das Argument "gerade Linie" lässt es zumindest plausibel erscheinen. Leider gibt es kein gleichwertiges Plausibilitätsargument dafür, warum sich die Raumzeit um die Materie verzieht. (Vielleicht werden wir uns eines Tages eine einfallen lassen.) Alles, was wir jetzt tun können, ist, Gleichungen zu erstellen, die beschreiben, wie sich die Raumzeit um Materie verhält, nämlich die Einstein-Gleichungen, die $ geschrieben werden können G _ {\ mu \ nu} = 8 \ pi T _ {\ mu \ nu} $ unter anderem.

Die Trampolin-Analogie benötigt eine zusätzliche Schwerkraftquelle - denn das verstehen die Laien, die Empfänger der Erklärung, intuitiv -, aber die reale allgemeine Relativitätstheorie benötigt keine zusätzliche "externe" Schwerkraft.

Stattdessen besagt die allgemeine Relativitätstheorie, dass der Raum durch Einsteins Gleichungen gekrümmt wird, $$ G = T $$, wobei die linke Seite Zahlen sind, die die Krümmung an einem bestimmten Punkt beschreiben, und die rechte Seite die Dichte der Materie und Schwung. Ich lasse Indizes und Konstanten weg, haha. Die allgemeine Relativitätstheorie sagt also aus, wie die Raumzeit unter dem Einfluss von Materie gekrümmt ist.

Der zweite Teil der Geschichte besagt, dass die allgemeine Relativitätstheorie auch sagt, wie sich Materie in der äußeren Geometrie bewegt. Es bewegt sich entlang der "Geodäten", Linien, die so gerade wie möglich sind. $$ \ delta S_ {action \, dh \, Proper \, Länge} = 0 $$ Dies bedeutet tatsächlich, dass sich die Objekte scheinbar entlang der vorhergesagten bewegen gekrümmte Flugbahnen. Diese Trajektorien sind in der gekrümmten Raumzeit tatsächlich so gerade wie möglich.

Stellen Sie sich vor, dass eine Halbkugel eine Scheibe im Trampolin ersetzt. Es gibt also eine (fast) gerade Linie auf der Hemisphäre - nämlich den Äquator in der Nähe der Kreuzung mit dem Rest des Trampolins. Beachten Sie, dass der Äquator auf der Erde ein maximaler Kreis ist - es ist also eine der geradesten Linien, die Sie auf der Erdoberfläche zeichnen können. Gleiches gilt für alle tatsächlichen Trajektorien, die Objekte in der Raumzeit der allgemeinen Relativitätstheorie wählen.

Im Beispiel der Hemisphäre über dem Trampolin können Partikel also genau wie Planeten um den Äquator der angehängten Hemisphäre kreisen, weil Es ist die geradeste und natürlichste Linie, die sie wählen können. Ich benutze keine äußere Schwerkraft, um die wahre Schwerkraft zu erklären. Stattdessen verwende ich das Prinzip, dass Partikel die natürlichste - die geradeste - Linie wählen, die sie in der gekrümmten Raumzeit finden können.

Beste WünscheLubos

Die anderen Antworten sind mehr oder weniger richtig, aber vielleicht kann ich noch etwas mehr zum Punkt der Frage sagen: * Wie kann die gekrümmte Raumzeit selbst tatsächlich eine Kraft ausüben?

Es ist überhaupt keine Kraft benötigt.

Die Schwerkraft ist keine Kraft. Was ist überhaupt eine Kraft? Newton hat fast zum ersten Mal in der Wissenschaft geklärt, was eine Kraft ist: Zuerst werde ich es sagen, dann erklären: Eine Kraft ist etwas, das die Bewegung eines Körpers von einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung abweichen lässt.

Newton wies darauf hin, dass Körper die Tendenz und Trägheit haben, in die Richtung zu gehen, in die sie bereits gehen, mit der Geschwindigkeit, die sie gerade haben. Das bedeutet gleichmäßige, geradlinige Bewegung: konstante Geschwindigkeit, gleiche Richtung. Newton wusste tatsächlich, dass dies das war, was später als geodätisch bezeichnet werden würde, da «eine gerade Linie der kürzeste Abstand zwischen zwei Punkten ist».

Newton fuhr fort, um die Trägheit zu überwinden, um diese Tendenz zu überwinden, erfordert eine Kraft: Kraft ist das, was einen Körper dazu bringt, von der Geodät abzuweichen, auf die er (auch nur für einen Moment) gerichtet ist (Richtung und Geschwindigkeit).

Es war dann Einstein (und teilweise Mach vor ihm), der dies sagte kommt nicht zum Kern der Frage. Für Einstein musste jedes Koordinatensystem gleichermaßen zulässig sein, und tatsächlich ist die Raumzeit gekrümmt (wie bereits von anderen Postern erklärt). Ein Körper oder Partikel unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt sich tatsächlich in einer Geodät ... d. H. Er macht das, was ein freies Partikel tut. Das heißt, es macht das, was ein Teilchen nicht unter dem Einfluss einer Kraft tut. Die Schwerkraft ist also keine Kraft.

Newton erkannte nicht, dass die Raumzeit gekrümmt werden konnte und dass die Geodäten aus unserer Sicht nicht als gerade Linien erscheinen würden, wenn sie allein in den Raum projiziert würden . Diese Ellipse, die Sie auf Bildern von Planetenbahnen sehen? Es ist natürlich nicht wirklich da, da der Planet nur verschiedene Punkte der Ellipse zu verschiedenen Zeiten erreicht ... diese Ellipse ist nicht das, was der Planet wirklich in Raum-Zeit durchquert, sondern die Projektion des Pfades des Planeten auf eine Scheibe des Weltraums, es ist wirklich nur der Schatten des wahren Pfades des Planeten und scheint viel gekrümmter zu sein als der wahre Pfad wirklich ist.

(¡Die Krümmung der Raumzeit in der Nachbarschaft der Erde ist wirklich sehr klein! Der Weg der Erde in der Raumzeit scheint für einen imaginären euklidischen Beobachter, der in Ein flacher fünfdimensionaler Raum, der größer als unser Raum war, blickte in unserer leicht gekrümmten vierdimensionalen Raumzeit, eingebettet in ihre Welt, auf uns herab. Es ist $ ct $ span>, denken Sie daran, Die Krümmung um die Ellipse verteilt sich also über ein ganzes Lichtjahr und scheint fast gerade zu sein ... und ist gerade, wenn man die leichte Krümmung der Raumzeit berücksichtigt.)

Da sich jedes Teilchen unter dem Einfluss der Schwerkraft allein in einer Geodät bewegt, erfährt es keine Kraft, die es von seiner Trägheit und von dieser Geodät abweichen lassen würde. Die Schwerkraft ist also keine Kraft, aber es gibt immer noch elektrische Kräfte. Sie könnten die Trägheit eines geladenen Körpers überwinden und ihn von der Geodät abweichen lassen, auf die er gerichtet ist: Ändern Sie seine Geschwindigkeit und Richtung (wenn Geschwindigkeit und Richtung in gekrümmter Raumzeit gemessen werden).

Einstein (und ich auch) wollten die Definition von Kraft in dieser neuen Situation nicht ändern, da bekannt ist, dass elektrische Kräfte existieren und immer noch Kräfte in GR sind. Der alte Begriff der Kraft behält also immer noch seine Nützlichkeit für andere Dinge als die Schwerkraft. Um es noch einmal zu wiederholen: Wenn sich ein Körper in der Raumzeit nicht in einer Geodät bewegt, suchen Sie nach einer Kraft, die ihre Trägheit überwindet. Da jedoch die Schwerkraft und die Krümmung der Raumzeit einen Körper nicht von einer Geodät abweichen lassen , keiner von ihnen ist eine Kraft.

Siehe auch http://www.einstein-online.info/elementary/generalRT/GeomGravity.html, die den Trampolin-Irrtum vermeidet und hat ein großartiges Bild des großen Kreises.

Wie bereits erwähnt, besteht das Hauptproblem bei der allgemeinen Visualisierung darin, dass die Zeitdimension weggelassen wird. In der unten verlinkten Animation ist die Zeitdimension enthalten, um zu erklären, wie sich die Allgemeine Relativitätstheorie vom Newtonschen Modell unterscheidet.

http://www.youtube.com/watch?v=DdC0QN6f3G4

Es ist einfach zu sehen, wie die Geometrie der Raumzeit die Schwerkraft beschreibt - Sie müssen nur die geodätische Gleichung verstehen, die im Allgemeinen die Pfade der Dinge beschreibt, die der Schwerkraft und nichts unterliegen sonst. Dies ist die Seite "Raumzeit beeinflusst Materie" der Theorie.

Um zu verstehen, warum insbesondere die Krümmung als Eigenschaft der Geometrie wichtig ist, müssen Sie die Seite "Materie beeinflusst Raumzeit" im Allgemeinen verstehen Relativität. Das Postulat ist, dass der Gravitationslagrangian der Theorie gleich der Skalarkrümmung ist - dies wird als "Einstein-Hilbert-Aktion" bezeichnet -

$$ S = \ int {\ left ({\ lambda R + {{\ mathcal {L}} _ M}} \ right) \ sqrt {- g} \, d {x ^ 4}} {\ text {}} $$

Sie legen die Variation fest in der Aktion auf Null, wie bei jeder klassischen Theorie, und lösen Sie für die Bewegungsgleichungen. Der herkömmliche Weg, dies zu tun, sieht ungefähr so ​​aus:

$$ \ int {\ left ({\ frac {{\ delta \ left ({\ left ({{{\ mathcal {L}}) _M} + \ lambda R} \ rechts) \ sqrt {- g}} \ rechts)} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}}} \ rechts) \ delta {g _ {\ mu \ nu }} \, d {x ^ 4}} = 0 $$$$ \ sqrt {- g} \ frac {{\ delta {{\ mathcal {L}} _ M}}} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}}} + \ lambda \ sqrt {- g} \ frac {{\ delta R}} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}} + \ left ({{{\ mathcal {L. }} _ M} + \ lambda R} \ rechts) \ frac {{\ delta \ sqrt {- g}}} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}} = 0 $$$$ \ frac { {\ delta R}} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}} + \ frac {R} {{\ sqrt {- g}}} \ frac {{\ delta \ sqrt {- g}} } {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}} = - \ frac {1} {\ lambda} \ left ({\ frac {1} {{\ sqrt {- g}}} {{\ mathcal {L}} _ M} \ frac {{\ delta \ sqrt {- g}}} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}} + \ frac {{\ delta {{\ mathcal {L}} _M}}} {{\ delta {g _ {\ mu \ nu}}}} \ right) $$

$$ {R _ {\ mu \ nu}} - \ frac {1} { 2} R {g _ {\ mu \ nu}} = \ frac {1} {{2 \ lambda}} {T _ {\ mu \ nu}} $$

Um den Wert von $ \ kappa = 1 / {2 \ lambda} $ festzulegen, setzen wir die Newtonsche Schwerkraft bei niedrigen Energien auf, für die wir nur die Zeit-Zeit-Komponente berücksichtigen, die die Newtonsche Schwerkraft beschreibt (ich werde $ verwenden C $ für die Gravitationskonstante, wobei $ G $ für die Spur des Einstein-Tensors reserviert wird) -

$$ \ begin {versammelt} {G_ {00}} = \ kappa c ^ 4 \ rho \ \ {R_ {00}} = {G_ {00}} - \ frac {1} {2} Gg_ {00} \\\ Rightarrow {R_ {00}} \ approx \ kappa \ left ({c ^ 4 \ rho - \ frac {1} {2} \ frac {1} {{c ^ 2}} c ^ 4 \ rho c ^ 2} \ rechts) \ approx \ frac {1} {2} \ kappa c ^ 4 \ rho \\\ end {versammelte} $$

Auferlegung des Poissonschen Gesetzes aus der Newtonschen Schwerkraft mit $ \ partiell ^ 2 \ Phi $, ungefähr $ \ Gamma _ {00, \ alpha} ^ \ alpha $,

$$ 4 \ pi C \ rho \ ungefähr {\ nabla ^ 2} \ Phi \ ungefähr \ Gamma _ {00, \ alpha} ^ \ alpha \ ungefähr {R_ {00}} \ ungefähr \ frac {\ kappa} {2} c ^ 4 \ rho \\\ Rightarrow \ kappa = \ frac {{8 \ pi G}} {{c ^ 4}} \\ $$

(Die Tatsache, dass dies möglich ist fantastisch - es bedeutet, dass das einfache Postulieren, dass die Raumzeit in einem bestimmten Sinne gekrümmt ist, eine Kraft erzeugt at stimmt mit unseren Beobachtungen bezüglich der Schwerkraft bei niedrigen Energien überein.) Geben Sie uns die Einstein-Feld-Gleichung,

$$ {G _ {\ mu \ nu}} = \ frac {{8 \ pi G}} { {c ^ 4}} {T _ {\ mu \ nu}} $$

Ich denke, das Problem für den Laien besteht darin, zu verstehen, warum es in der Raumzeit Bewegung gibt, und ich denke, eine Art Antwort ist, dass wir Bewegung durch die Zeit bereits akzeptieren, wenn wir Zeit und Raum als getrennt betrachten. Nun, wir sind in Bewegung durch die Raumzeit, in der Zeit und Raum nicht trennbar sind, und wenn wir uns durch einen Bereich der Raumzeit bewegen, der Materie enthält, ist der kürzeste Raumzeitpfad zwischen zwei Ereignissen derjenige, der die Bewegung durch das Raumbit sowie das Zeitbit umfasst ( dh nicht orthogonal zu den Raumachsen). Das wird als unter die Schwerkraft fallend erlebt.

Ein vollständiger Ersatz für die kurze Antwort, die ich vor einiger Zeit geschrieben habe:

Mehr als eine Person hat die Idee eines Ameisenpaares auf die Oberfläche einer Kugel gebracht. Jede Ameise bewegt sich in einer für sie geraden Linie, die sich jedoch mit zunehmender Geschwindigkeit näher kommt, bis sie kollidiert. (Vorausgesetzt, sie sind richtig aufgereiht.)

Dies ist eine ausgezeichnete Metapher, aber es kann verwirrend sein, weil jede Ameise sich selbst antreibt, sodass sie aufhören könnte, wenn sie wollte, und sie müssen es auch sein genau dann aufgereiht, wenn sie anfangen oder nicht kollidieren. Wenn Sie einen Stein stillhalten und dann loslassen, beginnt er sich zu bewegen, was sich vom Ameisenbild zu unterscheiden scheint.

Alle diese Probleme verschwinden, wenn Sie feststellen, dass sie es nicht umsonst Raum Zeit i> nennen. Die Oberfläche des Ballons ist zweidimensional in der Ameisen-auf-Ballon-Analogie (und eigentlich sollten die Ameisen selbst zweidimensional sein und in der Oberfläche des Ballons eingebettet leben, so wie wir in die Raumzeit eingebettet sind). Es ist jedoch falsch zu glauben, dass wir nur eine Dimension wegwerfen, um den gekrümmten Raum visualisieren zu können. Die richtige Art, sich den Ballon vorzustellen, ist, dass er eine Raumdimension und eine Zeitdimension hat. Wir werfen also zwei der vier Dimensionen weg.

Jede Ameise rast kopfüber in ihre eigene Zukunft und kann nicht aufhören oder sogar langsamer werden. Und die Ameisen können sich nicht verfehlen, denn die Wege, denen sie folgen, sind wirklich die Geschichte ihres Lebens. Die Pfade werden als Weltlinien bezeichnet. Jeder Punkt auf einer Weltlinie ist eine Zeit und ein Ort, durch den die Ameise gegangen ist. Wenn sich zwei Weltlinien kreuzen, bedeutet dies, dass sich zwei Ameisen zur gleichen Zeit am gleichen Ort befanden.

Das ist immer noch verwirrend, weil der Ballon rund ist. Welche Richtung ist Zeit und welche Richtung ist Raum? Was passiert, wenn die Ameise die Kugel umrundet? Um diese Fragen zu verstehen, müssen Sie ein Koordinatensystem auf die Kugel legen. Für dieses Spielzeuguniversum ist es tatsächlich sinnvoll, Breiten- und Längengrade als Koordinaten zu verwenden. Der Südpol ist eine Art Urknall (nimm das mit viel Salz) und der Nordpol ist die große Krise in der Zukunft (das wird im wirklichen Leben definitiv nicht passieren). Die Breitengradlinien sind die Zeitkoordinaten, was bedeutet, dass die Zeit entlang der Längengrade verläuft.

Eine Frage wurde als Duplikat eines Duplikats dieser Frage markiert, daher veröffentliche ich meine Antwort hier.

Gravity ist auf die Krümmung von Spacetime

Ich glaube es ist wahr. Das sagt die allgemeine Relativitätstheorie, und die allgemeine Relativitätstheorie wurde in Vorhersagen bestätigt, die von der Existenz schwarzer Löcher über die Umlaufbahn des Merkur bis zur Biegung des Lichts reichen.

Relation zwischen Raumzeit, Krümmung, Masse und Schwerkraft

Sie sagen, Sie sind verwirrt darüber, wie die Krümmung von Raumzeit und Schwerkraft zusammenhängt. Ich werde dies in meiner Antwort hauptsächlich erklären, angefangen bei einfacheren Beispielen bis hin zu komplizierteren.

Okay, nehmen wir an, Sie haben eine Gummiplatte. Dies ist das klassische Beispiel für Raumzeit. Nehmen wir an, Sie nehmen eine Bowlingkugel und legen sie auf die straffe Gummiplatte. Es hat eine große Masse (im Vergleich zu dem, was wir sonst noch auf das Blatt legen werden), daher krümmt sich das Blatt für die Bowlingkugel stark. Wir haben jetzt ein Bild in unserem Kopf wie das folgende:

Masse führt also zu Krümmung. Nehmen Sie dann beispielsweise einen Baseball und stellen Sie ihn in die Nähe der Bowlingkugel. Es rollt auf die Bowlingkugel zu, oder? Dies tritt aufgrund der Krümmung des Blattes auf. Die Krümmung führt also zur Schwerkraft. Wenn ein Objekt eine große Masse hat, krümmt es die Raumzeit dramatisch, was zu einer starken Schwerkraft führt.

Dies ist natürlich ein zu vereinfachtes Beispiel. Es ist 2-d und berücksichtigt keine anderen Faktoren. Gehen wir zu 3-d über (wobei zu berücksichtigen ist, dass das Universum 4-d ist und das holographische Prinzip ignoriert wird). Die Masse einer Bowlingkugel saugt jetzt den Raum um sie herum an, ähnlich wie auf dem Bild unten:

Und jetzt können wir in diesem Fall sehen (oder verstehen), dass mehr Masse immer noch zu mehr Krümmung führt. Je größer die Masse ist, desto mehr Raumzeit "zieht" sich um das Objekt zusammen. Wir denken also immer noch, dass Masse zu Krümmung führt. Wenn wir nun ein Objekt in die Nähe dieses massiven Objekts setzen (wie den Mond neben der Erde), wird es durch die Krümmung der Raumzeit "angesaugt", obwohl sich der Mond natürlich auch um ihn herum zusammenzieht. An diesem Punkt können wir vernünftigerweise immer noch den Schluss ziehen, dass Masse in 3-d zu einer Krümmung führt, die zur Schwerkraft führt.

Aber wie ich bereits sagte, wird das Universum im Allgemeinen als 4-d betrachtet. Wie sieht unser Bild aus, wenn wir Zeit hinzufügen? Nun, die Zeitdimension ist um ein massives Objekt zusammengezogen. Stellen wir uns also unser vorheriges Beispiel vor, aber in den Stoff der Raumzeit sind gelegentlich einige Uhren eingebettet. Wenn sich der Raum ausdehnt und zusammenzieht, werden auch die Uhren (die "Zeit") und damit die Zeit auf diesen Uhren "falsch" sein - sie wird sich von den anderen Uhren unterscheiden. Und in diesem Fall ändert die Erde, wenn sie Raum und Zeit um sich herum zusammenzieht, Zeit und Raum (sie krümmt die Raumzeit). Wenn also ein anderes Objekt in unsere Region der Raumzeit eintritt, wird es immer noch "angesaugt", aber es ist auch Zeit . Dies ist natürlich ein sehr extremes Beispiel, aber ich hoffe, dies zeigt, dass wir daraus schließen können, dass Masse zu Krümmung führt, die zur Schwerkraft führt. Und ein Schwarzes Loch ist einfach so viel Masse, dass es zu so viel Krümmung führt, dass die Schwerkraft so stark ist, dass kein Licht entweichen kann.

Ich hoffe das hilft!

Was Einsteins Gleichung auf einer grundlegenden Ebene sagt, ist, dass die Krümmung von Raum-Zeit und Spannungsenergie dasselbe ist.

Damit dieses Gesetz eingehalten wird, ist es klar, dass Die Spannungsenergie eines Testteilchens kann in einer Raumzeit mit sich ändernder Krümmung nicht konstant sein.

Wenn Sie also einen Koordinatensatz wählen können, in dem der Spannungsenergietensor durch die Massenenergie von dargestellt wird Das Teilchen, dann ist der praktische Effekt, den Sie beobachten können, die Änderung der Energie und der Impulse des Testteilchens.

Wenn Sie daher das Testteilchen beobachten, werden Sie feststellen, dass es sich ändernde Energie und Impulse aufweist, und daher a ableiten Kraft treiben diese Änderungen. Dies ist, was wir Schwerkraft nennen.

Die allgemeine Relativitätstheorie liefert jedoch ein viel tieferes Bild der Schwerkraft als Beschreibung der Krümmung der Raum-Zeit, sodass die Schwerkraft in gewisser Weise ein beobachteter Effekt ist der Krümmung der Raum-Zeit oder, wenn Sie möchten, einen beobachteten Effekt der Verteilung von Masse und Energie.

Die Krümmung wirkt sich auf die Bewegung aus, indem die Linien, die so gerade wie möglich sind, zusammenlaufen. Zeichnen Sie einfach, wie Sie und Ihre Freunde in konstanter Höhe vom Nordpol fliegen, egal in welche Richtung Sie gehen (auch wenn Sie und Ihre Freund geht in ganz andere Richtungen), dann fängst du an, am Südpol zu konvergieren. Dies ist eine sehr gute Möglichkeit, einen Effekt zu beschreiben, der durch den Pfad und nicht durch die Masse des Objekts bestimmt wird, das den Pfad nimmt. Dies wird manchmal als "Raumzeit sagt, wie man sich bewegt" beschrieben, aber in Wirklichkeit konvergieren nur die geradlinigsten Linien, wenn die Raumzeit richtig gekrümmt ist.

Aber etwas, das nicht genug erwähnt wird, ist, dass während Masse, Energie , Impuls, Spannung und Druck sind Krümmungsquellen, sie sind nicht die einzigen Dinge, die eine Krümmung erzeugen. Die Krümmung selbst kann eine weitere und zusätzliche Krümmung erzeugen. Eine Gravitationswelle kann sich in einem Vakuum des leeren Raums ohne jegliche Masse, Energie, Impuls, Spannung und Druck ausbreiten oder sogar ausbreiten.

Der Bereich außerhalb eines symmetrischen nicht rotierenden statischen Sterns ist gekrümmt, selbst die Teile weit entfernt von jeder Masse oder Energie oder Impuls oder Stress oder Druck. Der Raum bleibt gekrümmt, da die vorhandene Krümmung genau so geformt ist, dass sie bestehen bleibt (oder auf andere Weise eine zukünftige Krümmung genau wie sich selbst verursacht).

Die Krümmung ermöglicht und erfordert manchmal mehr und / oder zukünftige Krümmung, genau wie beim Reisen elektromagnetische Wellen ermöglichen und / oder erfordern sogar, dass anderswo und / oder später mehr elektromagnetische Wellen vorhanden sind. Das Vakuum ermöglicht eine Krümmung weit entfernt von Gravitationsquellen, ebenso wie es elektromagnetische Wellen weit entfernt von elektromagnetischen Quellen zulässt. Elektromagnetische Quellen ermöglichen es, dass sich elektromagnetische Felder unterschiedlich verhalten (nämlich Energie gewinnen oder verlieren sowie sich auf unterschiedliche Weise bewegen und Impuls und Stress gewinnen und verlieren). In ähnlicher Weise lassen Gravitationsquellen die Krümmung anders auf sich selbst reagieren als sonst.

Stellen Sie sich einen flachen Raumbereich vor, der wie eine Kugel geformt ist, und stellen Sie sich dann einen gekrümmten Raum vom Trichtertyp vor, in dem zwei Bereiche der Oberfläche weiter voneinander entfernt sind als wenn sie flach wären (wie eine höherdimensionale Version eines Trichters und auf einer Trichteroberfläche) Zwei Kreise eines bestimmten Umfangs sind weiter entfernt, gemessen entlang des Trichters, als wenn sich zwei ähnlich große Kreise in einem flachen Blatt befinden. Die Raumzeit allein erlaubt es sich nicht, diese beiden Arten von Regionen miteinander zu verbinden, aber diese Nichtübereinstimmung ist genau die Art oder Nicht-Aneinanderreihung, die etwas Masse oder Energie genau dort auf die Grenzfixierungen bringt. Ohne Masse können sich diese beiden Regionen also nicht aneinanderreihen, mit Masse können sie es. Genau wie ein elektromagnetisches Feld einen Knick haben kann, wenn dort eine Ladung vorhanden ist.

Ihre Krümmung breitet sich also gerne auf eine bestimmte Weise aus, und wenn Sie möchten, dass sie davon abweicht, benötigen Sie Masse, Energie und Impuls , Stress und / oder Druck. Und Sie benötigen die richtige Art, damit sie übereinstimmt. Die gewünschte Art ist möglicherweise verfügbar und existiert möglicherweise nicht einmal, sodass nicht alle Arten von Krümmungen zulässig sind. Der Punkt einer Quelle ist jedoch, dass sie das Gleichgewicht zwischen der nahegelegenen Krümmung ändert und nicht die zukünftige Krümmung beeinflusst. Es gibt also eine Art Gleichgewicht, und es gibt Dinge, die das Gleichgewicht verzerren können. Die Dinge, die das natürliche Vakuumgleichgewicht verzerren, werden Gravitationsquellen genannt.

Wir beobachten, dass wir eine gekrümmte Raumzeit haben. Gravitationsquellen zu haben, die die normale oder übliche Art der Krümmungsentwicklung verändern können, ist etwas ganz anderes. Wir können Theorien darüber aufstellen, wie sich die Quellen entwickeln, und dann wird die Krümmung gezwungen, sich gemeinsam mit ihr zu entwickeln, und darum geht es bei der Schwerkraft, über Gravitationswechselwirkungen (Quelle und Krümmung zusammen), die die Entwicklung der Krümmung verändern und die Entwicklung der Krümmung verändern Andernfalls hätte sich ein anderer Weg entwickelt.

Es gibt also nichts Kreisförmiges, es wird eine Krümmung beobachtet, und sie interagiert und beeinflusst sich auf eine bestimmte Weise (die auch beobachtet wird), aber Gravitationsquellen können dies ändern und durch Wechselwirkung mit den Gravitationsquellen (die wir haben) können) können wir selbst die Krümmung auf andere Weise ändern, als es sonst der Fall wäre!

Hier ist eine einfache Möglichkeit, darüber nachzudenken:

Newtons erstes Bewegungsgesetz besagt, dass sich das Teilchen ohne Kraft auf ein Teilchen in einer geraden Linie bewegt.

Wenn wir also sehen, dass sich ein Teilchen auf einem gekrümmten Pfad bewegt - das heißt, es weicht von einem gekrümmten Pfad ab -, können wir sagen, dass eine Kraft darauf wirkt.

In GR bewegen sich Partikel ohne auf sie einwirkende Kräfte auf der Geodäsie.Dies ist der Ersatz für den Begriff der geraden Linien in einer gekrümmten Raumzeit.Trotzdem können wir die Abweichung von der üblichen Vorstellung einer geraden Linie im flachen Raum feststellen.

Diese Abweichung wird mit der Schwerkraft korreliert, die dieses Objekt in seinem lokalen Rahmen erfährt.