Die Relativität von oben und unten in der Physik

In der Physik wird die Definition von oben und unten davon abhängig gemacht wo sich der Betrachter und die Gravitationskraft befinden. Ein kugelförmiger Körper wie die Erde hat einen Mittelpunkt, auf den die Gravitationskraft gerichtet ist. Aus diesem Grund wird die Richtung zur Erdoberfläche als "unten" und die gegensätzliche Richtung als "oben" festgelegt. Diese Definition ist jedoch relativ – da sie vom lokalen Gravitationsfeld abhängig ist und sich dadurch in verschiedenen Bezugssystemen ändern kann.

Nach Einsteins Theorie der allgemeinen Relativität beeinflussen Gravitationsfelder und Trägheitsfelder lokal das lokale Gravitationsfeld im Bezugssystem des Körpers. Dies bedeutet, dass die Summe aller Oberflächenkräfte die Richtung von "oben" bestimmt. Zum Beispiel steht eine Person ruhig auf der Erdoberfläche, da die beiden Kräfte die auf sie wirken die Gravitationskraft ⬇️ und die Normalkraft der Erdoberfläche nach oben, sich zu null addieren. Allerdings unterscheiden sich beide Kräfte: Die Gravitationskraft wirkt auf das gesamte Volumen des Körpers, während die Normalkraft nur auf die Unterseite der Füße gerichtet ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Arten von Kräften wird die Richtung von "Oben" definiert.

Ein weiteres Beispiel ist ein Kettenkarussell auf dem die Seilkraft und die Gravitationskraft auf den Sitz wirken. Die Summe dieser Kräfte zeigt zur Mitte des Kreises und somit definiert die Seilkraft die Richtung von "Oben". In einem freien Fall oder bei einer Rakete im All gibt es keine Oberflächenkräfte, deshalb ist die Richtung von "Oben" relativ.

Außerhalb des Einflusses einer Schwerkraftquelle gibt es keine klare Orientierung von "oben" und "unten". Da ein kugelförmiger Körper im Universum keinen Bezugspunkt hat der die Richtungen definieren würde, fehlt die Konstante für "oben" und "unten". Es muss ebenfalls beachtet werden – dass die Definitionen von oben und unten in unserer menschlichen Wahrnehmung von Ort zu Ort relativ sind und von den unterschiedlichen Gravitationsfeldern in verschiedenen Teilen der Erde beeinflusst werden.

Insgesamt zeigt die physikalische Erklärung: Die Richtungen von "oben" und "unten" relativ und von verschiedenen Faktoren abhängig sind, abgesehen von der klassischen Definition die durch die Schwerkraft beeinflusst wird.