Hoe moet ik de kromming van de ruimte begrijpen als verklaring voor de zwaartekracht?
Ad van der Ven stelde deze vraag op 31 oktober 2021 om 13:55.Ik meen eens gehoord te hebben, dat de geleerden in de tijd van Newton en ook Newton zelf maar niet konden begrijpen, dat er zoiets als zwaartekracht kon bestaan. Immers als er alleen maar lege ruimte is tussen bijvoorbeeld de aarde en de maan, hoe kunnen ze elkaar dan toch beïnvloeden. Verder meen ik begrepen te hebben, dat ongeveer 200 jaar later Einstein met zijn relativiteitstheorie het antwoord gaf, namelijk het is een tijd-ruimte fenomeen. Het hemellichaam beïnvloedt door zijn massa de ruimte in de omgeving ervan. Het is dus niet zo, dat hemellichamen elkaar beïnvloeden, maar het is eerder zo dat beide door iets anders beïnvloed worden, namelijk de ruimte en met name de kromming daarvan. Nu begrijp ik dat idee van de kromming niet goed. Stel je hebt een ééndimensionale ruimte, zeg een lijn. Die lijn kan gekromd zijn, maar de kromming is dan in een tweedimensionale ruimte. Zo kan een vlak gekromd zijn, maar ook dat moet dan wel een kromming in een driedimensionale ruimte zijn en op dezelfde wijze kan een driedimensionale ruimte alleen maar gekromd zijn in een vierdimensionale ruimte. Maar als dat allemaal zo is dan hoeft de kromming toch geen effect te hebben op de ruimte zelf die in een ruimte van een hogere ruimte gekromd is?
Reacties
Dat materie elkaar aantrekt kan worden verklaard door een 4 dimensonale ruimte-tijd waar wij niets direct van merken maar die er wel voor zorgt dat een massa in het diepere putje van een andere massa valt. Zoals een knikker in de pot. Of bij zijdelingse beweging spiraliseert naar de bodem van de pot.
Uiteindelijk komt het steeds neer op een positie bereiken van minimale energie.
https://youtu.be/MTY1Kje0yLg
Je geeft het goede voorbeeld van een N (bijv 2) dimensionaal voorwerp dat in N+1 (dan 3) dimensies ineens extra eigenschappen heeft zoals buiging.
Zo moet je ook de "kromming van de ruimte" zien. Dat is een uitdrukking die slaat op schetsen/tekeningen die we maken van die 4 dimensies waarbij we 1 dimensie vastzetten in waarde. En vervolgens weglaten om uit te rekenen hoe die andere drie dimensies eruitzien bij die ene vaste waarde van de 4e dimensie.
En als we onze 3-dimensionale tekeningen maken voor verschillende waarden van die 4e, dan zien we dat rondom massa's kuilen lijken te ontstaan. Geen echte kuilen of krommingen maar wel lijnen met gelijke energie die niet rechtdoor gaan maar door massa's worden vervormd.
Eddington heeft al in 1919 bij een zonsverduistering aangetoond dat licht van sterren dat rakelings langs de zon gaat, wordt afgebogen waardoor we sterren die eigenlijk niet te zien zouden moeten zijn, toch waarnemen (https://en.wikipedia.org/wiki/Eddington_experiment). Licht buigt af onder invloed van zwaartekracht. Het gaat naar eigen idee rechtdoor langs dezelfde lijn, alleen is de lijn niet meer recht.
Je opmerking over "wat een kromming is in de ruimte zelf" snap ik niet, maar ik denk dat het antwoord nee is. Dat lijkt op vragen of je een 2 dimensionaal wezen kunt laten zien dat hij op het oppervlak van een voetbal leeft en dus een krom oppervlak bewoont.
"Dat is een uitdrukking die slaat op schetsen/tekeningen die we maken van die 4 dimensies waarbij we 1 dimensie vastzetten in waarde. En vervolgens weglaten om uit te rekenen hoe die andere drie dimensies eruitzien bij die ene vaste waarde van de 4e dimensie. En als we onze 3-dimensionale tekeningen maken voor verschillende waarden van die 4e, dan zien we dat rondom massa's kuilen lijken te ontstaan. Geen echte kuilen of krommingen maar wel lijnen met gelijke energie die niet rechtdoor gaan maar door massa's worden vervormd."
snap ik niet, sorry.
Wat we doen is van zo'n voorwerp allerlei foto's nemen vanaf verschillende standpunten (waarden van de 3e dimensie). Zo hebben we allerlei foto's in 1 dimensie minder dan het voorwerp is. En kunnen we uit die collectie foto's uitspraken doen over hoe die 3e dimensie er dan uit moet zien (uitstulpingen, deuken e.d.).
Dat gebeurt met de kromming van de ruimte ook. We hebben een heleboel 3 dimensionale foto's en leiden daaruit af hoe die 4e dimensie er dan uitziet. Die foto's zijn in dit geval allerlei grafieken en berekeningen. En daarin "zien" we een kromming, een deuk. Niet iets wat zich in 3 dimensies per foto laat zien, maar uit vele foto's denken we dat te kunnen afleiden.
"We hebben een heleboel 3 dimensionale foto's en leiden daaruit af hoe die 4e dimensie er dan uitziet."
Ik neem aan, dat je het volgende bedoelt:
"We hebben van een object een heleboel 3 dimensionale foto's en leiden daaruit af hoe de ruimte in de omgeving van het object eruit ziet in vier dimensies."
Heel verhelderend. Maar is de tijd-ruimte (4 dimensies) dan in feite gekromd in de vijfde dimensie zoals een gekromd tweedimensionaal vlak in feite gekromd is in een driemensionale ruimte? Denk aan het voorbeeld van de 'sheet of lycra' zoals te zien is op Youtube:
https://youtu.be/MTY1Kje0yLg
Een dimensie die we niet op dezelfde manier ervaren is tijd als 4e dimensie. We leven steeds in een enkel plaatje van een film en telkens leven we een plaatje verder, zodat we lijken te bewegen.
Elke 3D "foto" die we nemen geeft de positie aan van twee objecten. Veel foto's achter elkaar (verschillende waarden in de 4e dimensie) tonen dat in 3D de objecten op elkaar af bewegen (wat we "zwaartekracht" noemen). We kunnen zeggen dat per foto de ruimte iets veranderd is ook al ervaren we dat niet als 3D wezen. Die verandering noemen we de "kromming" Een beetje suggestieve benaming die vooral wil zeggen dat voorwerpen niet in rechte lijn bewegen maar (per foto) afbuigen in de nabijheid van massa.
De YouTube en illustraties in boeken maken van een (X,Y,Z,T) een doorsnede (waarbij een coordinaat dezelfde waarde houdt, bijv alles op T=5s of waarbij hoogte Z=5 m) waarbij ze in het geval van de ruimte kiezen voor alleen (X,Y) en voor ons 3 dimensionale wezens dan nog 1 dimensie over hebben: Z of T die getoond en begrepen kan worden. Men kiest dan voor T en dan "zie" je iets over een plat vlak bewegen (X,Y) en tegelijk dat die lijn niet recht maar krom is omdat het ruimtevlak XY niet vlak is.
XYZT is een 4 dimensionale ruimte die voor 4 dimensionele wezens een kromming toont. Wij als 3 dimensionale wezens zien dat niet. Ervaren het alleen als T wijzigt en we massa's zien bewegen.
Kijk naar bovenstaande figuur en denk dat je als 2-dimensionaal wezen in het blauwe vlak leeft.
Er komt een 3 dimensionale bol aan die dwars door het vlak gaat. Bij A is de bol nog onbekend.
Bij B "zien" we ineens een punt. Bij C is de punt tot cirkel geworden die eerst groeit en daarna weer afneemt tot punt. En in D is de bol weer verdwenen.
Zoiets gebeurt ook met onze 3 dimensionale ruimte waar iets 4-dimensionaals gebeurt. In dit geval dat ons blauwe leefvlak blijkbaar kromt, zonder dat we dit zelf kunnen zien.
https://www.youtube.com/watch?v=_4ruHJFsb4g&ab_channel=TheActionLab
Hoewel het idee voor mij niet nieuw was, is het filmpje toch heel verhelderd. Ik heb op Youtube nog niet iets kunnen ontdekken, waarmee je kunt laten zien hoe de ruimte gekromd is in de omgeving van een zwaartekrachtsveld. De filmpjes, die te zien zijn, laten alleen het effect van ballen zien op zoiets als een 'sheet of lycra' (zie https://youtu.be/MTY1Kje0yLg). Maar, zoals ik al eerder zei, gaan die vergelijkingen mank.
Dank voor je snelle en duidelijke antwoord. De conclusie is dus dat licht ook afbuigt in de omgeving van een magnetisch veld en dat betekent dat daar dus ook de ruimte gekromd is zelfs op zeer kleine schaal in de omgeving van twee magneten. Maar als dat zo is dan zou het toch zo moeten zijn dat er maar één theorie nodig is om zowel magnetisme als zwaartekracht te verklaren.
https://www.scienceabc.com/pure-sciences/can-a-magnet-bend-light.html
Het heeft ook geen rustmassa. Toch wordt het afgebogen (door de ruimtekromming veroorzaakt door de andere zeer grote massa, bijv, ster).
"Ik meen eens gehoord te hebben, dat de geleerden in de tijd van Newton en ook Newton zelf maar niet konden begrijpen, dat er zoiets als zwaartekracht kon bestaan. Immers als er alleen maar lege ruimte is tussen bijvoorbeeld de aarde en de maan, hoe kunnen ze elkaar dan toch beïnvloeden."
Het antwoord van Einstein zou dan zijn: Ze beïnvloeden elkaar niet, nee, beide worden beïnvloed door de tijdruimte, die vervormd wordt door hun massa's. Oké, maar hoe zit het dan met een kompasnaald, immers ook daar is er alleen maar lege ruimte tussen de naald en de aarde. Je zou verwachten, dat je ook dan je toevlucht moet nemen tot een tijdruimte vervorming.
Het eerste antwoord van Theo Klerk is : nee ruimte is niet letterlijk zelf gekromd, dat kunnen we niet zien, we zien, net als Einstein , dat een massa(versnelling) de tijd laat varieren.
Was zelf via de hypothese, alleen tijd is variabel, aan het denken : een ruimteschip komt in de buurt van een massa, stel op tijdstip x lijken we. Het is een meetlat loodrecht gericht op bewegingsrichting.
Er staan 2 klokken(a dichtst bij en b het verst van de aarde af) op deze lat.
Als ik nu de snelheid van beide klokken in bewegingsrichting uitreken, leidt dit tot afbuiging van de snelheid, kromming van de baan dus. Kan nog niet zeggen of dit de goede kant opkromt.
kan dit kloppen om afbuiging van alles te verklaren met tijdsverschil dat optreedt tgv verschil in zwaartekrachts sterkte bij a en b , en ook bij een lichtstraal ?
maar het is juist de combinatie tijd/ruimte die varieert. Waardoor c = x/t voor ieder dezelfde blijft. x groter, dan t even grote factor groter
En nogmaals: "buiging" wordt vaak visueel voorgesteld maar is dat niet.
Het klopt visueel in vergelijk met hoogtelijnen op een kaart. Die staan dichter bijelkaar als het oppervlak omhoog komt. Dan kun je hoogtelijnen op een platte kaart visualiseren met de bergen omhoog.
Het zelfde fenomeen maar zonder echte stijgingen zie je bij elektrische aantrekkingskrachten. Ook daar zijn in een ruimte lijnen te trekken die punten verbinden met gelijke kracht. Die lijnen staan net als hoogtelijnen op een platte of drie-dimensionale ruimtekaart. Maar er is geen fysieke buiging bij te bedenken.
Ditto voor de relativiteit: "buiging van de ruimte" is dat in letterlijke zin niet. Het betekent dat dezelfde ruimte-tijd coordinaat-waarden lijnen vormen die voor visualisatie (en weglaten van enkele dimensies omdat wij hooguit 3 dimensies kunnen voorstellen, dus een "doorsnede" van een 4-dimensionale ruimte met 1 coordinaat constant) als buiging van een oppervlak getekend kunnen worden.
De hypothese om alleen tijd te varieren op een vaste afstandschaal deugt in de relativiteitstheorie niet. Tijd en 3 ruimtecoordinaten veranderen.
Je stelt : alleen tijd veranderen op vaste afstandschaal deugt niet.
Maar het gaat mij er ook om, dat als je de variatie in tijdschaal inbrengt in de bekende wetten
van v =dx/dt , dat je ook hiermee ziet , dat de dx's van 2 onderling verbonden punten a en b,
volgens : dt = v/dx (bijlage) je vanzelf makkelijker het effect op dx ziet en dat je als vanzelf ziet , dat als dta(tijd verloop sneller) < dtb(langzamer) , dan dxa > kleiner is dan dxb , oftewel van lijnstuk ab legt a meer afstand af dan b en zal lijnstuk loodrecht op aardoppervlak zijn weg vervolgen.
Dat ab ook met verticale versnelling te maken heeft, zorgt dan ervoor , dat als de v te klein is, ab voorover op de aarde valt, als v te groot is, zich van de aarde verwijdert, en als v precies goed is, AB als meetlat keurig netjes haaks op aardoppervlak om de aarde ronddraait.
Meetlaat staat voor : object onderworpen aan verschil in tijd-dilatatie a en b.
Wordt lekker ingewikkeld, dus ik snap dat er wiskundig een handiger voorstellings instrument is gekozen, voor mij is het al goed om te horen , dat wij de ruimte kromming niet zien, maar ik voeg toe, dat wij wel de tijd-dilatatie(Lorentz klokken ) ons goed kunnen voorstellen.
Ik verwaarloos hierbij de tijd dilatatie, die ontstaat door het geven van horizontale begin snelheid.
Bijlagen:
Dat geldt voor de ruimtecontractie ook.
Als klok en meetlat gelijk met je meebewegen dan ziet alles er "gewoon" uit: 1m en 1s
Als klok en meetlat ten opzichte van je bewegen, lijkt de klok trager en de meetlat korter. Maar met minder tijd ook minder afstand geeft weer netjes c = x/t
Het plaatje snap ik niet (maar heb ook geen zin dat uit te zoeken)