Gravitationskonstante
Anschaulich
Basiswissen
6,6743 mal 10 hoch -11 m³/(kg·s²): das große G steht für die Gravitationskonstante der Physik. Sie hat einen festen Wert überall im Weltraum. Die Zahl gibt an, wie stark sich Masse gegenseitig anzieht. Die Gravitationskonstante ist aber etwas anderes als die Schwerkraft an einem Ort oder die Fallbeschleunigung. Das ist hier kurz erklärt.
Zahlenwerte für die Gravitationskonstante
- G = 6,6743 mal 10 hoch -11 m³/(kg·s²)
- G = 0,000000000066743 m³/(kg·s²)
Was bedeutet die Gravitationskonstante G anschaulich?
Der Wert von G kann anschaulich gedeutet werden: er ist zahlenmäßig identisch mit derjenigen Anziehungskraft in Newton, die zwischen zwei Kugeln mit je einem Kilogramm Masse herrscht, wenn die Mittelpunkte der beiden Kugeln einen Abstand von genau einem Meter zueinander haben[1, Seite 196]. Praktisch gesprochen gilt also: zwei Kugel von je einem Kilogramm Masse ziehen sich gegenseit mit einer Kraft von 0,000000000066743 Newton an. Diese Kraft ist so gering, dass man sie als Mensch nicht spüren könnte. Sie ist aber groß genug, dass Messgeräte sie feststellen können. Zur anschaulichen Bedeutung der Einheit Newton siehe auch ein Newton ↗
Wie hat man die Gravitationskonstante G praktisch bestimmt?
Mit einer sogenannten Gravitations- oder Torsionswaage: die Messung gelang bereits im Jahr 1798 recht gut. Schwere Eisenkugeln ziehen sich gegenseitig spürbar an. Dabei werden zwei Kugeln so an einem senkrecht herabhängendem Draht aufgehängt, dass die Anziehungsbewegung der Kugeln als Drehung gut sichtbar wird. Nachdem der Zahlenwert von G bekannt war, konnte man auch die Masse der Erde leicht berechnen. Mehr unter Gravitationswaage ↗
Wann schreibt man G und wann g?
- Die Naturkonstante G ist nicht dasselbe wie die Fallbeschleunigung g.
- G hat immer denselben Wert und gilt für alle Anziehungskräfte.
- g hängt davon ab, auf welchem Himmelskörper man sich befindet.
- Auf der Erde ist g etwa 9,81 m/s², auf dem Mond etwa 1,6.
- g nennt man Fallbeschleunigung oder auch Ortsfaktor ↗
Was ist die Dunkle Masse?
Isaac Newton hatte nachgewiesen, dass das Gravitationsgesetz nicht nur für fallende Steine auf der Erdoberfläche gilt, sondern auch für die Umlaufbahn des Mondes. Pierre Simon Laplace hat dann mathematisch nachgewiesen, dass dieselben Gesetze auch für die damals bekannten Planten und Kometen im restlichen Sonnensystem gelten[2]. Bis in die 1960 Jahre ging man dann von der universellen Gültigkeit des Gravitationsgesetzes und der Unverändlichkeit der Gravitationskonstanten G aus. Doch dann beobachtete man Unregelmäßigkeiten in den Bewegungen von Sternen am Rande unserer Galaxie. Als mögliche Ursachen dafür werden diskutiert, dass das Gravitationsgesetzt mit der Konstante G veränderlich sein könnte oder, alternativ, im Weltraum für uns unsichtbare Masse existiert, die sogenannte Dunkle Masse ↗
Was ist die Dunkle Energie?
In den 1990er Jahren häuften sich astronomische Belege, dass sich das Universum möglicherweise nicht nur an sich ausdehnt, sondern dass diese Ausdehnung immer schneller abläuft. Als ein mögliches Modell dafür wird diskutiert, dass Massen über große Distanzen nicht anziehend sondern zunehmende abstoßen aufeinander wirken könnte. Ähnlich wie bei der Dunklen Energie wäre auch hier die Gültigkeit des Gravitationsgestzes in Frage gestellt. Lies mehr unter Dunkle Energie ↗
Kann man die Gravitationskonstante herleiten?
Das ist unklar: man kennt kein tieferes physikalisches Gesetz aus dem der wirkliche Zahlenwert der Gravitationskonstanten logischer heraus folgt. Physiker können sie nur als „gegeben“ hinnehmen. Interessant sind jedoch Berechnungen mit alternativen Gravitationskonstanten. Wäre der Wert etwas anders als der tatsächliche, dann wären in unserem Kosmos vielleicht niemals Sterne oder Planeten entstanden. Und dann hätte es auch wahrscheinlich niemals Leben im uns bekannten Sinn gegeben. Diese Überlegung führt weiter zu dem Gedanken, dass der Kosmos vielleicht gezielt so eingerichtet wurde, dass darin biologisches Leben entstehen konnte, oder sogar menschenähnliche Geschöpfe. Die (sehr umstrittene) Idee, dass der Kosmos bewusst so gestaltet wurde, dass darin Menschen entstehen können nennt man auch Anthropismus ↗
Fußnoten
- [1] Franz Serafin Exner: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV.
- [2] Pierre Simon Laplace: Exposition du système du monde (1796). Deutsch: Darstellung des Weltsystems. Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften and Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften. ISBN: 9783817133017. Verlag Harri Deutsch, 2008. 1. Auflage.
