Grootte gravitatieveld?

[Gast]

Hallo en bedankt alvast,
 
Ik wou graag weten hoe groot een gravitatieveld is/kan zijn.
Dit kan toch niet oneindig zijn ( ... ook niet de g-velden veroorzaakt door gemeenschappelijke zwaartepunten) ?
 
Oh en zijn er ook overlappende gravitatievelden ( ... lijkt mij wel, dus moeten er "grenzen" zijn?) ?

[Anton_v_U]

Als een zwart gat inderdaad een singulariteit bevat (dwz veel massa in een punt) dan nadert de gravitatie tot oneindig in de buurt van dit punt. Ik heb moeite met het idee van oneindige gravitatie maar zeker is dat er gravitatie bestaat die vele ordes van grootte groter is dan de gravitatie bij het aardoppervlak. 
 
Er bestaan overlappende gravitatievelden als je daarmee bedoelt dat bijvoorbeeld een object tegelijkertijd de gravitatie van twee of meer hemellichamen ondervindt. Die voorstelling van zaken is correct maar het is handiger om het te zien als één gravitatieveld dat de som is van de velden tgv de afzonderlijke hemellichamen.
 
Ik weet niet wat je bedoelt met "grenzen". Als je ermee bedoelt dat de gravitatie van een hemellichaam begrensd is in de ruimte, dan klopt dat wiskundig niet want het veld is onbegrensd maar praktisch en fysisch wel: vanaf zekere afstand is het veld zo klein dat het geen invloed heeft.

[Michel Uphoff]

lijkt mij wel, dus moeten er "grenzen" zijn?

 
Geen grenzen in de zin van "Hier is de buitenrand van het gravitatieveld, want het is nu nul groot." Het gravitatieveld zet zich al maar zwakker wordend oneindig voort (als we de snelheid van de gravitatie, die gelijk is aan de lichtsnelheid even buiten beschouwing laten).
 
Maar wat wel gebeurt is dat twee gravitatievelden op een bepaald punt even sterk en tegengesteld kunnen zijn, dan heffen ze elkaar in dat punt op. Zo kan je bijvoorbeeld uitrekenen dat de gravitatie van de Aarde en die van de Maan op de lijn Aarde-Maan elkaar op 38.440 km van de Maan opheffen.

[Gast]

Bedankt heren,
 
Ik bedoelde de omvang van een gravitatieveld (niet de sterkte).
De Aarde-Maan lijn is dus een soort grens, maar samen hebben de aarde en de maan dus ook weer een gemeenschappelijk zwaartepunt?

Is het dan juist om te zeggen dat uhm ... de aarde op zich geen invloed heeft op de rest van het heelal, maar het gemeenschappelijke zwaartepunt van het zonnestelsel op de Melkweg wel? En op en in aarde de effecten van zwaartekracht anomalieën geen invloed hebben op de maan maar het gemeenschappelijke zwaartepunt daarvan dat bepaald? 
En het gemeenschappelijke zwaartepunt van de Melkweg weer op clusters en clusters weer op de rest van het heelal?
 
Als dat het geval is ... is er dus een oneindig groot gravitatieveld tgv van de massa van het gehele heelal ...
dat is toch niet voor te stellen, want dan is dat g-veld groter dan het heelal zelf ... ???
 
 
(En ligt het zwaartepunt van het (of dit) heelal op de plek van de oerknal?)
 
Ik heb hier zoveel vragen over, maar zal me eerst meer verdiepen ... zo fascinerend dit!

[Michel Uphoff]

Ik bedoelde de omvang van een gravitatieveld (niet de sterkte).

 

Dat is in wezen hetzelfde. Als het op een bepaalde afstand nul groot zou zijn, is daar tevens de grens. Maar het wordt nergens nul, dus is er ook geen grens.

 

De Aarde-Maan lijn is dus een soort grens

 

Het is de plaats waar de krachten even sterk en tegengesteld zijn, maar geen grens.

Analogie: Er staan twee mensen te schreeuwen, en jij gaat op de plek tussen hen staan waar het geluid van beiden even hard klinkt. Daar houdt het geluid van beiden ook niet op, loop je wat door dan klinkt de een harder dan de ander.

Zo is het ook met de gravitatie; voorbij het punt waar de zwaartekracht van Aarde en Maan even sterk zijn. Bijvoorbeeld 1000 kilometer achter de Maan, daar is de zwaartekracht van de Aarde nog steeds aanwezig maar die van de Maan is daar een stuk sterker. En 1000 kilometer achter de Aarde is de gravitatie van de Maan er ook nog steeds.

 

Is het dan juist om te zeggen dat uhm ... de aarde op zich geen invloed heeft op de rest van het heelal

 

Natuurlijk heeft de Aarde wel invloed op haar omgeving, hoe ver die ook weg is (maar zie ook verderop). Maar je kan en mag het wel vaak vereenvoudigen. Zo kan je inderdaad wel ongeveer stellen dat het gemeenschappelijk massacentrum van Aarde en Maan een baan om de Zon trekt. Maar de locatie van dat A-M massacentrum wordt natuurlijk mede door de Aarde bepaald.

En zo hebben ook de Zon en alle planeten samen een gemeenschappelijk massacentrum, dat weer haar baantjes rond het centrum van de Melkweg draait. Maar Zon en planeten bepalen wel mede waar dat massacentrum van de Melkweg is.

Hetzelfde gaat op voor steeds grotere schalen.

 

Maar dit is slechts een vereenvoudiging die het rekenwerk vermindert. Je kan niet zomaar stellen dat bijvoorbeeld de Maan en de Aarde vervangen kunnen worden door een gemeenschappelijke massa in het massacentrum Aarde-Maan. Dat werkt op bijzonder grote afstanden prima, maar hoe laat je nu een satelliet rond de Aarde draaien? En op het punt waar de Maan voor deze vervanging was konden we op haar bodem staan en haar zwaartekracht ervaren, maar nu met onze vervanging kan dat niet meer. Op kleine schaal gaat deze vlieger dus niet op.

 

Als dat het geval is ... is er dus een oneindig groot gravitatieveld tgv van de massa van het gehele heelal

...

En ligt het zwaartepunt van het (of dit) heelal op de plek van de oerknal?)

 

Hier komt de absolute lichtsnelheid op de proppen. Ook gravitatie kan zich niet sneller dan het licht voortplanten, en in de bijna 14 miljard jaar die het heelal bestaat heeft het licht, en dus de zwaartekracht, een grote maar niet oneindige afstand af kunnen leggen. Die afgelegde afstand noemen we de waarnemingshorizon. Niets achter die horizon kan ons beïnvloeden, ook de zwaartekracht van objecten achter die horizon niet. 

 

Het veld is dus niet oneindig sterk zelfs als het heelal oneindig groot (en zwaar) zou zijn. Het is op grote schaal zelfs nul groot, waar je je ook bevindt. Hoe dat zit:

 

Als je uitgaat van een op grote schaal homogene verdeling van materie in het waarneembare heelal (en dat doen de kosmologen) dan is het gemeenschappelijk massacentrum van dat waarneembare heelal altijd op het punt waar jij bent. De zwaartekracht is daar nul groot omdat je je in het centrum van de homogene bol materie bevindt die door jouw waarnemingshorizon wordt bepaald. Vergelijk dit bijvoorbeeld met de zwaartekracht in het centrum van de Aarde, die is daar ook nul groot.

 

Maar ik, een paar miljard lichtjaar van jou vandaan, kom tot exact dezelfde conclusie. Ook ik ben in het massacentrum van mijn fraai homogene heelal en ook bij mij is de zwaartekracht nul groot. Mijn waarnemingshorizon is echter een paar miljard lichtjaar verschoven t.o.v. de jouwe. Anders gezegd, ons waarneembare heelal verschilt.

 

En dat gaat voor iedere locatie in het heelal op, er zijn evenveel massacentra van het heelal als er posities zijn die je in kan nemen, en overal is de grote schaal gravitatie (vrijwel) nul groot. De kleine schaal invloed blijft ook hier in werkelijkheid natuurlijk wel gelden, we wegen immers aardig wat op onze Aarde.

 

Dat gaat ook op voor de oerknal, die heeft ook niet een plek maar was overal. Als je dat, zoals velen, lastig voorstelbaar vindt kijk dan eens of dit bericht je wat verder helpt.

[Gast]

Wat een prachtige uitleg!
 
Hartelijk dank mijnheer Michel Uphoff!
 
Maar wees gerust, ik heb nog veel vragen;(zoals wanneer liggen massa's het dichtst bij mekaar ... in subatomaire deeltjes? vandaar de snaartheorie? ...)

[Gast]

Hmmm ... ik heb idd (nog steeds) moeite met dit laatste Michel Uphoff.
 
Ten eerste:
Begrijp ik het nu goed dat niemand of wat dan ook überhaubt KAN weten waar men of iets zich in het heelal bevind ??? (Ik dacht dat door het 'achtergrondstralingsplaatje' men wist waar de aarde zich bevond en wat niet al. Niet dus.)
 
Maar niet weten waar iets zich bevindt in het heelal is toch iets anders dan dat er geen gemeenschappelijk zwaartepunt is in het heelal?
Ik bedoel uhm ... moeilijk ... maar u zegt dat het vergelijkbaar is met de zwaartekracht in het centrum van de Aarde, die is daar ook nul groot. Maar dan weten we dat daar het centrum is van de aarde en zo moet er toch ook een centrum(punt) in dit homogeen verondersteld heelal zijn waar de gravitatie daadwerkelijk nul is? 
Net als een 'vuurwerkexplosie' in het niets ook een massacentrum krijgt.(???)

 
PS. Is het bekend hoe snel gravitatie zich voortplant?
PS2. U zou een boek moeten schrijven! (Serieus ... mooie analogieën en schrijfwijze!)

Oh en een ander vraagje. Beetje off topic, maar is denk ik voor de slimme mensen hier vast kort en simpel: Ik weet dat astronauten in bijv. het ISS gewichtsloos zijn door een vrije val, maar bij een vrije val is er toch versnelling? Dus waarom satellieten en astronauten en planeten, manen etc. niet?

 
 
 

 

[Michel Uphoff]

Begrijp ik het nu goed dat niemand of wat dan ook überhaubt KAN weten waar men of iets zich in het heelal bevind ?

Dat zie je goed. Jij bent op zoek naar een centrum, of grenzen waarmee je de absolute positie van een object in het heelal kunt vaststellen. Dat is op zich een logische gedachte, maar er zijn geen grenzen. Dat is lastig voor te stellen, maar misschien helpt dit wat:

 

Zie het heelal als het oppervlak van een ballon, en alleen als dat oppervlak. Buiten de ballon is niets (buiten het heelal bestaat niet), binnen de ballon is niets (zelfde reden). Alles speelt zich dus af in dat oneindig dunne laagje aan het oppervlak. Waar is nu de grens van het heelal, en waar het middelpunt, het zwaartekrachtcentrum? Omdat bewoners van dat platte heelal zelf ook plat moeten zijn, kunnen ze geen hoogte waarnemen en zich ook niet voorstellem. Wat die Platlanders betreft is hun heelal een heel groot plat vlak. 

Ze kunnen een raket wegsturen, en er achter komen dat hoe ver ze ook reizen, ze nergens de grens van hun platte heelal zullen vinden, en ook nergens het centrum.

 

Probeer deze analogie eens op je in te laten werken, en bedenk dan dat wij driedimensionale wezens met soortgelijke beperkingen opgescheept zitten. De tweedimensionale platlander kan zich geen beeld vormen van een driedimensionale bol, en wij driedimensionale mensen kunnen dat niet van de ruimtetijd, ons vierdimensionale heelal.

 

Voor wat betreft de huidige kennis is ons heelal, net zoals het ballonoppervlak, onbegrensd en heeft het geen centrum. Misschien is het heelal eindig en onbegrensd, misschien oneindig en onbegrensd, maar in beide gevallen heeft het geen grens, en dus ook geen centrum.

 

Maar dan weten we dat daar het centrum is van de aarde en zo moet er toch ook een centrum(punt) in dit homogeen verondersteld heelal zijn waar de gravitatie daadwerkelijk nul is?

De waarnemer zelf bevindt zich altijd in het centrum van zijn 'eigen' waarneembare heelal. Maar dat geldt voor iedere waarnemer. Zolang de waarnemers (zoals wij mensen) opeengepakt zitten op een piepklein stofje, kan je wel zeggen dat we allemaal vrijwel hetzelfde heelal waarnemen. Maar een waarnemer een flink eind verderop (zeg eens een paar miljard lichtjaar), zou het (als hij met ons zou kunnen communiceren) helemaal niet met ons eens zijn. Zijn heelal ziet er anders uit, en hij bevindt zich in het midden ervan.

 

Net als een 'vuurwerkexplosie' in het niets ook een massacentrum krijgt.

Ik neem aan dat je hierbij denkt aan de oerknal. Het tv beeld van een explosie (liefst nog met geluid) dat we daarvan zien is behoorlijk misleidend. Een vuurwerkbom ontploft ergens in de ruimte en de brokstukken vliegen door de al bestaande ruimte. Maar de oerknal was een snelle expansie van de ruimte zelf, van dat ballonoppervlak van zo-even. Je kan er ook niet van buiten af naar kijken, zoals je bij het vuurwerk meestal doet. Er is geen buiten het heelal, en de oerknal moet je proberen je alleen maar van binnenuit voor te stellen. Alles lijkt van je weg te vliegen. Teken maar eens een paar stippen op die ballon, en blaas hem op. Voor iedere stip geldt dat alle andere stippen zich van hem verwijderen. Iedere stip lijkt in het centrum van de oerknal te zitten.

 

PS. Is het bekend hoe snel gravitatie zich voortplant?

 Ja, gravitatieveranderingen planten zich voort met de lichtsnelheid.

 

Ik weet dat astronauten in bijv. het ISS gewichtsloos zijn door een vrije val, maar bij een vrije val is er toch versnelling?

Dat een van de onderwerpen in een ander topic, kijk eens hier.

[Gast]

  prachtig, hartelijk dank weer.
De analogie met de ballon heb ik eens gezien op tv en ik geloof dat ik het nu begrijp ... nee ik begrijp het gewoon! Wel moeilijk om vast te houden in mijn 'kleine' wit en grijze massa, als u begrijpt wat ik bedoel.
 
 
Ik weet niet of dit over hetzelfde gaat, maar ik heb ook gelezen over andere "vormen" van het heelal, bijvoorbeeld een soort lus/achtbaan (Stephen Hawking en Wetenschap in beeld (prachtig blad vind ik)).

Ik doel hierop: http://wibnet.nl/heelal/thema-de-vorm-van-het-heelal  en met name
http://wibnet.nl/heelal/einstein-de-vorm-van-het-heelal < = vast wat u bedoeld met quote:
 
"Misschien is het heelal eindig en onbegrensd, misschien oneindig en onbegrensd." ?
Hmmm die achtbaanachtige lus van Hawking staat dus niet in het blad. (Wat was dat dan ook al weer?) 
 
Maar het principe van de analogie van de ballon als universum is heeft uhm ... blijft gelijk?
Is men hier nog niet uit of ... heeft deze 'ballon-analogie' niet veel te maken met de topologie van het heelal ? Nee denk ik ...

 
Damn wat moeilijk ... sorry ik denk en type mezelf hier een beetje klem .

 
Maar ik ben weer een beetje wijzer, dank nogmaals!