Frame-Ziehen

Frame-Ziehen ist die Vorhersage aus Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie dass eine rotierende Masse das Gefüge der Raumzeit um sich selbst dreht und dabei Raum und Zeit in der Nähe in Richtung ihrer Drehung mitzieht. Dies ist eine der kontraintuitivsten Konsequenzen, wenn man die Schwerkraft als gekrümmte Raumzeit betrachtet: Ein sich drehendes Objekt zieht nicht nur Dinge an, es rührt auch die Geometrie um sich herum wie ein Löffel in Honig.

Schwerkraft, die sich wie Magnetismus verhält

In Newtons Physik hängt die Schwerkraft nur davon ab, wie viel Masse vorhanden ist, nicht davon, ob sie sich bewegt. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist anders: Bewegte und rotierende Massen erzeugen zusätzliche Gravitationseffekte, in einer engen Analogie dazu, wie bewegte elektrische Ladungen Magnetismus erzeugen. Aus diesem Grund wird das Ziehen von Frames auch genannt Gravitomagnetismus. Ein Gyroskop, das in der Nähe eines rotierenden Planeten gehalten wird, kreist langsam um seine Achse herum, selbst wenn ihn nichts berührt. Diese spezifische Vorhersage wird als bezeichnet Linsen-Thirring-Effekt, abgeleitet im Jahr 1918.

Eine fast unmerkliche Drehung messen

In der Nähe der Erde ist das Frame-Dragging außerordentlich schwach, sodass ein Gyroskop nur um einige Milliardstel Grad pro Jahr driftet. Seine Entdeckung erforderte äußerste Präzision. NASAs Schwerkraftsonde B Die 2004 gestartete Mission brachte hochpräzise Gyroskope in die Umlaufbahn und bestätigte nach Jahren sorgfältiger Analyse den Lense-Thirring-Effekt mit einer Genauigkeit von etwa 20 %. Dies haben auch unabhängige Messungen mithilfe der präzisen Verfolgung von Laser-Rangungssatelliten bestätigt.

Frame-Draging im Extremfall

Um ein sich schnell drehendes Kerr Schwarzes Loch, wird das Ziehen von Frames überwältigend. Nahe am Horizont liegt eine Region namens Ergosphäre, wo die Raumzeit so heftig gezerrt wird, dass nichts still bleiben kann – alles ist gezwungen, sich mit dem Schwarzen Loch zu drehen. Dieses extreme Ziehen macht das aus Penrose-Prozess um einem Schwarzen Loch Energie zu entziehen, und es formt die wirbelnden Akkretionsscheiben und Jets, die um echte Schwarze Löcher herum zu sehen sind.

Ein häufiges Missverständnis

Das Ziehen des Rahmens bedeutet nicht, dass die rotierende Masse Objekte physisch erfasst und durch Reibung mitzieht. Nichts Materielles berührt sie. Was verschoben wird, ist die lokale Definition von „nicht rotierend“ selbst: Ein frei schwebendes Gyroskop, das keine Kraft spürt, findet seine Ausrichtung immer noch langsam durch die verdrehte Geometrie der Raumzeit herum.