Astronomie

Was passiert, wenn die Schwerkraft nur für eine Sekunde ausfällt?

Was passiert, wenn die Schwerkraft nur für eine Sekunde ausfällt?


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Was würde passieren, wenn die Schwerkraft für 1 Sekunde vollständig stoppt?


Ich gehe davon aus, dass Sterne mächtig rülpsen, Neutronensterne und Schwarze Löcher explodieren würden.

Sterne werden nur durch die entgegengesetzten Kräfte von Gravitation und Strahlung in ihrer stationären Größe gehalten, sodass die Gravitation für 1 Sekunde eliminiert wird werden verursachen eine Expansion, gefolgt von einem Kollaps, wenn die Schwerkraft wieder einsetzt. Die Kompaktheit eines Neutronensterns verleiht ihm eine Oberflächengravitation von bis zu 7×10^12 m/s², und eine Ausdehnung von 20 km auf ~70 Milliarden km (oder 300000 km, wenn die c-Grenze berücksichtigt wird) im Laufe von 1 Sekunde stellt eine Explosion dar. Schwarze Löcher neigen dazu, am Ereignishorizont (gleiche Referenz) höhere Schwerkraftwerte zu haben, sodass das Ergebnis noch katastrophaler wäre.


Nicht viel. Wenn es nur für eine Sekunde ist, dann würdest du, je nachdem, wo du dich auf der Erde befindest, eine Sekunde lang schweben und etwas nach oben gehen (aber nicht sehr).

Wenn Sie sich auf dem Äquator befinden, haben Sie eine Geschwindigkeit (parallel zur Erdrotation) von etwa 465 m/s. In dieser Sekunde hat sich die Erde um 0,004° gedreht. Dies bedeutet, dass Sie Ihre Höhe über der Oberfläche um $$465 imes sin 0.004 = 0.034 extrm{m}$$ erhöht haben, d.h. etwa 3cm. Einige Objekte werden wahrscheinlich brechen, wenn die Schwerkraft wieder aufkommt und sie wieder an die Oberfläche fallen. Manche Leute werden wahrscheinlich wegen der plötzlichen Schwerelosigkeit krank werden.

Die Umlaufbahnen der Planeten werden sich ein kleines bisschen ändern und unsere Theorien in der Himmelsmechanik müssen möglicherweise geringfügig geändert werden.

Bei größeren Strukturen wie Sternen und Galaxien sind die Störungen nicht wahrnehmbar, da 1 Sekunde eine viel zu kurze Zeitskala ist.


Sofortige Erweiterung. Ich möchte es in Schritte unterteilen, die mit einer kleineren Größenordnung beginnen und im Laufe der Zeit größer werden. Damit dies jedoch Sinn macht, müssen einige Annahmen getroffen werden (da Ihre Frage die Gesetze der Physik bricht): Da die Gravitation in der Gleichung F=GMm/r^(2) massenabhängig ist, gehen wir nicht davon aus, dass alles plötzlich hat keine Masse (und damit keine Energie) als Ursprung der Schwerkraftlosigkeit. Wir bringen nur die Kraft zwischen den beiden Massen zur Ruhe, die ursprünglich interagiert hätte. Sie können sich das so vorstellen, als würden Sie zwei gegensätzliche geladene Objekte neutralisieren, sodass sie sich weder anziehen noch abstoßen, aber dennoch als Objekte vorhanden sind.

So,

Als Menschen auf der Erdoberfläche stehen wir etwa 6371 Kilometer über dem Erdmittelpunkt. Selbst wenn Sie still stehen und diese Worte von Ihrem Computer oder elektronischen Gerät lesen, drehen Sie sich mit ungefähr 1000 km / h oder 620 mph um die Erde, da wir einen Umfang von 2 * Pi * Radiuseinheiten pro 24 Stunden zurücklegen. Abgesehen davon, dass sie schneller als der Schall von der Erde fliegt (in Bezug auf einen stationären Punkt - unsere Sonne), würde die Erde selbst aus der Umlaufbahn der Sonne geschleudert, genauso wie wir von der Erde geworfen wurden. Die Sonne selbst würde zusätzlich aus der Umlaufbahn um die Milchstraße geschleudert. Die berechnete Geschwindigkeit der Erde um die Sonne (mit derselben Methode wie zuvor) beträgt 108 000 km/h oder 67 000 mph. Die Geschwindigkeit der Sonne um die Milchstraße beträgt 486.000 mph oder 780.000 km/h. Wenn die Vektorkomponenten einer Person oder eines Objekts auf der Erde richtig mit der Erde, die Erde mit der Sonne und die Sonne mit der Milchstraße richtig ausgerichtet wären, könnte eine Person oder ein Objekt auf der Erde ausgestoßen werden in den intergalaktischen Raum mit einer Geschwindigkeit von 890 000 km/h oder 550 000 mph, was 245 Kilometern oder 150 Meilen pro SEKUNDE in Bezug auf das Zentrum der Milchstraße entspricht. Wenn die Schwerkraft nicht nach 1 Sekunde zurückkehrte, wäre das das Schicksal von Objekten. Da die Schwerkraft jedoch nach 1 Sekunde zurückkehrt, würde die Höhenänderung je nach Ihrer Position auf der Erde von sehr minimal bis genau Null reichen. Das ist nur die Freisetzung von kinetischer Energie aus der Gravitation des Universums und bedenken Sie, dass dies mit jedem Atom jedes Objekts im Universum passiert, das sowohl größer als auch kleiner als unsere Sonne ist.

Die Tatsache, dass die Schwerkraft es ermöglicht, kinetische Energie aufrechtzuerhalten und gleichzeitig potenzielle Energie zu gewinnen, ist ebenfalls eine problematische Verletzung der Thermodynamik.

Sterne in unserem Universum halten ein Gleichgewicht zwischen der extremen nach außen gerichteten Kraft thermonuklearer Explosionen und der immensen Schwerkraft, um ihren gegebenen Radius zu erreichen (unsere Sonne ist 695 800 km groß und hat eine Masse von 1,989 x 10^30 kg (1989 mit 27 Nullen danach)) . Wenn die Schwerkraft für 1 Sekunde verschwindet, würde die durch die Schwerkraft ausgeglichene nach außen gerichtete Kraft freigesetzt und eine massive Explosion verursacht. In anderen Sternensystemen mit immenseren Sternen und Naturphänomenen wie Pulsaren und vor allem Schwarzen Löchern wären die Explosionen und Ausdehnungen größer. Das Thema eines Schwarzen Lochs ist in der Tat sehr interessant.

Ohne auf die Physik hinter einem Schwarzen Loch einzugehen, ist es offensichtlich, dass die supermassiven Schwarzen Löcher die barbarischsten Explosionen besitzen würden, da sie so schwer sind Licht kann nicht entkommen. Diese Energiefreisetzung wäre beispiellos. Auch wenn die Freisetzung nur eine Sekunde dauern würde, könnte die Abnahme der Dichte des schwarzen Ganzen durch die schnelle Expansion die ausgestoßene Masse der Explosion möglicherweise nicht ausüben.

Außerdem, auf welches Objekt würde sich die eine Sekunde beziehen (es klingt komisch, nicht wahr?)? Wenn wir uns einem Schwarzen Loch (oder einem anderen schweren Objekt) nähern, verlangsamt sich die Zeit und wird im Wesentlichen unendlich langsam (Null), wenn wir uns dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nähern. Wenn Sie aus dem Zentrum eines Schwarzen Lochs herausschauen, könnten Sie das gesamte Leben des Universums sehen, da die Zeit für Sie innerhalb des Schwarzen Lochs Null ist, während die Zeit des gesamten Universums außerhalb des Schwarzen Lochs unendlich schnell vergeht . Wenn also die zweite in Bezug auf das Innere des Schwarzen Lochs wäre, würde für den Rest der Zeit alles in dieser einen Sekunde passieren.

Oder außerhalb des Schwarzen Lochs würde es dazu führen, dass die sorgfältig ausbalancierten Umlaufbahnen der Planeten von und zu Ellipsen leicht gestreckt werden, was möglicherweise dazu führen könnte, dass die Erde von einem anderen Planeten aus unserem oder anderen Sonnensystemen getroffen wird (denken Sie an die unzähligen Asteroiden im Gürtel zwischen Mars und Jupiter vorhanden ist, obwohl dies für eine Sekunde eine kleine Chance ist).

Es gibt keine endgültige Antwort darauf, was wirklich passieren würde. Ohne die Schwerkraft wäre jede Theorie im Grunde zerstört. Jede Antwort, die ich auf Ihre Frage gegeben habe, muss eine Annahme haben, um eine Vorstellung davon zu geben, was vor sich geht, denn wenn es wirklich keine Schwerkraft gäbe, wenn die Raumzeit für jedes Kubik-Angström unseres Universums für eine Sekunde wirklich einheitlich wäre die einzige mögliche Erklärung wäre, dass es keine Masse gibt. Wenn es keine Masse gibt, gibt es keine Energie, wie durch Einsteins e=mc^(2) beschrieben. So wie wir es kennen, würde überhaupt nichts existieren.


Schwerkraft ist Kraft, die von einem Objekt kommt, das an einem anderen Objekt zieht. Dies bewirkt eine Rotation um einen Massenschwerpunkt. Wenn die Sonne die Erde anzieht, liegt der Massenschwerpunkt auf der Sonnenoberfläche und die Erde dreht sich also um die Sonne. Die Kraft, die die Erde zum Massenmittelpunkt zwischen Sonne und Erde zieht, wird Zentripetalkraft oder Anziehungskraft der Sonne genannt. Die Zentripetalkraft bewirkt die Richtungsänderung zum Massenmittelpunkt. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Sonne ändert, ist die Winkelgeschwindigkeit konstant. Auch die Tangentialgeschwindigkeit ist konstant, da die Tangentialbeschleunigung Null ist. Das einzige, was sich ändert, ist die Richtung. Dieses Prinzip gilt für alle Gegenstände, die aneinander ziehen.

Für den Fall, dass die Gravitation für eine Sekunde anhält, würde ich erwarten, dass die Zentripetalkraft bei allen Objekten im Universum auf Null und dann wieder normal wird. Die Folge dieses An- und Ausschaltens würde bedeuten, dass alle Objekte im Universum keine Winkelgeschwindigkeit hätten und sich daher im ersten Moment des Abschaltens der Schwerkraft in Richtung und Geschwindigkeit der Tangentialgeschwindigkeit bewegen würden. Sobald die Schwerkraft zurückkehrt, beginnen die Objekte aneinander zu ziehen und müssen daher neue Massenschwerpunkte bilden und können neue Rotationspaare wiederherstellen oder erzeugen.


Schlechte Astronomie-Filmrezension: Schwere

Lass uns das sofort aus dem Weg räumen, damit es keine Verwirrung gibt: Der Film Schwere (die heute öffnet) ist unglaublich. Es war intensiv, es war angespannt, es war aufregend. Geh und sieh es dir an. Tatsächlich – und ich kann nicht glauben, dass ich das hier schreibe – sehen Sie es sich sofort an, und wenn Sie können, sehen Sie es sich in 3D an. ich geliebt es.

Aber diese Liebe ist nicht ohne (kleine) Vorbehalte. Obwohl ich es von ganzem Herzen empfehlen kann – ich habe viel davon buchstäblich auf der Kante meines Sitzes verbracht – gab es einige Dinge, auf die ich als Weltklasse-Neppchen-Übernerd hinweisen muss. Aber ich werde im Voraus anmerken, dass nichts, worüber ich unten jammere, die Erfahrung des Films selbst beeinträchtigen wird. Ernsthaft. Es setzt die Messlatte dafür, wie Filme jetzt aussehen können. Geh und sieh es dir an.

Was unten folgt, sind Spoiler, also sei Sie gewarnt, sage ich. Lassen Sie mich hinzufügen, dass dies nicht Ihre Standard-Filmkritik ist, wenn Sie eine thematische Aufgliederung und all das wünschen, dann lesen Sie den Artikel meiner Kollegin Dana Steven über Schiefer. Bei mir bekommen Sie wissenschaftliche Analysen.

Grundstückskessel

Die Handlung des Films lässt sich recht kurz zusammenfassen. Sandra Bullock und George Clooney porträtieren Astronauten, die die Erde bei einer routinemäßigen Außenmission umkreisen, als ein Anruf von der NASA eingeht: Eine russische Rakete hat einen Satelliten zerstört, und die Trümmer fliegen mit mehreren Kilometern pro Sekunde auf ihren Weg. Bevor sie zu ihrem Shuttle Orbiter zurückkehren können, fliegt der Schrapnell vorbei, zerstört das Raumschiff und tötet die Besatzung. Clooney und Bullock machen sich auf den Weg zur Internationalen Raumstation, die ebenfalls beschädigt ist. Clooney hat in seiner bemannten Manövereinheit keinen Treibstoff mehr und opfert sich, um Bullock zu retten. Sie benutzt eine russische Sojus, die an der ISS festgemacht ist, um zur chinesischen Raumstation zu gelangen, wo sie eine Wiedereintrittsrakete findet, die sie zur Erde zurückbringen kann. Aber wird sie es schaffen?

Mit freundlicher Genehmigung von Warner Bros. Pictures

Ich werde Ihnen nicht das Ende verderben, denn es war sehr gut gemacht. Ich werde anmerken, dass dies so ziemlich für die Handlung ist – es ist dünn, aber Sie werden es wahrscheinlich nicht bemerken.

Das liegt daran, dass die Grafiken wirklich all das sind. Ich meine im Ernst: Die Spezialeffekte sind hervorragend. Im Allgemeinen scheue ich mich vor Filmen, bei denen es sich nur um Effekte und keine Handlung handelt, aber die immersive Regie gepaart mit makellosen Effekten – insbesondere bei 3D – war so überzeugend, dass ich ehrlich gesagt das Gefühl hatte, dass die einfache Handlung im Verlauf des Films kein Problem darstellte. Das Drama und die Dringlichkeit waren so fesselnd, dass ich im Wesentlichen im Moment lebte und einfach nur den Film erlebte.

Immer noch. Es gab einige Ablenkungen in Form von wissenschaftlichen Fehltritten. Ich werde unten auf ein paar eingehen, aber ich möchte es selbst machen sehr klar: Meine Tage, in denen ich die Fehler eines Films zu Tode gepickt habe, nur weil ich es kann, liegen hinter mir. Die Geschichte lebt oder stirbt auf dem Geschichte, nicht die Abkürzungen, die Sie möglicherweise brauchen, um diese Geschichte voranzutreiben, solange diese Abkürzungen nicht herausspringen und Sie in die Nase beißen. Die Handlung von SchwereLeider verlässt man sich auf einige entscheidende wissenschaftliche Boo-Boos, aber ich verstehe, dass manchmal für den Film selbst Opfer gebracht werden müssen – ohne sie gibt es überhaupt keinen Film. Und ich verzeihe viel eher, wenn klar ist, dass große Anstrengungen unternommen wurden, um so viel wie möglich richtig zu machen, was Regisseur Alfonso Cuarón offensichtlich getan hat (ein Interview bei Collect Space bestätigt dies). Die Aufmerksamkeit für einige Details war überwältigend.

Also, lass mich meine Brille in die Nase schieben, meine Fluthose hochziehen und mir energisch die Nase putzen. Kommen wir zum Glavin.

Orbitaler mechanischer Zusammenbruch

Der Bösewicht im Film ist kein Mensch und nicht einmal die namensgebende Schwerkraft. Zumindest nicht direkt: Der wahre Antagonist ist die Orbitalmechanik. Es kommt ins Spiel, wenn die Satellitentrümmer zuerst an den Astronauten vorbeischwärmen und während des gesamten Films immer wieder seinen Newtonschen Kopf aufrichten, wenn sich die Astronauten auf den Weg zur ISS machen und dann weiter zur chinesischen Raumstation Tiangong vorstoßen.

Die Sache ist, nun … das wird nicht funktionieren. Das Problem ist, dass die meisten Leute denken, dass der Weltraum einfach keine Schwerkraft hat. Sie können also dorthin düsen, wo Sie hin müssen, indem Sie auf Ihr Ziel zielen und sich abstoßen, wie jemand, der auf Eis rutscht. Aber so funktioniert es nicht.

Der Grund ist, dass es ist Schwerkraft im Orbit! Die Erde. Und Objekte, die die Erde umkreisen, bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit, vielen Kilometern pro Sekunde, um in der Umlaufbahn zu bleiben. Wenn Sie von Punkt A nach Punkt B gelangen möchten, können Sie nicht nur zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein, sondern auch die Geschwindigkeiten anpassen. Wenn sich die beiden Objekte auf unterschiedlichen Umlaufbahnen befinden, wird das viel schwieriger. Die Umlaufgeschwindigkeit hängt von der Höhe ab, sodass sich Objekte in unterschiedlichen Höhen mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und sich auf viele Hundert, wenn nicht Tausende von Kilometern pro Stunde summieren. Die Bahnen können gegeneinander geneigt werden, was eine Richtungsanpassung erschwert. Auch die Formen der Umlaufbahnen können unterschiedlich sein, was wiederum ein Rendezvous erschwert.

Mit freundlicher Genehmigung von Warner Bros. Pictures

Tatsächlich haben Hubble und die ISS sehr unterschiedliche Umlaufbahnen Hubble umkreist die Erde etwa 200 Kilometer höher als die Station. Eine grobe Berechnung zeigt, dass er etwa 110 Meter pro Sekunde langsamer umkreist, dann – 250 Meilen pro Stunde. Clooney würde es ziemlich schwer haben, Gas zu geben, um in seiner bemannten Manövriereinheit auf diese Art von Geschwindigkeit zu kommen. (Das „Jet-Pack“, das er im Film hat – ich möchte anmerken, dass die MMU ein echtes Gerät ist, aber nicht annähernd so viel Schwung hat, dass sie nur eine Person auf etwa 25 Meter pro Sekunde beschleunigen kann, und denken Sie daran, dass Clooney Bullock mitgeschleppt hat auch für die Fahrt.)


Weiß jemand, wo die Schwerkraft der Erde aufhört und der Weltraum beginnt?

Es tut es nicht. Der Einfluss der Gravitation ist unseres Wissens unendlich weitreichend. Sie können beispielsweise eine Oberfläche finden, auf der die Schwerkraft der Erde geringer ist als die der Sonne, und dies als Rand des Einflusses der Erde definieren, aber das ist ziemlich willkürlich.

Normalerweise wird Raum mehr in Bezug darauf definiert, ob es Atmosphäre gibt. Die Erdatmosphäre ist oberhalb von 20 km ziemlich vernachlässigbar, die definierte Oberkante der Atmosphäre ist höher - 50.000 bis 100 km hoch, glaube ich - siehe Wiki-Artikel.

Es tut es nicht. Der Einfluss der Gravitation ist unseres Wissens unendlich weitreichend. Sie können beispielsweise eine Oberfläche finden, auf der die Schwerkraft der Erde geringer ist als die der Sonne, und dies als Rand des Einflusses der Erde definieren, aber das ist ziemlich willkürlich.

Normalerweise wird Raum mehr in Bezug darauf definiert, ob es Atmosphäre gibt. Die Erdatmosphäre ist oberhalb von 20 km ziemlich vernachlässigbar, die definierte Oberkante der Atmosphäre ist höher - 50.000 bis 100 km hoch, glaube ich - siehe Wiki-Artikel.

Sie haben nach der Schwerkraft der Erde gefragt und die richtige Antwort erhalten

jetzt bist du plötzlich auf die Erdatmosphäre umgestiegen
Es gibt keine definierte Liniengrenze, wo die Atmosphäre aufhört, sie stirbt langsam ab bei

300 - 400km über der Erdoberfläche
Google wird bessere Zahlen geben

nein, den Artikel nicht falsch zitieren!
Ich kann dem Artikel entnehmen, dass ich nicht zu weit weg war

Danke für die Info, aber ich bin immer noch verwirrt, lol.

Sie haben nach der Schwerkraft der Erde gefragt und die richtige Antwort erhalten

jetzt bist du plötzlich auf die Erdatmosphäre umgestiegen

Richtig, denn dort, wo die Schwerkraft aufhört, endet unsere Atmosphäre per Definition, nicht wahr?

300 - 400km über der Erdoberfläche
Google wird bessere Zahlen geben

Ich habe den Artikel gelesen. Da steht "about." Und Google hat keine bessere Antwort, die ich finden konnte, daher dieser Thread, lol.

Wieder heißt es "about" und ich suchte nach mehr. Wenn wir es nicht wissen, wissen wir es nicht und das ist in Ordnung. Ich versuche wirklich herauszufinden, WENN wir es wissen, ob das mehr Sinn macht.

Stimmt, aber das ist mir egal. Mich interessiert der genaue Punkt, an dem unsere Atmosphäre endet (wenn dieser Punkt bekannt ist).

Danke nochmal für die Antworten und jede Hilfe hier.

Es gibt keine solche Grenze. Ich bin mir nicht sicher, warum Sie nicht verstehen, was über die Funktionsweise der Schwerkraft gesagt wurde. Können Sie Ihr Verständnis dieses Problems für die Schwerkraft klar formulieren, ohne die Atmosphäre zu berücksichtigen?

Außerdem weiß ich nicht, wie das zweite Gesetz von Newton Ihrer Meinung nach gilt. oder besser gesagt, warum glaube ich nicht, dass es in der Atmosphäre zutrifft. Können Sie erklären?

Es gibt wahrscheinlich eine Grenze, wo die Dichte und Bewegung von Teilchen vom Sonnenwind dominiert wird. Es könnte jedoch sein, dass der Artikel Ihre Frage beantwortet: 390.000 Meilen.

Wenn es keine Begrenzung gibt, wäre das sinnvoll.

Nicht wirklich, denn es ist die Schwerkraft, die es uns ermöglicht, eine Atmosphäre zum Atmen zu haben.

Nein, was ich meine ist, wie die Schwerkraft für andere Dinge außer der Atmosphäre funktioniert. Können Sie zum Beispiel erklären, wie sich die Schwerkraft auf Raumschiffe in großer Entfernung von der Erde auswirkt? Sobald Sie sich vergewissert haben, dass Sie das richtig dann Sie können das auf die Atmosphäre anwenden.

Die Masse der Erde krümmt die Raumzeit und alles muss dieser Linie folgen?

Dies ist ein Teil dessen, was ich untersuche. oder versuchen.

Dann erkläre! Wir können Ihnen nicht sagen, ob die Idee, die Sie in Ihrem Kopf haben, richtig oder falsch ist, wenn Sie uns nicht sagen, was diese Idee ist!

Ich mache es sehr kurz: Ein Raumfahrzeug ist eine Million Kilometer von der Erde entfernt und in Bezug auf die Erde stationär. Es stellt seinen Motor ab. Was geschieht?

Es folgt der Krümmung der Raumzeit.

Macht nichts, Freund. Ich betrachte dies aus unserer aktuellen Wissensdatenbank. Wir haben seit über einem Jahrhundert nicht daran geglaubt, dass Masse Massen anzieht. Verdammt, das haben wir nie wirklich getan.

Tis undenkbar dass unbelebte, rohe Materie (ohne die Vermittlung von etwas anderem, das nicht materiell ist) auf andere Materie wirken und beeinflussen sollte, ohne gegenseitigen Kontakt, wie es muss, wenn Gravitation im Sinne von Epikur wesentlich und ihr inhärent ist. Und Dies ist ein Grund, warum ich wollte, dass du es nicht zuschreibst Schwerkraft für mich. Diese Schwerkraft sollte angeboren sein & zu Materie zu machen, damit ein Körper durch ein Vakuum auf einen anderen aus der Ferne einwirken kann, ohne dass etwas anderes durch & durch das seine Wirkung oder Kraft vermittelt wird von einem zum anderen transportiert werden ist für mich eine so große Absurdität, dass ich glaube, dass kein Mensch, der in philosophischen Dingen eine befähigte Denkfähigkeit besitzt, jemals darauf hereinfallen kann.


Antworten und Antworten

Ursprünglich geschrieben von kleinma
Abgesehen davon, dass sie die schwächste Kraft im bekannten Universum ist. Was genau wissen wir über die Schwerkraft?

Wie bringt die Schwerkraft Dinge zusammen? Wie bildet die Schwerkraft Planeten/Sterne usw.

Ich verstehe das Grundkonzept der Schwerkraft.. aber ich verstehe nicht, warum die Dinge so sind. Hat alles Schwerkraft? Haben wir Schwerkraft? aber wir sind so klein, dass es nicht messbar ist? oder sind es nur Dinge wie Sterne, Planeten und andere riesige physische Objekte?

Das genaueste Modell, das wir von der Gravitation haben, ist die Allgemeine Relativitätstheorie, die besagt, dass die Gravitation durch die Form der Raumzeit verkörpert wird - "Schwerkraft ist Geometrie".

Die Hauptgleichung ist die sogenannte Einstein-Gleichung von 1916, die besagt:

Krümmung = (8pi G/c 4 ) Energiedichte

die Ausdrücke für die Energiedichte und Krümmung sind kompliziert, aber als Antwort auf Ihre Frage ja, alle Energieformen sind zumindest nominell enthalten ----- sehr kleine Beiträge können wie in jeder Physik vernachlässigt werden. Aber die Masse-Energie in der Materie und die Licht-Energie im Licht und die sogenannte dunkle Energie, die gefolgert, aber nicht erklärt wird und sogar die Wärmeenergie ---- all diese Dinge tragen zur Krümmung der Raumzeit durch die Gesamtenergiedichte bei die RHS der Gleichung

und alles Zeug folgt der Krümmung --- selbst Licht verläuft nicht in geraden Linien, sondern wird durch die Krümmung des Raumes gebogen. Planeten gehen aufgrund der Krümmung in ihre Umlaufbahnen. Was sich wie die Kraft Ihres Gewichts anfühlt, ist der Effekt der Geometrie.

Es kommt einfach vor, dass dieses Gravitationsmodell (weniger eine Kraft als ein Effekt der Geometrie) besser funktioniert – und genauere Antworten erhält – als das alte Newton-Kraftmodell mit seinem starren absoluten Raum.

Die Schwerkraft muss als die sich dynamisch verändernde Geometrie analysiert werden, in der andere Dinge existieren und passieren – die Form des Raums selbst ist dynamisch und entwickelt sich – die Bühne ist ein wichtiger Teilnehmer im Stück und nicht nur ein Ort, an dem das Stück wird aufgeführt.

Es ist besser, es nicht nur als "eine der Kräfte" zu betrachten.

Dies macht es jedoch nicht leicht zu verstehen! Das Modell "Schwerkraft ist Geometrie" von 1916 (Allgemeine Relativitätstheorie) ist das korrekteste, das wir haben, aber das bedeutet nicht, dass es so einfach ist wie Newtons Modell der 1680er Jahre. Unglücklicherweise

interessant. Ich verstehe wahrscheinlich nur etwa 1/8 von dem, was du gerade gesagt hast, aber das ist mehr meine Schuld als deine

Ich glaube, die Schwerkraft verwirrt mich einfach. wie es soll.. da die großen Köpfe der Physik und Astronomie es nicht einmal ganz knacken können

Krümmung = (8pi G/c4) Energiedichte

Das Hauptproblem bei der relativen Betrachtung der Schwerkraft besteht darin, dass die Krümmungsgeometrie statisch ist. Das heißt, es bietet keine Antriebskraft.

Eine Autobahn hat Kurven und Autos, die sie befahren, folgen den Kurven (meistens), aber die Kurven sind nicht der Grund, warum Autos seitlich von der Straße abkommen. Die Kurve ist lediglich statische Geometrie. Es braucht Energie, um Beschleunigung und Bewegung zu erzeugen.

Die Relativität liefert keine motivierende Energiequelle.

Eigentlich eine schreckliche Vereinfachung. Wir "wissen" sehr viel über das "Was" der Schwerkraft, wenn wir uns mit unserem eigenen unmittelbaren Bezugsmaßstab befassen. Aber die Gravitationstheorie lässt sich nicht auf die extremeren Skalen anwenden - wie die Quanten- und (galaktische) Makroskala -, die genau dort liegen, wo die Hauptprobleme der Physik tatsächlich liegen. Es gibt auch das große Problem, das "Warum" der Schwerkraft nicht einmal ansprechen zu können.

Sicher, jeder hier könnte sich darüber lustig machen, wie viel wir "wissen" aber das würde verschiedene hochsignifikante offene Fragen ignorieren. Ohne einen allgemein anerkannten Mechanismus, der das Problem der Kraftträger anspricht, und mit dem ganzen Debakel um "dunkle Materie" und der beschleunigten Expansion des Universums aufgrund der behaupteten "dunklen Energie" können Sie absolut sicher sein, dass die Gravitationstheorie vielleicht einer wesentlichen Überarbeitung unterzogen wird ähnlich der weltverändernden Art und Weise, in der Einstein dies mit Newton tat.

Das ist eine ziemlich oberflächliche Interpretation, findest du nicht? Die Schwerkraft IST die schwächste der fundamentalen Kräfte, wenn man das Argument von Reichweite und Stärke vergleicht. Alle Atome zeigen die starke Kernkraft, daher kann ich sehr gut sagen, dass die starke Kernkraft DIE zugrundeliegende Kraft des Universums ist, denn ohne sie hätten wir keine stabilen Kerne, die die Schwerkraft beeinflussen kann. Wenn jemand Unwissenheit zeigt, sind Sie es.

Und wie macht dich die Physik zu einem geistlosen Verbraucher? Denken Sie nach, bevor Sie tippen.

Ursprünglich geschrieben von I, Brian
Eigentlich eine schreckliche Vereinfachung. Wir "wissen" sehr viel über das "Was" der Schwerkraft, wenn wir uns mit unserem eigenen unmittelbaren Bezugsmaßstab befassen. Aber die Gravitationstheorie lässt sich nicht auf die extremeren Skalen anwenden - wie die Quanten- und (galaktische) Makroskala -, die genau dort liegen, wo die Hauptprobleme der Physik tatsächlich liegen. Es gibt auch das große Problem, das "Warum" der Schwerkraft nicht einmal ansprechen zu können.

Sicher, jeder hier könnte sich darüber lustig machen, wie viel wir "wissen" aber das würde verschiedene hochsignifikante offene Fragen ignorieren. Ohne einen allgemein anerkannten Mechanismus, der das Problem der Kraftträger anspricht, und mit dem ganzen Debakel um "dunkle Materie" und der beschleunigten Expansion des Universums aufgrund der behaupteten "dunklen Energie" können Sie absolut sicher sein, dass die Gravitationstheorie vielleicht einer wesentlichen Überarbeitung unterzogen wird ähnlich der weltverändernden Art und Weise, in der Einstein dies mit Newton tat.

Ein Atom, das eine starke Kernkraft ausübt, ist ein lokalisiertes Phänomen, während sich die Schwerkraft über große Raumsegmente erstreckt und große physikalische Körper beeinflusst, indem sie sie dazu bringt, sich den durch die Schwerkraft diktierten Bewegungsmustern anzupassen. Die Relevanz sollte für jeden, der gerne nachdenkt, offensichtlich sein.

Niemand behauptete, dass Physik Menschen zu geistlosen Konsumenten macht. Es wurde festgestellt, dass die kommerzielle Sicht die Menschen dazu bringen würde, diesen erhabenen Zustand zu erreichen. Wenn man sich die unzähligen Bücher anschaut, die über Physiktheorien von Cartoons veröffentlicht wurden, bekommt man eine Vorstellung davon, wie viel Geld am Rande der Wissenschaft liegt. Aber das wahre Geld, die Milliarden Dollar, kommt von den Steuerzahlern, die Projekte finanzieren, die proklamiert werden, das Alter des Universums und den Beginn der Zeit und anderen solchen Unsinn herauszufinden.

Es ist leicht zu sehen, wie die leichtgläubigen Menschen in der Gesellschaft wehmütig jedem folgen, der eine große Lüge anbietet. Wenn ihnen etwas gesagt wird, das so empörend ist, dass sie keine Ahnung haben, ob es wahr ist oder nicht, verzichten sie auf ein Urteil und akzeptieren es, ohne tief darüber nachzudenken. Dieser Erfolg der Propaganda wurde kürzlich im Irak der Welt gezeigt, wo die USA die Bevölkerung absichtlich erschreckten, damit sie hineingehen und das irakische Öl stehlen konnte. Dieselbe Taktik, die "Große Lüge" zu verwenden, wurde auf die Physiktheorie in den Fällen des Urknalls, der Schwarzen Löcher, der unendlichen Dichte, der Stringtheorie und anderen solchen Unsinns angewendet, die kein Mensch auf diesem Planeten versteht oder irgendeine Chance hat, ihn zu beweisen. Gleichzeitig lehnt die kommerzielle Wissenschaftsgemeinschaft alle legitimen Theorien ab, die ihre Cartoon-Theorien in Frage stellen, wie etwa Halton Arps Beschreibung der Nicht-Rezessionsgeschwindigkeit als Erklärung für die Rotverschiebung.

WARUM Dinge Schwerkraft haben, ist eine Frage, die ich nicht beantworten kann, aber dann gibt es nur wenige "Warum"-Fragen, die wir beantworten können (Warum existieren wir? Warum geschah der Urknall? Warum entstand das Leben auf der Erde?)

Ihre zweite Frage „Hat alles Schwerkraft?“ ist viel einfacher zu beantworten. Ja, alles hat Gravitation, oder genauer gesagt, alle Materie und Energie hat Gravitation genau proportional zu ihrer Masse. Das bedeutet, dass Elementarteilchen (aus denen alles besteht) Gravitation haben. Da der Mensch aus Elementarteilchen besteht, besitzt er von Natur aus Schwerkraft. Licht ist Energie, also hat es auch Schwerkraft, es ist nur ziemlich unermesslich.

Ich werde an Kontakt erinnert. Sie kennen die Szene, in der Dr. Drumland SETI schließt, weil es für die Steuerzahler keinen praktischen Wert hat.

Sie haben einige der aktuellsten, vielversprechendsten und vor allem angesehensten Theorien seit der Jahrhundertwende GROßE, UMWELTBESCHREIBUNG geleugnet. Und vielleicht bin ich der einzige, aber ich sehe keinen Grund dafür. Es gibt keine Beweise dafür, dass die Theorie des Schwarzen Lochs falsch ist, und eine Fülle spricht dafür. Wir haben die universelle Evolution von bis zu Millionstelsekunden nach dem Urknall gezeigt. Wir stehen kurz davor, die Geheimnisse des Universums zu lüften, und Sie vergleichen es mit einer landesweiten Verschwörung, um irakisches Öl zu bekommen. In der Physik gibt es keine Verschwörungen der Propaganda. Es gibt Leute, die ein bisschen falsch informiert sind, wie vielleicht die arme Seele, die damit angefangen hat und mehr bekommen hat, als sie erwartet hatte. Aber das ist kein Grund, ad hominem-Angriffe nur zum Teufel zu machen.

Ursprünglich geschrieben von Antiproton
Ich werde an Kontakt erinnert. Sie kennen die Szene, in der Dr. Drumland SETI schließt, weil es für die Steuerzahler keinen praktischen Wert hat.

Sie haben einige der aktuellsten, vielversprechendsten und vor allem respektiertesten Theorien der Physik seit der Jahrhundertwende GROßE, UMWELTBESCHREIBUNG geleugnet. Und vielleicht bin ich der einzige, aber ich sehe keinen Grund dafür. Es gibt keine Beweise dafür, dass die Theorie des Schwarzen Lochs falsch ist, und eine Fülle spricht dafür. Wir haben die universelle Evolution von bis zu Millionstelsekunden nach dem Urknall gezeigt. Wir stehen kurz davor, die Geheimnisse des Universums zu lüften, und Sie vergleichen es mit einer landesweiten Verschwörung, um irakisches Öl zu bekommen. In der Physik gibt es keine Verschwörungen der Propaganda. Es gibt Leute, die ein bisschen falsch informiert sind, wie vielleicht die arme Seele, die damit angefangen hat und mehr bekommen hat, als sie erwartet hatte. Aber das ist kein Grund, nur zum Teufel ad hominem-Angriffe zu machen.

lach. Ich war nur neugierig auf die Schwerkraft. lol aus irgendeinem Grund brechen alle Threads, die ich in diesem Forum starte, in harte Wortgefechte aus.

wie auch immer.. ich habe eines tages nur über die schwerkraft nachgedacht, also dachte ich mir, warum die dinge zum zentrum unserer erde fallen.. aber die dinge fallen nicht in das zentrum von mir.. weiß was ich sage.


Was passiert, wenn die Schwerkraft nur für eine Sekunde ausfällt? - Astronomie

Mit dem dritten Keplerschen Gesetz und seinem eigenen zweiten Gesetz fand Newton, dass die Menge der Anziehungskraft, genannt Gravitation, zwischen einem Planeten und der Sonne eine Entfernung d auseinander ist Kraft = kp × (Planetenmasse) / (d) 2 , wobei kp ist eine Zahl, die für alle Planeten gleich ist. Ebenso stellte er fest, dass die Menge der Gravitation zwischen der Sonne und einem Planeten ist Kraft = kso × (Sonnenmasse) / (d) 2 . Mit seinem dritten Bewegungsgesetz argumentierte Newton, dass diese Kräfte gleich sein müssen (aber in entgegengesetzte Richtungen wirken). Er leitete seine Gesetz der Schwerkraft: die Schwerkraft = G × (Masse #1) × (Masse #2) / (Abstand zwischen ihnen) 2 und diese Kraft ist auf jedes Objekt gerichtet, so dass sie immer anziehend ist. Der Begriff G ist eine universelle Naturkonstante. Wenn Sie die Einheiten Kilogramm (kg) für die Masse und Meter (m) für die Entfernung verwenden, G = 6,672 × 10 -11 m 3 /(kg sek 2 ). Wenn Sie eine Auffrischung zu Exponenten, Quadrat- und Kubikwurzeln und wissenschaftlicher Notation benötigen, lesen Sie bitte den Anhang zur mathematischen Überprüfung.

Kugelsymmetrische Objekte (zB Planeten, Sterne, Monde usw.) verhalten sich so, als ob ihre gesamte Masse in ihren Zentren konzentriert wäre. Wenn Sie also das Newtonsche Gravitationsgesetz verwenden, messen Sie den Abstand zwischen den Zentren der Objekte.

In einem kühnen, revolutionären Schritt stellte Newton fest, dass sein Gravitationsgesetz funktionierte irgendein zwei Objekte mit Masse – es gilt für alle Bewegungen auf der Erde sowie für alle Bewegungen im Weltraum. Er vereinte die Himmels- und Erdphysik und vollendete den von Kopernikus begonnenen Prozess, die Erde aus einer einzigartigen Position oder Situation im Universum zu entfernen. Sein Gravitationsgesetz erklärte auch Keplers 1. und 2. Gesetz.

Das Astronomie-Ausbildungsprogramm der UNL Planetenbahn-Simulator zeigt Ihnen, wie die Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Planeten mit seinen Umlaufbahnen und den Keplerschen Gesetzen zusammenhängen (Link wird in einem neuen Fenster angezeigt).

Eigenschaften der Schwerkraft

Da sich die Massen im oberen Teil der Fraktion befinden, erzeugt mehr Masse mehr Schwerkraft. Dies bedeutet auch, dass massereichere Objekte größere Beschleunigungen erzeugen als weniger massereiche Objekte. Da sich der Abstand im unteren Teil des Bruchs befindet, hat die Schwerkraft einen invers Beziehung zur Entfernung: als Entfernung steigt, Schwere nimmt ab. Die Schwerkraft geht jedoch nie gegen Null – sie hat eine unendliche Reichweite (in dieser Hinsicht ist sie wie die elektrischen und magnetischen Kräfte). Sterne spüren die Schwerkraft anderer Sterne, Galaxien spüren die Schwerkraft anderer Galaxien, Galaxienhaufen spüren die Schwerkraft anderer Galaxien usw. Die immer anziehende Schwerkraft kann über die größten Entfernungen im Universum wirken.

Es gibt keine Möglichkeit, das loszuwerden Macht der Schwerkraft. Wenn Sie verhindern möchten, dass ein Körper eine Gravitation erzeugt Beschleunigung an einem Objekt müssen Sie einen zweiten Körper mit der gleichen Schwerkraftwirkung wie der erste Körper so verwenden, dass die Schwerkraftwirkung auf das Objekt in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Das resultierende Beschleunigungen aufgrund der Kräfte der beiden Körper werden sich gegenseitig aufheben.

Rezensionsfragen

  1. What basic fundamental assumption did Newton make about the laws of nature on the Earth and in space?
  2. Why is gravity often the most important force in astronomical interactions?
  3. What things does gravity depend on?
  4. How does gravity vary with distance between objects and with respect to what do you measure the distances?
  5. What would happen to the orbit of Io (one of Jupiter's moons) if all of the Hydrogen and Helium in Jupiter were converted to Silicon and Oxygen? Explain your answer.
  6. What would happen to the Earth's orbit if the Sun suddenly turned into a black hole (of the same mass)? Warum?
  7. How would antimatter respond to gravity? (Hint: antimatter has mass just like ordinary matter.)
  8. What important laws of planet motion can be derived from Newton's law of gravity?
  9. Use Newton's laws of motion and gravity to answer the two questions given in the figure below.

Answers to Spacecraft and Mission Operations Questions:

    &mdash Contains a complete summary of the launch, including a number of photos and video clips &mdash Contains a complete collection of launch photos &mdash Contains a number of video clips of the launch, pre-launch press conference, launch preparation, and more of the Resources Tab &mdash Contains links to several magazine and newspaper articles published at the time of the GP-B launch

The spacecraft needed to be launched genau into an orbit plane aligned with the guide star. how close "exactly" actually needs to be is defined by the science team, but it turns out to be around +/- 0.04 degrees of longitude (in rough terms). Note the plane of the guide star (a plane defined by the center of the earth, the north pole, and the guide star) is fixed or "inertial" in space. This plane does not rotate with the earth.

We know the earth rotates completely around (360 degrees) in 24 hrs (86400 seconds), which means the earth turns through (360 deg/86400 sec) 0.004 deg/sec. This means that you, me, and the rocket on the ground are constantly rotating around at this rate. So, in theory, it takes the earth 10 seconds to turn through 0.04 degrees, which is our maximum, theoretical "window" on any given day.

So why was our launch window one second instead of ten seconds? The maximum accuracy of the Delta II rocket is only about +/- 0.03 degrees. This now only leaves about 2 seconds of margin in our maximum theoretical window. Build in a factor of safety here and there for other considerations, namely, whether the rocket is launched half a second early or late, and you're left with a one-second window. There are also some second- and third-order effects to consider, but they are outside the scope of this discussion.


GP-B Offices durng the mission
The MOC was on the 2nd floor


The GP-B MOC in action during
the flight mission

In 1995, a two-story "temporary" blockhouse building was erected on the Stanford campus to house the GP-B administrative offices and Mission Operations Center (MOC), This building was located across the street from the W.W. Hansen Experimental Physics Lab (HEPL), where the GP-B gyroscopes, SQUID readout electronics, on-board telescope and other critical components of the Science Instrument Assembly and payload were designed and developed. The first photo to the right shows the outside of the GP-B building.

The MOC occupied the entire central core of the second floor of this building, with administrative and science offices surrounding it. The lower floor also contained offices and a conference room. Throughout the launch and flight mission, the GP-B spacecraft was monitored and controlled from the MOC, as shown in the second photo on the right.

The GP-B flight mission concluded at the end of September 2005, when the last of the liquid helium in the dewar was exhausted. Stanford's master plan for the campus called for a new 8.2 acre science and engineering quad, dubbed SEQ2, to be built on and around the location where the two-story GP-B blockhouse building sat, as well as the entire HEPL lab across the street and the Ginzton applied physics building next door. .

In June 2006, the first phase of this construction began with the demolition of the GP-B blockhouse building. You can view photos of the demolition in our GP-B Status Update for June 7, 2006. In prepartaion for this demolition, the GP-B MOC was dismantled and then re-assembled in another building, where it remained throughout the data analysis phase of the GP-B mission. In 2010, the GP-B MOC was shut down and dismanteled. (See Question #5 below).

No. In December 2010, the decision was made to decomission (shut down) all systems on the GP-B spacecraft. The final command to turn off all communications wa sent to the GP-B spacecraft on Wednesday, December 8, 2010 at 10:00am Pacific Standard Time. The spacecraft will contine to orbit Earth for a number of years, but eventually its orbit will degrade, and the spacecraft will burn up and disintegrate during re-entry to the Earth's atmosphere. (See Question #7 below.)

Yes. NASA has a Java-based satellite tracking web page called JSAT 3D. There are also other satellite tracking websites, such as Visual Sat-Flare Tracker 3D that can show the current position of many satellites, including GP-B. Lastly, there are a number satellite tracking apps, many of them free such as Satellite Watcher, that you can download and use on iOS and Android mobile phones and tablets.


Gravity Versus the Rest

On one side of the fundamental physics divide stand the electromagnetic force, the weak force and the strong force. Each of these forces comes with its own particle carrier (or carriers) and some quality that the particle responds to. Electromagnetism, for instance, uses photons to push around particles that possess charge, while the strong force is conveyed by gluons that act on particles with a property called color.

Physicists can describe any event involving these forces as a sequence of particles scattering off each other. The event might start with two particles approaching each other, and end with two particles flying away. There are, in principle, infinitely many interactions that can happen in between. But theorists have learned how to make frighteningly accurate predictions by prioritizing the simplest, most likely sequences.

On the other side of the divide stands gravity, which rebels against this kind of treatment.

Gravitons react to themselves, generating looping, Escher-like equations. They also proliferate with a promiscuity that would make a bunny blush. When gravitons mingle, any number of them can emerge, complicating the prioritization scheme used for other forces. Just writing down the formulas for simple gravitational affairs is a slog.

But the double copy procedure serves as an apparent back door.

Zvi Bern and Lance Dixon, later joined by Carrasco and Henrik Johansson, developed the procedure in the 2000s, advancing older work in string theory, a candidate quantum theory of gravity. In string theory, O-shaped loops representing gravitons act like pairs of S-shaped strings corresponding to carriers of other forces. The researchers found that the relationship holds for point particles too, not just hypothetical strings.

In the sum of all possible interactions that could happen during a particle scattering event, the mathematical term representing each interaction splits into two parts, much as the number 6 splits into 2 × 3. The first part captures the nature of the force in question for the strong force, this term relates to the property called color. The second term expresses the movement of particles — the “kinematics.”

To perform the double copy, you throw away the color term and replace it with a copy of the kinematics term, turning 2 × 3 into 3 × 3. If 6 describes the outcome of a strong-force event, then the double copy tells us that 9 will match some comparable graviton event.

The double copy has an Achilles heel: Before executing the procedure, theorists must rewrite the extra kinematics term in a form that looks like the color term. This reformatting is hard and may not always be possible as the sum is refined to include ever more convoluted interactions. But if the kinematics oblige, getting the gravity result is as easy as changing 2 × 3 to 3 × 3.

“Once you’ve realized this relationship, then gravity comes for free,” Borsten said.

The procedure doesn’t make much physical sense, as gravitons are not literally pairs of gluons. But it’s a powerful mathematical shortcut. Since developing the double copy, Bern has taken advantage of the massively discounted lunch to challenge the conventional wisdom that all particle theories of gravity give nonsensical, infinite answers.

Bern, Carrasco and others have spent years grinding away at an exotic theory called supergravity, which balances gravitons with partner particles in a mathematically pleasing way. Using the double copy, they’ve completed increasingly precise supergravity calculations. While supergravity is too symmetric to reflect our world, its simplicity makes it the lowest apple on the tree of possible particle theories of gravity. Bern and company hope to extend their computational successes to more realistic theories.


Is antigravity a thing?

I know this might be a stupid question, but I'm actually kind of curious. You know how there's antimatter that is a counterpart to matter, I'm wondering if anyone knows how that sort of thing behaves. Also is there any evidence to suggest other "anti-other-important-things-in-the-universe" like antigravity, or antimagnetism, or anything similar to that.

No. Antimatter has opposite charge to its matter partners. Its mass is identical (and positive).

Anti-magnetism doesn't even make sense as a phrase. What would be "anti-" in anti magnetism? Magnets can be both attract and repel one another.

Antimagnetism (in my wild speculation) would be something with magnetic properties but reversed, so two objects of the same orientation would attract rather than repel. That wouldn't really have any implications, it would just be like magnets except kinda backwards.

A few years ago some idiot named Alejandro Gallardo Enríquez wrote a dissertation thesis to graduate as a mechanical engineer where he proposed the existence of anti-gravity. As most engineers, the people in the department of engineering in his university didn't understand physics, so for some reason they took his word and scheduled a conference in the largest auditorium they could for him to show his theory.

When members of the department of physics saw the signs claiming the revolutionary discovery of repulsive gravity they got curious, and very quickly dismantled his work (he actually tried to prove anti-gravity using 1st year physics). Alejandro was duly denied his degree and is still working to prove antigravity. He thinks that governments are shutting him down, because the implications of antigravity would be too powerful. Sadly, gravity only works one way.


Mysteries of grasshopper response to gravity unlocked

If you jump out of bed too quickly, you might feel a bit light-headed.

That's because when you're lying down, gravity causes your blood to pool in the lower parts of your body rather than in your brain. Fortunately, when you stand up, within a fraction of a second, your heart begins beating faster, moving the blood to your brain and allowing you to maintain your balance.

The opposite happens when you're standing on your head. Gravity causes the blood to rush to your brain, so your heart beats more slowly and the blood vessels leading to your brain constrict to prevent too much blood from building up there.

But insects don't have closed circulatory systems with vessels that can restrict fluid flow to certain parts of the body. So how do they control the effects of gravity when they need to climb a tree or hang upside down on a branch waiting for prey?

Arizona State University School of Life Sciences Professor Jon Harrison, along with Professor Jake Socha with Virginia Tech's College of Engineering, have published the first study that demonstrates how insects adjust their cardiovascular and respiratory activity in response to gravity. The findings appear today in Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Interestingly, this has never been looked at in invertebrates," Harrison said. "It's something I've always been interested in because the blood is not in vessels. It's an open circulatory system so the typical biologist would probably say, well the blood must just be sloshing around in there, but we actually don't know much about what's going on with blood circulation in insects."

But thanks to this study, he's now beginning to have an idea. Harrison and his colleagues took x-ray images of live insects and discovered that when grasshoppers were in a heads-up position, their heads were filled with open-air sacs and very little fluid (known as hemolymph or invertebrate blood). In their abdomens, it was the opposite: compressed air sacs and lots of fluid.

However, when grasshoppers have their heads down, their heads are filled with fluid and compressed air sacs while their abdomens have very little fluid and a lot of open-air sacs.

To learn more, they injected a radioactive tracer to track the hemolymph through the body and found that it was reacting to gravity. This indicates that gravity causes blood to flow downward in grasshoppers just like in humans.

And, interestingly, grasshoppers could substantially combat the effects of gravity on blood flow when awake but not when anesthetized. Thus, similar to vertebrates, grasshoppers have mechanisms to adjust to gravitational effects on their blood. So it's not just a pool of fluid sloshing around. But what are the mechanisms? Harrison and his colleagues are starting to figure that out.

First, just as in vertebrates, there seems to be some kind of functional valve within a grasshopper's body to prevent gravity-driven blood flow. Researchers at Virginia Tech showed that blood pressure is not related to gravity, supporting that new hypothesis. In addition, blood pressure in a grasshopper's head is unrelated to its blood pressure in the abdomen, also evidence of valving.

At ASU, undergraduate and postdoctoral researchers in Harrison's lab discovered that both heart and respiratory rates respond to body orientation and gravity. The grasshoppers that had their heads down (similar to a human standing on his or her head) had decreased heart rates to reduce fluid pooling in the brain. However, their ventilation rate increased. Harrison said they think this is because air sacs are being compressed around the brain so it's struggling to get enough oxygen.

"So, grasshoppers have at least three ways to compensate for gravity variation in heart rate, breathing rate and functional valving. And I'm sure there's other stuff we don't know about," said Harrison.

As for other aspects of their physiology, insect bodies are capable of sophisticated responses to their active lifestyles.

"If you watch grasshoppers, they're all over the place. They're head up, head down, sideways," Harrison said. "They're very flexible in their body orientation, as are most insects. And now we know that when they change their orientation they have to respond to gravity just like humans, and they even show many of the same physiological responses. This is a dramatic example showing how similar animals are physiologically, despite how different they may appear."


Black holes

Professor Andy Fabian agrees that black holes may hold the key to understanding gravity. His team at the Institute of Astronomy combines theoretical modelling with access to major space-based observatories –including the European Space Agency’s XMM-Newton and NASA’s Chandra and NuSTAR telescopes – to investigate some of the highest energy processes powered by gravity. His research group have made significant recent discoveries. “Black holes are the most extreme of objects, where gravity shuts off a whole part of the universe,” he says. “It’s curious that we see the most intense radiation and luminosity adjacent to something that is completely black. By measuring the mass and spin of black holes we can see how they affect their environment. Energy released by a supermassive black hole at the centre of a galaxy pushes gas out of the galaxy, even though the central black hole is only one billionth the size of the galaxy. It’s like an orange controlling a volume the size of the Earth.

It still doesn’t necessarily mean Einstein was wrong – like Einstein’s theory didn’t make Newton wrong. The Moon landing was calculated with Newton’s theory

“Last year we took an extended look through the XMM-Newton at a black hole as it was releasing one of the fastest winds we have ever seen. Black holes feed off the surrounding material and sometimes consume too much gas, which is then released as an ultra-fast wind. Matter flows out at a quarter of the speed of light, and we could track how quickly its speed and composition changed with time.

“It’s a eureka moment when something like that happens. You’re all looking at the different sets of data and someone might notice the outflow initially in the iron line, then someone else says: ‘I can see it in the silicon line.’ It wasn’t the first time we’d seen outflow in such an object, but the first time it was observed to vary according to its brightness. This is either because the intense radiation had completely ionized the matter, rendering it transparent, or it could be a geometric effect. But this, together with the observed Doppler shifts, gravitational redshifts, time lags and other signatures of strong gravity in the X-ray data (all of which originate from very close to the black hole), gives us a huge information boost that we’ve never had before. With it, we can better understand how matter flowing into a black hole releases so much energy, and then how some of that matter powers very fast streams of matter. We have so much new information to work with.”

Gravitational waves
For almost half a century, scientists were uncertain whether gravitational waves were physically real or just an unphysical coordinate effect.

Cosmic microwave background

Anthony Lasenby, Professor of Astrophysics and Cosmology at the Cavendish Laboratory, is observing the cosmic microwave background (CMB) –the residual electromagnetic radiation from the Big Bang, which fills the entire universe – using data generated by Planck, the ESA space-based observatory.

“The data so far revealed by Planck gives us our most precise and quantitative understanding of the cosmos,” Professor Lasenby says. “A main problem in physics is how you reconcile gravity with the fundamental forces of quantum mechanics (electromagnetism and weak and strong nuclear forces). Observation of the CMB helps us to do this by, for example, enabling us to test predictions from modified gravity theories.

“Understanding the amount of dark energy there is is the big focus of the CMB’s contribution to understanding gravity,” adds Professor Lasenby. “The data from Planck can tell you how much dark energy there is, but we still don’t know what it is. The combination of Planck data with other cosmological data to constrain whether the properties of dark energy change with time will be vital in tying down its nature.”

That conflict between gravity and quantum mechanics recently hit the headlines when Dutch Professor Erik Verlinde theorised that gravity isn’t a fundamental force at all, but an emergent phenomenon that is merely a byproduct of other quantum forces – and that gravity around black holes attributed to dark matter is actually an effect of dark energy.

The theory would cast serious doubt on Einstein’s theory of relativity – although it has as many detractors as supporters.

Seismic breakthrough

Nonetheless, many scientists believe recent discoveries will bring us some answers and a greater understanding of gravity – most likely within the next five to 10 years.

“Gravitational waves and quasars will bring so much data, and we’ll have so much more sensitive equipment, that I’ll eat my hat if we don’t get a major surprise soon,” says Professor McMahon. “Even in the worst case, we’ll have so much more data to confirm what we already know.”

Professor Fabian is not so sure. “Einstein’s theory of general relativity and gravity seems to still fit – which makes it all the more remarkable, 100 years on. It would be wonderful to see something that proves it’s wrong, but all our evidence thus far is that he was correct.”

Dr Sperhake would love to see another seismic breakthrough. “A possibly spectacular milestone would be a smoking gun signal pointing towards the need to modify Einstein’s theory. From a theorist’s point of view, it would be great to see such a signature pointing beyond general relativity –but I don’t think that is so likely.”

And if they do find one? “It still doesn’t necessarily mean Einstein was wrong – like Einstein’s theory didn’t make Newton wrong. The Moon landing was calculated with Newton’s theory,” he points out. “Any new discoveries will simply modify the theory.” And gravity – well, for now, at least, gravity remains a mystery.

Supermassive black holes

Supermassive black holes are the biggest of the black holes so far discovered – they sit at the centre of almost all currently known massive galaxies. The largest supermassive black hole known to science is at the heart of the supergiant elliptical galaxy NGC 4889 (also known as Coma B) and is 336 million light years away from Earth. It has a mass estimated at 2.1 billion solar masses, about 5,000 times the mass of the black hole at the centre of our galaxy.

Black hole winds

Black holes feed off material – mostly gas and dust – contained within the ‘accretion disk’ which surrounds them. But when they eat too much, the accretion disk shoots out hot streams of gas. These streams are black hole winds, reaching temperatures of millions of degrees, travelling at a quarter of the speed of light, with enough power to shut down star formation.

Dunkle Materie

Dark matter is a hypothetical type of matter, which does not emit or interact with electromagnetic radiation, such as light, and is therefore invisible to the entire electromagnetic spectrum. Although dark matter has not been directly observed, its existence and properties are inferred from its gravitational effects, such as the motions of visible matter, gravitational lensing, its influence on the universe’s large-scale structure, on galaxies, and its effects on the cosmic microwave background.

Gravitational waves

In 1916, Albert Einstein came up with the concept of ripples in space-time, or gravitational waves. His theory was that great big things in space – black holes, for example – create these ripples, like a stone thrown into a pond. For almost half a century, scientists were uncertain whether gravitational waves were physically real or just an unphysical coordinate effect. Einstein himself went back and forth between the two viewpoints and it was only after his death that the question was settled in favour of gravitational waves being a genuine physical feature. In September 2015, physicists working on the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) experiment observed gravitational waves for the first time, created by two black holes colliding.


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