seeadler hat geschrieben:Darum noch einmal meine konkrete Frage: Was ist eine Gravitationswelle und woraus besteht sie?
Woraus besteht eine Schallwelle? Woraus eine Wasserwelle? Nun, aus keiner Substanz, wie Gas oder Wasser, die Welle transporiert Energie in einem Medium.
Eine Gravitationswelle ist eine Welle in der Raumzeit und aus dieser resultiert eine geometrische Veränderung des Raumes, so wie die Grafik dies veranschaulicht.
Die Grafik ist dem Artikel
Was ist ein Graviton? entnommen, den ich Dir wärmstens empfehle. Darin wird festgestellt:
Raumzeitkrümmung
Nach der allgemeinen Relativitätstheorie ist “Schwerkraft†ja nichts als ein anderes Wort für “Raumzeitkrümmungâ€
Der Physiker Martin Bäker ist nimmt als
Analogie das Licht zur Hilfe. Auf der
3. Seite des Artikels, unter dem Abschnitt
Gravitonen wird eine EM-Welle graphisch dargestellt, die eben auch als Teilchenwelle von Photonen beschrieben wird.
Analog zur EM-Welle transportiert auch eine Gravitationswelle Energie und Impuls.
Zitat von Martin Bäker:
Wir können ein oder zwei oder hundertsiebenundvierzig Quanten in der Welle haben, aber nicht achteinhalb oder siebzehn-dreiviertel. (Anmerkung für ganz Genaue: ich ignoriere der Einfachheit halber die Nullpunktsenergie). Weil wir die Energie nur in Paketen entnehmen oder zufügen können, ist die Energie der Welle eben gequantelt. Und da jedes dieser Quanten dieselbe Größe des Energiebetrags hat, kann man bei einer Welle mit hundersiebenundvierzig Quanten eben sagen, dass sie aus 147 Teilchen, den Photonen, besteht. (Dass das ganze durchaus kompliziert sein kann und dass die Zahl der Teilchen in einer Welle nicht immer eindeutig festgelegt ist, habe ich im verlinkten Artikel erklärt.)
Genau dasselbe gilt auch für Gravitationswellen. Auch bei denen ist die Energie gequantelt – wenn eine Welle zum Beispiel zwei Massen gegen eine Kraft bewegt (weil sie ja die Abstände ändert) und dabei Energie verliert, dann kann sie das auch nur in Form von Energiequanten tun – entweder die beiden Teilchen nehmen ein Quant auf (und haben dann eine höhere Energie) oder eben nicht.
In diesem Sinne lässt sich – genau wie bei der elektromagnetischen Welle – sagen, dass eine Gravitationswelle aus Teilchen besteht.
Dies bedeutet, dass reale Gravitonen
nur bei Gravitationswellen auftreten und dies auch nur in einer Theorie der Quantengravitation. So tauchen Gravitonen in der Superstringtheorie in Feynman-Diagrammen als äußere Graphen (also reale Teilchen) auf.
Ansonsten behandelt eine solche Theorie Gravitonen als virtuelle Eich-Bosonen (innere Graphen).
Hinzufügen möchte ich eine Klarstellung von einem Physiker hier zitieren:
Zitat von
Agent Scullie:
Das mit den Gravitonen als Überträgerteilchen der Gravitation sollte man mit Vorsicht genießen. Das ist nicht viel mehr als eine missverständliche Sprechweise, die darauf zurückgeht, dass man in der Quantenfeldtheorie Wechselwirkungsprozesse, bei denen z.B. zwei Teilchen unter Vermittlung eines kräftetragenden Feldes aneinander gestreut werden, mit dem Näherungsverfahren der Störungsrechnung behandelt. Dabei treten mathematische Ausdrücke auf, die Ähnlichkeit mit Ausdrücken haben, die die Ausbreitung von Teilchen (Feldquanten) des kräftevermittelnden Feldes beschreiben. Nimm z.B. zwei elektrisch geladene Teilchen, die über das elektromagnetische Feld miteinander wechselwirken (sich anziehen oder abstoßen). Im Formalismus der Störungsrechnung sieht das so ähnlich aus wie die Ausbreitung eines Photons, d.h. eines Feldquantes des EM-Feldes. Daher hat es sich eingebürgert zu sagen, die EM-Wechselwirkung werde durch den Austausch von "virtuellen" Photonen übertragen.
Wendet man das Prinzip auf die Gravitation an, so sollte man analog zum Photonen-Austausch beim EM-Feld einen Gravitonen-Austausch herausbekommen. Es gibt allerdings noch keine Quantentheorie der Gravitation, so dass es bislang nur eine Vermutung ist, dass es in einer noch zu entdeckenden Quantentheorie der Gravitation so sein wird.
Soll es nun Antigravitationseffekte geben, so muss die Feldgleichung, der das Gravitationsfeld gehorcht, auf diese führen. In der bisherigen, nicht quantisierten Theorie der Gravitation, der ART (Allgemeine Relativitätstheorie), ist das auch tatsächlich der Fall: es gibt Lösungen der ART-Gleichungen, in denen Antigravitation auftritt. ...
Ich hoffe, dass ich Dir weiterhelfen konnte.
