Ich habe gerade ein paar interessante Dinge über Antigravitation gelesen (dazu dann mehr in circa zwei Wochen). Das ist ein ziemlich faszinierendes Thema – denn eigentlich sollte man denken, dass man die Gravitation irgendwie unter Kontrolle bringen können müsste. Immerhin haben wir das bei der elektromagnetischen Kraft schon seit mehr als 100 Jahren geschafft. Unsere gesamte moderne Technik basiert auf der kontrollierten Manipulation von Elektrizität und Magnetismus. Wir erzeugen elektromagnetischen Wellen, wir verschicken Botschaften damit; wir nutzen Elektrizität um unsere Maschinen anzutreiben, wir verstärken elektromagnetische Felder oder schirmen sie ab. Warum sollte das nicht auch mit der Gravitation geben? Warum können wir die nicht verstärken oder abschwächen? Die technischen Anwendungen wären phänomenal: Eine Antigravitationsrakete müsste nicht mehr so irrsinnig viel Treibstoff benutzen, um ins Weltall zu gelangen. Flugzeuge könnten problemlos durch die Gegend fliegen. Und so weiter. Deswegen ist es auch nicht verwunderlich, wenn sich im Laufe der Zeit immer wieder auch durchaus seriöse Wissenschaftler mit der Suche nach „Antigravitation“ beschäftigt haben.
Mittlerweile ist das aber eine Disziplin für Pseudowissenschaftler und Scharlatane aller Art; die gleichen Leute, die auch gerne mal Perpetuum Mobiles bauen und von „freier Energie“ oder „Nullpunktenergie“ reden. Denn mittlerweile wissen wir, dass die Gravitation keine normale Kraft ist; zumindest keine Kraft die man so einfach mit dem Elektromagnetismus vergleichen kann. Seit Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie verstehen wir die Gravitation als Auswirkung von Verformungen in der Raumzeit selbst. Masse verändert die Raumzeit und wenn wir uns durch den verformten Raum bewegen, spüren wir eine Gravitationskraft. Und wollten wir eine „Antigravitationskraft“ spüren, müssten wir den Raum entsprechend anders verformen und das ginge nur mit einer negativen Masse.
Im Elektromagnetismus gibt es positive und negative Ladung. Bei der Masse hat aber noch nie jemand irgendwo eine „negative“ Masse gefunden und es ist auch unwahrscheinlich, dass das demnächst passiert. So verlockend und faszinierend Antigravitation auch sein mag – wir sollten uns darauf einstellen, davon auch in Zukunft nur in Science-Fiction-Romanen zu hören…
Die Physik hat aber auch jede Menge interessante Effekte zu bieten, die den Anschein erwecken, die Gravitation aufzuheben. Ein besonders schönes Experiment dieser Art kann man in einem Video von Veritasium sehen:
Warum würde negative Masse der Energieerhaltung widersprechen? Klar, man hätte dann (wahrscheinlich) über E=mc² eine negative Ruheenergie, aber daraus folgt ja noch nicht, dass die Energie in der Summe nicht erhalten sein kann. Problematischer könnte eher sein, dass es keinen Zustand kleinster Energie (also kein stabiles Vakuum) gäbe…
@Philipp: Sorry, du hast recht. Ich hab da auf die Schnelle was aus dem englischen Text, den ich dazu gerade lesen, falsch übersetzt. Da stand was von „violation of energy conditions“ und damit ist nicht „energy conversation“ gemeint, sondern die Energiebedinungen in der Relativitätstheorie. Ich hab den Satz jetzt mal gestrichen; denn wenn ich da nun auch noch mit Tensoren anfange, wirds unübersichtlich 😉
Wobei man aber vermutlich mit ein wenig Fantasie auch aus negativer Masse vermutlich irgendwie ein Perpetuum Mobile basteln könnte…
@Philipp
Weil wir wissen, dass Photonen ihre eigenen Antiteilchen sind. Man könnte also ein Masse-Anti-Masse-teilchenpaar nehmen, im Schwerefeld kostenfrei in die Höhe heben, und sich gegenseitig vernichten lassen. Dann lassen wir die entstehenden Photonen nach unten fallen, wobei sie Energie gewinnen, wo wir wieder ein Massen-Antimassen-Paar draus machen. (Klar, technisch kinfflig, aber theoretisch eben machbar.)
Allerdings ist die Energieerhaltung in der Allgemeinen RT nicht ganz unproblematisch…
Antigravitation, da war doch was?
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Ach ja: https://i.imgur.com/E1xnk.gif
@MartinB
Wieso sollte negative Masse (wenn es sie gäbe) mit positiver Masse Photonen geben? Dein Argument beweist doch lediglich, daß negative Masse und Antimaterie verschiedene Dinge sind.
Das gilt allerdings nur dann, wenn die Reise mittels Antigravitation energetisch günstiger ist als die mit nur dem (wann auch immer) üblichen Antrieb. Andernfalls wäre das Ergebnis allerdings nur formal interessant als Antrieb, so wie momentan bei Fusion zur Energiegewinnung (Bsp).
Instantanes Abnehmen? Da gab es mal etwas ähnliches, nannte sich ‚Funkel‘ oder so und war ein Drink, der mehr Kalorien verbrauchte als er mitbrachte, Differenz gab ein Funkeln in Hals, Mundhöhle, Fahne? ka. Nur eine der Skurrilitäten aus (afaik) meiner ersten Begegnung mit Alien D Foster 😉
Ich habe leider keine Quelle mehr, aber irgendwo habe ich mal gelesen man könnte die Gravitation theoretisch einfach abblocken. Man braucht nur eine große Scheibe aus extrem dichten Material (z.B. von einem Neutronenstern). Wenn diese Scheibe mit fast Lichtgeschwindigkeit rotiert, dann wäre darüber die Erdgravitation nicht mehr zu spüren. Man könnte also wie bei Flash Gordon eine Stadt in den Wolken bauen, nur ohne diese Kohleöfen.
@Chemiker
Die einzigen Negative-masse-Theorien, die ich bisher gesehen habe, nahmen an, dass die zu Antiteilchen gehören (in Analogie mit elektrischen Ladungen).
Wenn es natürlich eine sozusagen ganz andere Gruppe von Negative-Masse-teilchen gibt, klappt das Argument so nicht – aber entweder mussten sich dann NM-Teilchen – wenn sie Antiteilchen haben – zu Anti-Photonen vernichten, die auch negative „Masse“ haben (also von Schwerefeldern abgestoßen werden) oder die negativen-Masse-Teilchen können keine elektromagnetische oder – mit der gleichen Logik – schwache oder starke Wechselwirkung haben, wenn ich es richtig überlege. Dann könnten sie mit normaler Materie nur über die abstoßende Gravitation wechselwirken.
@MartinB:
Hm. Ich hab mich mit dem Thema noch nicht genauer befasst, kann deshalb sein, dass ich etwas wichtiges übersehe. Aber eine Verletzung der Energieerhaltung müsste doch immer mit einem Bruch der Translationsinvarianz in Zeitrichtung einhergehen. Wie das mit einem (lokalen) Wechselwirkungsterm zwischen Teilchen positiver und negativer Masse passieren soll, sehe ich nicht.
Plausibel halte ich es, dass das es ermöglicht, einem Teilchen (positiver Masse) beliebig viel Energie zu geben, aber nur weil ein anderes (negativer Masse) gleich viel negative Energie aufnimmt. Eben weil eventuell Teilchen negativer Masse (oder Systeme in denen positive und negative Massen interagieren können) keine untere Grenze für die Energie haben (siehe mein erster Kommentar).
Sowas hätte gewisse Gemeinsamkeiten mit einem Perpetuum Mobile 1. Art (was ein guter Grund ist, die Existenz negativer Massen für unplausibel zu halten), aber es würde eben nicht die Energieerhaltung verletzen.
Wenn man Gravitation abschirmen kann, dann kann man relativ simpel ein Perpetuum Mobile bauen: Z.B. mit einem Rad, das vertikal steht und sich zur Hälfte über einem Bereich befindet, in dem die Gravitation abgeschirmt ist. Lassen wir das Rad rotieren, so wird es auf der nicht-abgeschirmten Seite jeweils stärker abwärts beschleunigt als es auf der abgeschirmten Seite aufwärts gebremst wird, es gewinnt also Energie die man nutzen könnte (man kann sich das auch so vorstellen als ob die eine Hälfte des Rades aus leichterem Material bestehen würde – die schwerere Seite würde dann automatisch nach unten fallen). Allerdings setzt dieses Perpetuum mobile jetzt voraus, dass die Abschirmung der Gravitation selbst keine Energie benötigt, was ja nicht zwingend so sein muss. Aber letztlich hindert einen ja auch niemand daran, beliebig viele solche Räder über dem abgeschirmten Bereich aufzustellen (von mir aus bis hinauf an die Grenze des Weltraums), um die Energiekosten für die Abschirmung wieder herauszuholen. Deshalb kann ich mir nicht vorstellen, dass das so funktioniert.
@Bynaus:
Das klingt sehr nach dem klassischen Auftriebs-Perpetuum-Mobile und dürfte aus denselben Gründen scheitern.
@Philipp
„Aber eine Verletzung der Energieerhaltung müsste doch immer mit einem Bruch der Translationsinvarianz in Zeitrichtung einhergehen.“
Weiß ich ehrlich gesagt nicht – aber dass man ein PM bauen könnte, wenn z.B. Positronen negative gravitative Masse hätten, zeigt die obige Konstruktion ja ziemlich klar.
Das ALPHA-Experiment am CERN soll 2014 genauere Daten mit Antiwasserstoff bringen, bisher *beobachtete* man „rauf und runter“ im Schwerefeld mit riesigen Fehlerbalken.
Hermann Bondi hat schon 1957 ein schönes paper dazu veröffentlicht: „Negative Mass in General Relativity“ siehe auch
https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_mass und weiters den repulsiven casimir-effekt.
https://en.wikipedia.org/wiki/Casimir_effect#Repulsive_forces
:)O
In SF Literatur und SF Film ist die Antigravitation und künstliche Gravitation (ist das das gleiche?) ja ein Stilmittel, um einen Raumschiffflug nicht allzu exotisch und die filmische Umsetzung so teuer machen zu müssen. Es wäre doch blöd, wenn in 10vorne alle ihre Cocktails aus Tüten saugen würden.
Aber vielleicht findet sich ja doch noch ein Weg, denn „Es ist eine Kunst, sagt er, oder vielmehr ein Trick zu fliegen. Der Trick besteht darin, daß man lernt, wie man sich auf den Boden schmeißt, aber daneben.“ (Douglas Adams)
@Philipp
Das klingt so ähnlich wie der Mechanismus, der die kosmische Inflation angetrieben haben soll. Während der Inflation herrschte demnach ein sogenanntes „falsches Vakuum“ mit sehr hoher Vakuumenergie und sehr hohem negativem Druck. Laut Guth, Greene und Krauss verursacht negativer Druck abstoßende Gravitation und habe so den Raum aufgebläht. Materie oder Antimaterie gab es da aber noch nicht, die entstand erst, nachdem das falsche Vakuum einen Phasenübergang zum heutigen Vakuum machte und die überschüssige Vakuumenergie als Strahlung ausspuckte. Diese Energie soll laut Krauss genau so groß sein, wie die potenzielle Energie, die sich aufgrund des gewachsenen Abstands zwischen den so entstandenen Teilchen (inkl. Photonen) ergibt, so dass die Energiebilanz Null bleibt, wenn man potenzielle Energie mit einem Minuszeichen versieht.
@MartinB:
Ich bin mir halt nicht sicher, ob das Beispiel wirklich das zeigt, was es zeigen soll. Solche einfachen Gedankenexperimente sind schön und gut, aber manchmal übersieht man dabei halt gewisse Effekte (vgl. Bynaus‘ Kommentar). Interessant ist dabei, dass in Deinem Beispiel das Äquivalenzprinzip verletzt ist (Positronen haben negative passive schwere Masse aber positive träge Masse). Das alleine würde schon genug Probleme machen.
Ein möglicher Ausweg wäre, dass eine solche Situation nicht durch einen Lagrangian beschreibbar wäre. Dann könnte man das Noether-Theorem nicht einsetzen und es wäre keine Verletzung der Zeittranslationsinvarianz nötig.
Eine genauere Rechnung wäre interessant; aber ich hab leider keine Ahnung ob (und wenn ja wie) man Teilchenumwandlungen mit Punktteilchen-Lagrangians beschreiben kann. Und eine volle QFT-Beschreibung klingt nach Overkill.
@MartinB, 2:
Naja, aber für die Beschleunigung, also das Bringen auf eine bestimmte Geschwindigkeit, müßtest du doch trotzdem Energie aufwenden? Nicht das die unbedingt kleiner wäre als die gravitative Blauverschiebung. Ebenso für das Ablenken der Photonen nach unter.
Ansonsten, wenn Anti-Masse keine Anti-Materie ist, könnte man ja auch ein richtiges „Anti-Photon“ postulieren…
Äh, nicht, daß ich diese Überlegungen ernst meine.
Machsches Prinzip. Ich denke wir sind mittlerweile auch weit genug mit Gravitationsmessungen um ein paar Versuche durchzuführen. An der Masse ändert sich nichts, aber sehr wohl an den auf sie einwirkenden Kräften. Dir Kraft wird ja aufgewandt um das Rad in Schwung zu bringen. Aber was bedeutet das genau?
In SF Literatur und SF Film ist die Antigravitation und künstliche Gravitation (ist das das gleiche?) ja ein Stilmittel, um einen Raumschiffflug nicht allzu exotisch und die filmische Umsetzung so teuer machen zu müssen. Es wäre doch blöd, wenn in 10vorne alle ihre Cocktails aus Tüten saugen würden.
Hmm… jaein. Also SF erhebt ja nicht zwingend einen Anspruch auf die korrekte Repräsentation von physikalischen Gesetzmäßigkeiten.
Mache Autoren sind näher dran, andere weiter weg.
Was „künstliche Gravitation“ a’la Enterprise angeht, also sprich beliebig manipulierbare Gravitationsfelder (ob jetzt negativ oder positiv), das ist doch ziemlich weit weg.
Wenn man allerdings bei 2001 von „künstlicher Gravitation“ spricht, also quasi Teile eines Raumschiffs oder eine Raumstation die rotiert, so ist dies durchaus realistisch und funktioniert auch wie im Film dargestellt (bzw. Buch). Dabei handelt es sich freilich nicht um Gravitation, sondern um Fliehkraft die Gravitation simuliert. Deswegen funktioniert das auch.
@ Silava in #8 :
Nach der Entdeckung des Higgs-Feldes geht man davon aus, das das Feld das gesamte Universum durchzieht. Alle Materie, die mit der schwachen Kernkraft wechselwirkt, erhält dadurch Masse. Da diese Definition auf alle Atome zutrifft, gibt es keinen Ort im Universum, der von der Gravitation abschirmbar ist. Die Gravitation würde, wie der Igel beim Wettrennen mit dem Hasen, immer sagen : Ich bin bereits hier.
In dem von Dir beschriebenen Scenario wird die Gravitation aber auch gar nicht abgeschirmt, sondern durch eine stärkere (Anziehungs- ) Kraft überwunden. Wenn Du Dich in ein Karussel setzt, wird sich die Erdanziehung bei immer höherer Fliehkraft (= schnellerer Drehung) immer weniger gegen diese durchsetzen.
@ all : Masse entsteht durch Bewegung im Higgs-Feld. Da sich diese Bewegung auf Quantenskalen abspielt, sie betrifft ja nur Teilchen die mit der schwachen Kernkraft wechselwirken, müßte man entweder die Bewegung unterbinden oder eine Möglichkeit finden das Higgsfeld ‚umzupolen‘. Das Erste ist schichtweg unmöglich. Die Überlegungen müßten also in die RIchtung ‚Umpolung Higgsfeld‘ laufen …
@bikerdet: Das stimmt so nicht. Masse entsteht nicht ausschließlich durch das Higgsfeld. Der größte Teil der Masse eines Protons entsteht durch die Bindungsenergie (E=mc^2) zwischen den Quarks. Das heißt könntest du das Higgsfeld „ausschalten“ oder „umpolen“ würde das nicht so viel and der Masse eines Protons oder Neutrons ändern.
@bikerdet:
Öhm, nein. Vielmehr ist das Higgs-Feld die Bewegung, die Masse verursacht.
Sorry für die Erbsenzählerei.
Wie lautet eigentlich die Erklärung für das gehobene Flywheel, das leicht zu heben ist? Meine Vermutung: Das Rad gibt Energie ab, die Umdrehungszahl nimmt ab.
@tachy
Video zu Ende gesehen? Dort wird genau diese Frage diskutiert. Die Erklärung findest du dann hier:
https://www.youtube.com/watch?v=tLMpdBjA2SU&
@bikerdet: Weil ich gerade ziemlich viel Veritasium ansehe (Danke Florian :-)) Hier wird das mit der Masse und dem Higgsfeld nocheinmal erklärt.
@ Volki :
Danke für die Aufklärung.
Dann kann ich ja das Buch ‚Die Vermessung des Universums‘ von Lisa Randll, das wir gerade im Buchclub lesen, wegwerfen. Behauptet Frau Randall dort doch frech : ‚Der Higgs-Mechanismus, …, ist die einzige uns bekannte Möglichkeit um Elementarteilchen widerspruchsfrei ihre Masse zuzuschreiben.‘
Hättest Du ihr das doch auch geschrieben, hatte sie keine Lügengeschichten schreiben müssen und wir hätten kein Märchenbuch gelesen.
Achja, erkläre doch bitte auch noch, warum dann das Photon, trotz hoher Energie keine Masse hat. Nach Einsteins Formel müßte die Masse ja riesig sein. Ob das mit der von Randall genannten ‚Widerspruchfreiheit‘ zu tun hat ??
@bikerdet:
Ja das mit den vielen Beschreibungen von Massen (Ruhemasse, ist verwirrend daher nocheinmal langsam erklärt: Der Higgsmechanismus ist die Erklärung warum Teilchen die schwach wechselwirken Masse haben. Ohne ein Higgsfeld hätten die W und Z Bosonen oder auch Quarks und Elektronen keine Ruhemasse und würden sich wie das Photon mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Das Higgsfeld verleiht nun diesen Teilchen ihre Ruhemasse.
Ich habe geschrieben:
So ein Proton besteht aus 2 up und 1 down Quark und wiegt
938 MeV. 1 up Quark wiegt aber nur ~2.3 MeV und ein down quark nur ~4.8 MeV. Also in Summe nur etwa 1% vom Gesamtgewicht. Die Gluonen wiegen auch nicht wirklich mehr. Woher kommt also diese zusätzliche Masse? Na von der Bindungsenergie! Das heißt ein Proton verdankt nur ca. 1% seiner Masse dem Higgsmechanismus der Rest kommt von der Bindungsenergie.
Fast die Gesamte Masse die du sehen kannst verdanken wir nicht dem Higgsmechanismus sondern der Bindungsenergie zwischen den Elementarteilchen. Darum wird das „umpolen“ oder „ausschalten“ des Higgsfeldes nicht wirklich etwas an der Masse von Objekten ändern, höchstens ~1%.
Ja Photonen haben keine Ruhemasse, da sie nicht mit dem Higgsfeld wechselwirken. Hab ich aber zum Beispiel einen Kasten in dem ich Photonen einsperren kann, die auch sehr energiereich sind, wird der Kasten an Masse zunehmen wenn ich mehr und mehr energiereiche Photonen hineinstecke, da Energie und Masse „äquivalent“ sind.
In der ART rechnet man meistens nicht mit der Masse sondern mit dem Massen-Energie-Tensor.
Ich bin mir sicher, dass Randall das mit Ruhemasse und Energie und so weiter im Buch erklärt hat (ich besitze das Buch nicht). Vielleicht solltest du das Buch genauer lesen, bevor du es wegwirfst.
Die meiste Masse der Materie kommt tatsächlich aus der Bindungsenergie. Das hat Martin Bäker irgendwo schön erklärt….
@ Steffmann :
Ne, das ist keine Erbsenzählerei, sondern sehr wichtig.
Ich habe es so verstanden, das sich die Teilchen im Higgsfeld bewegen. Wie kann man sich die Bewegung eines Feldes vorstellen, das definitonsgemäß das gesamte Universum ausfüllt ? Welche Kraft sorgt dafür, das sich dieses Feld trotz Bewegung komplett homogen verteilt ? Wir haben ja bisher nirgendwo eine höhere / niedrigere Schwerkraft gemessen. Was würde passieren, wenn ich mich zufällig genau in Bewegungsrichtung des Feldes bewege, müßte dann nicht die Schwerkraft (evtl. teilweise) aufgehoben sein ? Wie wahrscheinlich ist es, das sich auch nur auf der Erde NICHTS parallel zum Higgs-Feld bewegt ?
@bikerdet:
Die Bewegungsrichtung im Verhältnis zum Higgs-Feld spielt keine Rolle, weil es eben ein Skalarfeld und damit richtungsunabhängig ist.
@bikerdet:
Vielleicht hilft auch das für dein Verständnis wenn du ~7 Minuten Zeit hast:
Your Mass is NOT From the Higgs Boson
Falls du lieber liest, dann gibt es bei Martin Bäker noch einen schönen Artikel zu dem Thema Masse:
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2012/07/25/die-vielen-gesichter-der-masse/
Asche auf mein Haupt. Habe den Artikel gelesen. Ihr habt natürlich Recht . Sorry, ich habe wohl doch weniger verstanden als gedacht…
[…] zu UFO-Antrieben und “freier Energie” (und eines der wenigen guten Videos hab ich ja erst kürzlich vorgestellt). Also habe ich mir gedacht: Scheiß drauf, dann verlinke ich halt einfach die […]
https://m.spiegel.de/wissenschaft/technik/a-1143681.html
Und nun?
@Ditzel:
Nun, in dem Artikel steht:
Und nun?
Zumahl es bei dem Experiment offenbar um die träge Masse geht und nicht die schwere Masse.
Erinnert mich ein bisschen an die Missverständnisse um die negative absolute Temperatur.
In der Quantenwelt geht so manches; ein Elektron geht gleichzeitig durch zwei Spalte oder durch eine Wand, kann nur bestimmte Energien annehmen, Teilchen entstehen aus dem Nichts und verschwinden wieder… das heißt nicht, dass das auch im Großen passiert.
Ein Einstein-Bose-Kondensat verhält sich ein wenig so wie ein einzelnes Quantenteilchen und kann so seltsame Dinge wie ein solches anstellen.
Aus dem Paper: