Die Schwerkraft des "GRAVITY" – Die Unbekannten

1915 veröffentlichte Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie. Nach dieser Theorie ist die Schwerkraft keine Kraft, wie sie seit Newtons Veröffentlichung seiner Arbeit über die Schwerkraft in Betracht gezogen worden war. Einstein betrachtete die Schwerkraft als die Biegung der Raumzeit selbst.

Wenn wir ein massives Objekt in den Raum setzen, erzeugt es eine Krümmung im Gewebe des Kosmos. Objekte in der Nähe des massiven folgt dem geodäten Pfad in dieser Krümmung. So entsteht eine Illusion, dass sich die Objekte gegenseitig anziehen. Deshalb, wenn du einen Ball von der Erde wegwirfst, kehrt er zurück, dem geodäichen Pfad folgend, nicht wegen einer mysteriösen Anziehungskraft, die Objekte besitzen.

Diese Idee revolutionierte unser Verständnis des Universums. Es öffnete Richtungen, um das Universum zu erkunden, zu wissen, was die Natur der Natur ist. Seit der allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1915 wurde sie erstmals veröffentlicht, machte sie viele Vorhersagen, und sie haben sich bewährt.

Die Idee von Black Holes oder den Dunklen Engeln stammt von Einsteins Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie, je massiver ein Objekt wäre, desto mehr Krümmung wird es in Raum-Zeit zu schaffen. Stellen Sie sich einen Ball auf einem Trampolin vor, ein kleinerer Ball erzeugt eine kleine Krümmung, während eine massive eine größere Kurve erzeugt. Je mehr Masse Sie also einem Objekt hinzufügen, desto größer wird sein Gravitationseinfluss.

Im Falle unserer Erde biegt sie den Raum um sich selbst, so dass der Mond ihn umkreist. Für jedes Objekt in der Nähe eines Himmelskörpers braucht es etwas Energie, um seinem Gravitationseinfluss zu entweichen. Zum Beispiel muss das Objekt im Fall der Erde eine kinetische Energie von 11,19 km/s haben, um zu entkommen. Diese Geschwindigkeit, mit der das Objekt dem Gravitationseinfluss eines anderen Objekts entweichen und in den Raum gelangen kann, wird Escape Velocity genannt. Es hängt ganz von der Masse des Himmelskörpers ab, aus der ihr zu entkommen versucht. Da die Sonne massiv ist als die Erde, beträgt ihre Fluchtgeschwindigkeit 615 km/s, was bedeutet, dass Sie 615 km in nur einer Sekunde zurücklegen müssen.

1916, ein Jahr nach der Veröffentlichung der Allgemeinen Relativitätstheorie, erarbeitete ein Wissenschaftler namens Karl Schwarzschild eine Lösung der allgemeinen Relativitätstheorie, die die Existenz eines Objekts vorhersagte, das so dicht und so massiv war, dass es den Raum um ihn herum bis ins Unendliche kurven kann. Nun, Schwarzschilds Lösung gab nicht die moderne Definition der Schwarzen Löcher, aber sie ebnete einen Weg zur weiteren Erforschung dieses mysteriösen Objekts.

Die erste moderne Definition von Schwarzen Löchern stammt aus dem Werk von David Finkelstein im Jahr 1958. Schwarze Löcher sind definiert als die Region in Raum-Zeit, aus der nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann. Denken Sie daran, Licht ist das schnellste Ding im Universum, und seine Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums. Der amerikanische Astronom John Wheeler prägte 1967 den Begriff Schwarzes Loch. Es galt als Ergebnis mathematischer Neugier bis 1971, als das erste Schwarze Loch, Cygnus X-1, in Cygnus' Sternbild entdeckt wurde. Es führte dazu, dass Wissenschaftler mehr Vertrauen in Einsteins allgemeine Relativitätstheorie haben. Sie prognostizierte Gravitationswellen, die 2015 vom LIGO-Observatorium entdeckt wurden. Vier Jahre später, im Jahr 2019, eroberte das EHT-Team (Event Horizon Telescope) zum ersten Mal ein schwarzes Loch.

Als Einstein an seiner Relativitätstheorie arbeitete, galt die Natur des Universums als statisch. Aber seine Gleichungen sagten ein expandierendes Universum voraus. Also führte er einen Begriff namens Kosmologische Konstante ein, den er später seinen größten Blunder nannte.

In den 1920er Jahren, als Edwin Hubble entdeckte, dass sich das Universum ausdehnt, ordnete Einstein seine Gleichungen mit diesem neuen Begriff neu. Heute erklärt es die Expansion des Universums, ein Problem in der Physik namens Dunkle Energie. Es wird als mysterium betrachtet, weil wir immer noch nicht wissen, warum sich das Universum ausdehnt. Nachdem Edwin Hubble diese Entdeckung gemacht hatte, dachten die Wissenschaftler, dass die Expansion des Universums auf den Urknall zurückzuführen ist. Stellen Sie sich eine Explosion vor, in dieser Szene werden Sie sehen, dass sich die Teilchen vom Zentrum wegbewegen würden. Wissenschaftler dachten, dass das gleiche mit dem Universum geschieht. Galaxien weichen aufgrund dieser anfänglichen Stoßrichtung aufgrund der Energie des Urknalls zurück. Mit der Zeit muss es aufgrund der Schwerkraft verlangsamen. Aber das Problem begann in den 1990er Jahren, als Astronomen das Universum wieder beobachteten. Die Beobachtung erstaunte die Wissenschaftler; Anstatt sich zu verlangsamen, stieg die Expansionsrate des Universums. Es gab keinen bekannten Grund, der die Expansionsrate auslösen kann. Es muss etwas anderes geben, das das Universum dazu bringt, sich mit immer schnellerer Geschwindigkeit auszudehnen. Diese unbekannte Kraft, die das Universum zur Expansion bringt, wird als Dunkle Energy.It wird geschätzt, dass diese Energie 68% des Universums ausmacht. Auf der einen Seite bewiesen Entdeckungen Einstein Recht, aber einige neue Ideen tauchten gleichzeitig auf, die Wissenschaftler an dieser Theorie zweifeln ließen.

In den 1970er Jahren beobachteten Vira Rubin und Kent Ford etwas sehr Bizarres, was nicht passieren sollte. Sie beobachteten unsere nahegelegene Galaxie Andromeda. Ihre Beobachtungen zeigten, dass sich die Sterne vom Zentrum der Galaxie so schnell bewegten wie die nahegelegenen. Wenn sie sich in so großer Entfernung vom Zentrum der Galaxie schnell bewegen, müssen sie auseinanderfliegen.

Stellen Sie sich ein Spinnrad vor, wenn sich das Rad langsam dreht und Sie etwas Wasser darauf legen, bleibt es am Rad hängen. Aber wenn Sie es schnell bewegen, wird das Wasser auf dem Rad auseinander fliegen. Dasselbe sollte bei Galaxien geschehen, aber es ist das Gegenteil dort. Die Sterne, statt wegzufliegen, bleiben dort. Dies kann nur geschehen, wenn es eine zusätzliche Materie gibt, deren Schwerkraft die Sterne zurückhält. Aber Astronomen sahen dort keine Rolle, was dieses Phänomen unterstützen kann. Die allgemeine Relativitätstheorie kann dies nicht erklären.

Heute nennen Wissenschaftler dieses Problem "Dunkle Materie", die nicht direkt beobachtet werden kann, sondern da ist. Wissenschaftler sagen, dass jede Galaxie diese unbekannte Quelle der Schwerkraft hat. Und im frühen Universum muss es eine wichtige Rolle bei der Bildung von Galaxien gespielt haben.

Schätzungen zufolge bestehen 27 % des Universums aus dunkler Materie. Das ist beängstigend, dass die Billionen von Sternen und Planeten, das gesamte beobachtbare Universum, das wir sehen können, nur 5% des gesamten Kosmos ausmachen. Einige Wissenschaftler glauben, dass dies zeigt, dass die allgemeine Relativitätstheorie unvollständig ist, und wir müssen sie ändern.

Im Jahr 2010 schlug Erik Verlinde, ein String-Theoretiker, vor, dass es keine unsichtbare Materie (Dunkle Materie) gibt, um die Sterne zurückzuhalten, und unsere Theorie der Schwerkraft kann dies nicht erklären. Seine neue Theorie der Schwerkraft, genannt Emergent Gravity, sagt genau die gleiche Abweichung von Bewegungen voraus, die normalerweise durch das Einfügen von dunkler Materie in die Geschichte beschrieben werden. Er ist der Meinung, dass die allgemeine Relativitätstheorie noch unvollständig ist, und wir müssen sie ändern. Er arbeitet daran und hofft, bald eine Lösung zu finden.

Es zeigt, wie dunkel Materie das Versagen der allgemeinen Relativitätstheorie ist. Es hat Grenzen, das gleiche, was mit Newtons Theorie der Schwerkraft passiert ist, die nicht in der Lage war, die Natur des Universums in großem Maßstab zu beschreiben. Ein weiterer Aspekt, der Wissenschaftler daran zweifeln lässt, dass die Theorie mit den Von der Theorie selbst vorhergesagten Objekten zusammenhängt, d.h. Schwarze Löcher. Schwarze Löcher entstehen, wenn ein Stern, mindestens dreimal so massiv wie unsere Sonne, mit einer spektakulären Explosion namens Supernova stirbt. Diese Explosion breitete Materie in das Universum aus, aber der Kern bleibt dort. Der Kern der massiven Sterne bricht nach innen auf sich selbst zusammen und schafft einen Punkt mit unendlicher Dichte und Nullvolumen. Dieser Punkt wird Singularität genannt. Was ist Singularität? Was geschieht mit der Rolle in der Singularität? Wissenschaftler haben keine Antworten auf diese Fragen. Und die allgemeine Relativitätstheorie funktioniert nicht mehr in einem schwarzen Loch. Einsteins Feldgleichungen brechen, während Wissenschaftler versuchen, sie anzuwenden. Zeit gibt es dort nicht. Raum macht überhaupt keinen Sinn. Vielleicht ist das Schlimmste, dass nicht mit einer noch genaueren Theorie, Quantenmechanik, passt. Die Quantenmechanik beschreibt das Verhalten der Materie in einem extrem kleinen Maßstab. Dennoch gibt es keine Theorie, die beschreibt, wie die Schwerkraft auf Quantenebene funktioniert. Wann immer beide Theorien versucht werden, sich zu kombinieren, kommt es zu einer Katastrophe. Zum Beispiel besagt die allgemeine Relativitätstheorie, dass Masse raumzeitlich biegt, da ein Elektron eine Masse hat, biegt es Raumzeit? Aus der Quantenmechanik wissen wir, dass Quantenteilchen wie ein Elektron keine bestimmte Position haben. Sie befinden sich an mehreren Standorten gleichzeitig. Ist die Schwerkraft also auch an verschiedenen Orten gleichzeitig? Während des Doppelschlitzexperiments durchläuft ein Elektron beide Löcher gleichzeitig. Wo ist die Schwerkraft hier? Einsteins allgemeine Relativitätstheorie scheitert und kann diese Fragen nicht beantworten. Beide Theorien machen an ihren Orten einen großartigen Job, aber sie sind unvereinbar miteinander. Aber an Orten wie Schwarzen Löchern müssen sie zusammenarbeiten. Die Suche nach der Vereinheitlichung beider Theorien ist noch im Gange und es gibt auch verschiedene Kandidaten wie M-Theorie und Loop Quantum Gravity, aber sie sind immer noch nicht bewiesen.