Wie funktioniert die Schwerkraft?

Die Schwerkraft ist die schwächste Wechselwirkung in der Natur und bewirkt, dass sich zwei Körper anziehen. Wir alle haben schon oft einen Gegenstand fallen lassen, den wir in der Hand hielten. Er fällt und schlägt auf dem Boden auf. Sicherlich kennen Sie Isaac Newtons Apfel , die Geschichte des englischen Physikers, der unter einem Baum saß und zusah, wie ein Apfel ins Gras fiel. Er soll sich daraufhin gefragt haben, warum der Apfel fiel, der Mond aber nicht. Und so begann er seine Forschungen zur Schwerkraft.

Was wir wussten, was Newton und Galileo erkannten, ist, dass die Schwerkraft Beschleunigung verursacht. Der Gegenstand, der sich anfangs noch in Ihrer Hand befand, fällt mit Beschleunigung nach unten, sobald Sie ihn loslassen. Wie ich eingangs erwähnte, ist es die Schwerkraft, die dafür sorgt, dass sich zwei Objekte anziehen. Und diese Anziehungskraft hängt von zwei Faktoren ab: in diesem Fall von der Masse der Erde und der Masse des Gegenstands, den Ihre Hand loslässt.

Es ist wichtig zu wissen, dass die Beschleunigung unabhängig von der Masse des fallenden Objekts ist. Will ich etwas sehr Großes beschleunigen, muss ich viel Kraft aufwenden; will ich etwas Kleineres beschleunigen, muss ich weniger Kraft aufwenden, aber die Beschleunigung bleibt gleich. Dies demonstrierte Galilei, als er den Schiefen Turm von Pisa bestieg und Metallkugeln unterschiedlicher Masse fallen ließ, um zu zeigen, dass die Fallzeit unabhängig von der Masse des fallenden Objekts ist, da die durch die Schwerkraft verursachte Beschleunigung gleich bleibt. Falls Sie sich fragen, warum er keine Federn oder Blätter fallen ließ, liegt die Erklärung darin, dass er dies nicht tat, um sich keine Gedanken über den zusätzlichen Effekt der Reibung machen zu müssen.

In Wirklichkeit bewegen sich beide, wenn etwas fällt: die Erde und der fallende Gegenstand. Die Schwerkraft des kleinen Gegenstands, der aus deiner Hand auf die riesige Erde fällt, ist sehr gering, sodass wir sie nicht bemerken.

Die Dinge ändern sich, wenn wir zwei Dinge mit ähnlicher Masse vergleichen, wie zum Beispiel den Mond, der die Erde umkreist. Warum fällt der Mond nicht? Die Erklärung dafür ist, dass der Mond bei seiner Entstehung im Sonnensystem nicht stationär war; er drehte sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Diese Drehung verhindert, dass er fällt. Doch es ist die Schwerkraft, die ihn rotieren lässt. Es ist wie mit dem Lasso eines Cowboys beim Rodeo: Wenn er es wirbelt, fällt es nicht. Die Schwerkraft der Erde hat auf den Mond eine ähnliche Wirkung.

Was ich Ihnen bisher erklärt habe, ist die Physik, die Galileo und Newton entdeckten. Doch mit Einsteins Auftreten ändert sich alles. Auch Einsteins Gravitation verändert die Zeit, denn seiner Theorie zufolge ist die Gravitation eine Folge der Krümmung der Raumzeit. Wie er zeigte, vergeht die Zeit langsamer, wenn das Gravitationsfeld sehr stark ist.

Wenn wir uns vorstellen, dass ein Gegenstand beim Loslassen aus der Hand fällt, erscheint er geradlinig, doch in Wirklichkeit ist dies nicht der Fall. Könnten wir die kleinen Veränderungen der Schwerkraft beobachten, würden wir feststellen, dass parallel dazu kleine Abweichungen auftreten. Obwohl sie uns als gerade Linien erscheinen, sind sie in einer gekrümmten Raumzeit wie der unseren nicht exakt gerade. Es sind gerade Linien, die an die Geometrie angepasst sind, ähnlich wie beim Zeichnen einer geraden Linie auf einer Kugel oder einem Zylinder.

Ein weiteres Thema, das Sie interessieren könnte, ist die Beziehung zwischen Schwerkraft und Gewicht. Ihr Gewicht entspricht genau der Kraft, mit der die Erde Sie anzieht. Wären Sie auf dem Mond, wäre Ihr Gewicht geringer, da unser Satellit eine viel geringere Masse als unser Planet hat und somit auch die von ihm ausgeübte Schwerkraft geringer ist. Deshalb wiegen Astronauten, die überall die gleiche Masse haben, auf dem Mond weniger als auf der Erde, da die beiden Himmelskörper unterschiedliche Massen haben. Man kann sich vorstellen, dass die Teilchen, aus denen beide Körper bestehen, die Masse des Astronauten anziehen. Auf dem Mond gibt es weniger Teilchen, die diese Anziehungskraft ausüben als auf der Erde, daher ist die Schwerkraft geringer.

Ruth Lazkoz hat einen Doktortitel in Physik und ist Professorin an der Universität des Baskenlandes.

Koordination und Schreiben: Victoria Toro .

Frage per E-Mail von Francisco Gómez gesendet .

„Nosotras Respondemos“ ist eine wöchentliche Wissenschaftsberatung, die vom L'Oréal-Unesco-Programm „Für Frauen in der Wissenschaft“ und Bristol Myers Squibb gefördert wird und Leserfragen zu Wissenschaft und Technologie beantwortet. Die Antworten stammen von Wissenschaftlerinnen und Technikerinnen, Mitgliedern der AMIT (Association of Women Researchers and Technologists). Senden Sie Ihre Fragen an [email protected] oder über X #nosotrasrespondemos.