#5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophysik

Basisforum, in dem immer wieder spannende Themen wie Urknall, schwarze Löcher, Quantenphysik usw. auf Einsteiger-Niveau als kurze Artikel vorgestellt und diskutiert werden

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 18. Sep 2010, 23:53

@derNeugierige
Die richtige Frage müsste also lauten:

"Was könnte Dunkle Energie sein?"

Das Thema haben wir schon einmal angeschnitten.

Schau z.B. mal hier:
viewtopic.php?f=3&t=1482
oder hier:
viewtopic.php?f=3&t=1590

Falls du dort dieses Thema weiter diskutieren bzw. hinterfragen möchtest bist du dazu natürlich herzlich eingeladen!

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Timm » 8. Okt 2010, 19:58

Interessehalber seien hierzu noch Lee Smolin's Vorstellungen erwähnt. Ziemlich zu Beginn seines Buches "Die Zukunft der Physik" nennt er diese 5 ungelösten Probleme der theoretischen Physik:

1. Man verbinde die ART und die QT zu einer einzigen Theorie, die von sich behaupten kann, die vollständige Theorie der Natur zu sein.

2. Man löse die Grundlagenprobleme der QM ... und erwähnt einige Möglichkeiten.

3. Man bestimme, ob sich die verschiedenen Teilchen und Kräfte in einer Theorie vereinheitlichen lassen, die sie als Manifestationen einer einzigen fundamentalen Einheit erklären.

4. Man erkläre, wie die freien Konstanten im Standardmodell der Teilchenphysik in der Natur bestimmt werden.

5. Man erkläre die dunkle Materie und die dunkle Energie.

Ich habe den Thread nur überflogen und denke, das wurde alles schon genannt.
Mir scheinen alle diese ungelösten Fragen miteinander verwoben zu sein, insbesondere, weil die Kosmologen ja davon ausgehen, daß der Urbeginn ein strukturloser Zustand war.
In diesem Zusammenhang interessiert mich die Frage, müßte nicht alles, was in der Folge entstand, die Teilchen, die Kräfte, eine wie auch immer geartete Vakuumenergie bereits in diesem noch unstrukturierten Anfangszustand codiert gewesen sein, etwas so - simpel gesagt - wie die Struktur aus einer Schmelze entstandener Kristalle bereits zumindest im Prinzip aus der Schmelze ableitbar ist?

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 8. Okt 2010, 23:58

Timm hat geschrieben:Mir scheinen alle diese ungelösten Fragen miteinander verwoben zu sein, insbesondere, weil die Kosmologen ja davon ausgehen, daß der Urbeginn ein strukturloser Zustand war.
In diesem Zusammenhang interessiert mich die Frage, müßte nicht alles, was in der Folge entstand, die Teilchen, die Kräfte, eine wie auch immer geartete Vakuumenergie bereits in diesem noch unstrukturierten Anfangszustand codiert gewesen sein, etwas so - simpel gesagt - wie die Struktur aus einer Schmelze entstandener Kristalle bereits zumindest im Prinzip aus der Schmelze ableitbar ist?
Meine Antwort:

Das hoffen wir, weil wir es dann verstehen könnten, weil wir dann eine uns verständliche vollständige Geschichte des Universums erzählen könnten...
Wir denken gerne in klaren Ursache-Wirkung-Strukturen, in der Form, dass genau eine Ursache genau eine Wirkung haben muss.

Aber es muss nicht so sein:
Ich denke, dass zwar alles was danach kam im Anfangszustand möglich gewesen sein muss - aber eventuell eben nur als Möglichkeit.

Die Alternative wäre nämlich, dass sich das Universum seine eigenen Regeln gemacht hat, die dann im Anfangszustand nicht festgelegt, sondern frei gewesen wären. Das Universum hätte sich in diesem Fall seine Regeln erst im Laufe seiner Entwicklung zufällig oder sonstwie gegeben.

(Hinkender) versuch eines Beispiels, für das, was ich meine:

Wenn ein beliebiger Mensch geboren wird, dann kann man nicht sagen, welchen Beruf er später einmal ergreifen wird - nicht mal im Prinzip: Es ist einfach noch nicht festgelegt, frei (nehmen wir dabei an, es gäbe dabei weder genetische Einflüsse noch a priori-Umwelteinflüsse). Der Mensch trifft aber immer wieder Entscheidungen, die seine Wahlmöglichkeiten einschränken und ihn so in die eine oder andere Richtung lenken und darauf aufbauend immer wieder neue Entscheidungen ermöglichen, was ihn am Ende zu dem Menschen mit dem Beruf macht, den er letztendlich ausüben wird.

Anderer Versuch:
Du spielst ein Spiel ohne Regeln und hast zu Anfang nur einen Würfel. Irgendwann entscheidest du zufällig zu würfeln. Der Würfelwurf erzeugt eine Regel, z.B. die Regel, dass du jetzt immer wieder würfeln musst. Der nächste Wurf erzeugt die nächste Regel, z.B. dass ein Spielbrett erscheint. Der Nächste Wurf erzeugt die Regel, dass eine gerade Linie auf dem Spielbrett erscheint, usw. Jede erzeugte Regel baut dabei auf den vorhergehenden auf und verfeinert sie. Außerdem verschwindet nichts wieder, das einmal da ist.

Noch ein Versuch:
Man kann aus der evolutionären Entstehung des Menschen nicht die deutsche Gesetzgebung ableiten. Sie ist im Menschen nicht schon vorgegeben - auch nicht im Prinzip: Sie könnte auch völlig anders aussehen.

Und zuletzt Langtons Ameise:
Aus den Regeln, die die Bewegung der Ameise festlegen ist nicht determiniert, dass die Ameise eine bestimmte Straße bauen wird - nicht in dem Sinne, dass das vorher schon erkennbar wäre - insbesondere dann nicht, wenn der Anfangszustand zufällig ist.
Wenn wir das Spiel noch so verkomplizieren, dass die Regeln der Bewegung der Ameise verändert werden oder sie vervielfältigt wird, wenn sie ein bestimmtes Muster baut, dann wird sie für uns prinzipiell und völlig undurchschaubar. Wenn etwas prinzipiell undurchschaubar ist, dann kann man auch nicht mehr sagen, dass es feste zugrundeliegende Regeln geben muss, weil man das dann einfach nicht wissen kann. Wenn man etwas nicht wissen kann, dann muss man schweigen.

Einigermaßen klar, was ich meine?

Grüße
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Timm » 9. Okt 2010, 11:52

seeker hat geschrieben:
Das hoffen wir, weil wir es dann verstehen könnten, weil wir dann eine uns verständliche vollständige Geschichte des Universums erzählen könnten...
Wir denken gerne in klaren Ursache-Wirkung-Strukturen, in der Form, dass genau eine Ursache genau eine Wirkung haben muss.

Aber es muss nicht so sein:
Ich denke, dass zwar alles was danach kam im Anfangszustand möglich gewesen sein muss - aber eventuell eben nur als Möglichkeit.
Deine Beispiele kann ich nachvollziehen, meines ist das des Schachspiels. Es gibt eine eindeutig definierte Grundstellung nebst eindeutigen Regeln. Daraus ergibt sich das Potential für ca. 10^80 legale Spielabläufe.
Unser Universum schöpft eine Möglichkeit aus einem riesigen, aber wohl endlichen Potential von Möglichkeiten des heißen Anfangszustandes aus. Den wenigen Regeln des Schachspiels entspricht für diesen eine überschaubare Anzahl physikalischer Grundgesetze.
Betrachtet man nun das Universum zur Planck-Zeit, so "weiß" man eigentlich nur, daß die Energie bei 10^19 TeV lag. Sofern dieser Zustand physikalisch eindeutig ist, sollten nach meiner Auffassung die uns bekannten Naturgesetze und die mit der Abkühlung einhergehenden Symmetriebrüche zu diesem Zeitpunkt bereits festgelegt gewesen sein. Denn Physik folgt Gesetzen, macht sie aber nicht. Ich hatte diesen Aspekt vielleicht etwas mißverständlich Kodierung genannt. Unterstellt, soweit richtig, sollte dann eine noch zu findende ToE Vorhersagen ab der Planck-Zeit machen?
seeker hat geschrieben:
Die Alternative wäre nämlich, dass sich das Universum seine eigenen Regeln gemacht hat, die dann im Anfangszustand nicht festgelegt, sondern frei gewesen wären. Das Universum hätte sich in diesem Fall seine Regeln erst im Laufe seiner Entwicklung zufällig oder sonstwie gegeben.
Du sprichst vermutlich von einem Zeitpunkt vor der Planck-Zeit. Gab es da schon Regeln?

Wir geraten in spekulative Gewässer.

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 9. Okt 2010, 13:23

Wir gelangen in logische Gewässer der Möglichkeiten. Wir gelangen zu "Was wäre wenn?"-Fragen. Solche Fragen sind geeignet uns in unserem Verständnis voranzubringen.
Timm hat geschrieben:Du sprichst vermutlich von einem Zeitpunkt vor der Planck-Zeit. Gab es da schon Regeln?
Ja.
Ich behaupte die Antwort lautet: Wir wissen es nicht!

Was wir aber wissen ist, dass es nur zwei Möglichkeiten gibt: Entweder es gab im Anfang Regeln oder es gab keine.
Falls es welche gab, so müsste zumindest ein Teil (bzw. die "Richtung") der heutigen Physik schon von Anfang an festgelegt gewesen sein.
Falls es keine gab, so war alles offen und das Universum hat sich seine Regeln vollständig selbst erschaffen. Dies würde bedeuten, dass wir es im Urknall nicht mit einer Raumzeitsingularität zu tun hätten, sondern mit einer "Regelsingularität"! Unangenehme Vorstellung...
Timm hat geschrieben:Denn Physik folgt Gesetzen, macht sie aber nicht.
Bist du sicher? Ich denke, es kommt darauf an, wie man "Physik" definiert bzw. die Sachlage interpretiert.
Vielleicht hilft es auch im Denken, wenn man das Wort "Physik" mal probehalber durch das Wort "Natur" ersetzt. Also:
Denn Natur folgt Gesetzen, macht sie aber nicht.
Stimmt das? Was ist dann "Physik"?
Denn: Es gibt auf jeder Ebene der Komplexität Regeln, Regeln die zwar auf den Regeln des Allereinfachsten aufbauen, aber in diesem weder erkennbar noch wirklich determiniert sind. Es entsteht auf jeder Ebene ein neues Spiel mit eigenen Regeln.

Beispiel:
Die Regeln, wie sich ein Kristall bildet, müssen in einem einzelnen Teilchen schon als Möglichkeit vorhanden sein.
Allerdings existiert das Ding "Kristall" mitsamt seinen Regeln und Eigenschaften im einzelnen Teilchen schlichtweg nicht.
Wenn man viele Teichen hat, dann bekommt man es plötzlich mit neuen Regeln zu tun, die im Einzelteil einfach nicht existieren.
Nehmen wir dabei an, dass es mehrere mögliche Kristallstrukturen gäbe:
Wenn einige Teilchen einmal angefangen haben sich für eine bestimmte Kristallstruktur zu "entscheiden", dann ist ein bestimmter Kristallisationskeim entstanden, der das weitere Kristallwachstum ein für alle Mal determiniert.
Frage: Woher kommen die neuen Regeln dann her und wer/was macht sie? Darf man sagen, sie kommen vollständig aus den Eigenschaften des Einzelteils?
Ich glaube nicht.

Falls es im Anfang des Universums ähnlich gewesen sein sollte, dann könnte es sein, dass es die heutigen Naturgesetze vollständig aus sich selbst heraus geschaffen hat - ohne äußere Ursache.

Ab der Planck-Zeit muss aber in jedem Fall schon einiges an Regeln -also Struktur- dagewesen sein. Es kann dort m.E. keine unendliche Anzahl von Möglichkeiten mehr gegeben haben. Solche "Urregeln" könnten jedoch auch noch eine Art Evolution durchgemacht haben - vielleicht auch nicht.
Je nach theoretischem Ansatz lässt sich über diesen Zeitpunkt einiges aussagen bzw. schlussfolgern. Ich weiß noch, dass z.B. in der LQG einiges darauf hindeutet, dass eine Urknall-Singularität vermieden werden kann und dass manche Eigenschaften eines früheren Vorgänger-Universums in das unsere hinübergerettet worden sein könnten.
Vielleicht weiß z.B. Tom noch etwas dazu zu sagen?

Beste Grüße
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Timm » 9. Okt 2010, 18:02

seeker hat geschrieben:
Timm hat geschrieben:Denn Physik folgt Gesetzen, macht sie aber nicht.
Bist du sicher? Ich denke, es kommt darauf an, wie man "Physik" definiert bzw. die Sachlage interpretiert.
Vielleicht hilft es auch im Denken, wenn man das Wort "Physik" mal probehalber durch das Wort "Natur" ersetzt. Also:
Denn Natur folgt Gesetzen, macht sie aber nicht.
Stimmt das? Was ist dann "Physik"?
Physik und Natur sollte man lieber nicht gleichsetzen. Die Physik liefert eine Beschreibung der Natur.
seeker hat geschrieben: Es entsteht auf jeder Ebene ein neues Spiel mit eigenen Regeln.
Es gelten auf jeder Ebene dieselben Naturgesetze, von jeweils eigenen Regeln würde ich hier nicht sprechen.
seeker hat geschrieben: Die Regeln, wie sich ein Kristall bildet, müssen in einem einzelnen Teilchen schon als Möglichkeit vorhanden sein.
Allerdings existiert das Ding "Kristall" mitsamt seinen Regeln und Eigenschaften im einzelnen Teilchen schlichtweg nicht.
Wenn man viele Teichen hat, dann bekommt man es plötzlich mit neuen Regeln zu tun, die im Einzelteil einfach nicht existieren.
Im Prinzip enthält bereits ein Molekül die gesamte Information, wie Dipolmomente, Geometrie u.a., aus der sich der energieärmste Zustand des Festkörpers ableiten läßt (Das ist meines Wissens heute jedoch noch nicht möglich). Viele Moleküle vermehren die Information nicht.
Die Schmelze ist strukturiert und enthält latent die Information, was beim Abkühlen passiert. Hingegen geht man bei der Planck-Ära von einer einzigen "Urkraft" unbekannter Art aus, aus der sich dann die 4 fundamentalen Naturkräfte abspalteten. Insofern könnte man meinen, das Ur-Feld müsse schon den Bauplan dieser Kräfte enthalten haben. Aber mit der heutigen Physik ist diese Frage nicht zu beantworten.
seeker hat geschrieben: Ich weiß noch, dass z.B. in der LQG einiges darauf hindeutet, dass eine Urknall-Singularität vermieden werden kann und dass manche Eigenschaften eines früheren Vorgänger-Universums in das unsere hinübergerettet worden sein könnten.

Diese Vorstellung vertritt Martin Bojowald in seinem Buch "Zurück vor den Urknall". Es gibt aber auch andere Varianten der LQG.

Gruß, Timm

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von tomS » 9. Okt 2010, 18:50

Die Vermeidung der Urknallsingularität ist in einer symmetrie-reduzierten Theorie, der LQC, ziemlich exakt ableitbar. In der vollen LQG ist eine exakte Lösung noch nicht in Sicht, allerdings gibt es doch deutliche Hinweise, dass auch in der vollen Theorie die Urknallsingularität eliminiert wird.

@Timm - evtl. in einem anderen Thread: wie fandest du die Bücher von Smolin und Bojowald.
Gruß
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von gravi » 9. Okt 2010, 20:17

Konkret: Ihr dürft eine Frage formulieren, die euch dann im Physiker-Himmel beantwortet wird. Welche Frage stellt ihr???
Was ist Masse?

Gibt es neben den theoretischen Higgs- Teilchen alternative Vorschläge?

Gruß
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 9. Okt 2010, 23:16

Timm hat geschrieben:Physik und Natur sollte man lieber nicht gleichsetzen. Die Physik liefert eine Beschreibung der Natur.
Ganz genau! Im gleichen Moment dürfen wir festhalten: Die Natur geht über die Physik hinaus!
Timm hat geschrieben:Es gelten auf jeder Ebene dieselben Naturgesetze, von jeweils eigenen Regeln würde ich hier nicht sprechen.
Genau auf diesen Punkt wollte ich hinaus. Das ist das reduktionistische Denken, an das wir so gewöhnt sind und das seit vielen Jahren so erfolgreich angewendet wird. Ich erlaube mir dennoch die Frage zu stellen, ob es in einem vollständigen Sinn richtig sein kann. Es geht um das Ganze und seine Teile.
Wann wäre es denn gerechtfertigt von eigenen Regeln zu sprechen und wann nicht?
Ich würde sagen: Wenn die Regeln auf der höheren Ebene nicht mehr vollständig aus den tieferen/einfacheren Regeln abgeleitet werden können, dann sind sie zumindest teilweise selbstständig.

Das Beispiel mit den Kristallen war vielleicht noch nicht deutlich genug und auch etwas hinkend.
Ich will es noch einmal anders versuchen:

Nehmen wir die logistische Gleichung: f(x) = ax(1-x)
Ich kann in diese Gleichung für die Konstante a Werte einsetzen und erhalte Kurven - völlig banal.
Wenn ich aber hergehe und Startwerte für a und x festlege, das Ergebnis ausrechne und es anschließend immer wieder als neues x in die Formel einsetze und so iteriere, Selbstbezüglichkeit ins Spiel bringe, dann geschehen wundersame Dinge.
Durch dieses einfache Vorgehen des immer wieder Einsetzens erwecke ich die Formel gewissermaßen "zum Leben". Es tauchen neue Phänomene auf: Bifurkationen, Intemittenzen, Zyklen, Ordnung, Chaos, etc.
Insbesondere taucht dabei plötzlich eine neue Konstante auf: Die Feigenbaumzahl δ ≈ 4,6692016091029906718532038204662016172581...
Bei geeigneten Startwerten kann ich reguläres Verhalten, scheinbar reguläres Verhalten als auch chaotisches Verhalten dieser einfachen Formel erhalten. Wenn sie chaotisches Verhalten zeigt, dann ist nicht mehr im Voraus ableitbar, was die Formel bei irgendeiner späten Iteration denn macht.
Ich behaupte: Das ist jetzt nicht mehr die gleiche Mathematik! Es ist ein völlig neues Spiel mit ganz eigenen Regeln! Das ist der Kernpunkt, über den wir wohl noch diskutieren müssen: Darf man sagen, dass die Feigenbaumzahl in der obigen Formel (versteckt) enthalten sei? Ich glaube nicht. Sie ist vielmehr in dem Zusammenspiel aus Formel und Vorgang enthalten.

Was wäre nun, wenn die Naturgesetze, die wir heute erkennen, ein komplexes Phänomen von viel tieferen Regeln wäre? Komplex würde hier eben bedeuten, dass sie nicht aus den tiefen Regeln allein ableitbar sind.

Beispiele aus der Natur gibt es zur Genüge:
Beispiel DNS:
Ist es prinzipiell möglich das komplexe Verhalten der DNS in einer lebendigen Zelle und die Regeln der Vererbungslehre aus der QED abzuleiten?
Nein, nicht mal prinzipiell, weil die beschreibende Mathematik dabei nicht mehr dieselbe wäre: Sie würde selbst komplex und undurchschaubar werden.

Das Ganze ist eben nicht allein aus seinen Teilen zu erklären, sondern zusätzlich muss noch die Art und Weise berücksichtigt werden, wie diese Teile zusammenwirken. Dieses Zusammenwirken ist im Einzelteil nicht enthalten. Wenn wir dieses Zusammenwirken erfassen, dann dürfen wir nicht vor lauter reduktionistischem Denken übersehen, dass wir es tun oder es geringschätzen.

Beispiel:
Ich kann aus Legosteinen ein Haus bauen, das bestimmte Eigenschaften hat - makroskopisch wie mikroskopisch.
Ich kann aber auch Steine einer anderen Firma nehmen und damit das gleiche Haus bauen. Dieses neue Haus wird sich in einigen Eigenschaften vom ersten unterscheiden aber in vielen anderen Eigenschaften wird es auch mit dem 1. Haus identisch sein.
Ergo: Die Eigenschaften des Hauses sind nicht vollständig bzw. allein aus den verwendeten Teilen ableitbar. Es muss zusätzlich berücksichtigt werden, wie das Haus gebaut wurde.

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Maclane » 10. Okt 2010, 01:23

seeker hat geschrieben: Was wäre nun, wenn die Naturgesetze, die wir heute erkennen, ein komplexes Phänomen von viel tieferen Regeln wäre? Komplex würde hier eben bedeuten, dass sie nicht aus den tiefen Regeln allein ableitbar sind.
Das ist ein sehr interessanter Gedankengang, seeker. :well:
Ob dieser Gedankengang zulässig ist, weiß ich natürlich auch nicht. Und ob man damit irgendwas lösen kann, was sonst nicht zu lösen wäre - kein Schimmer.
Aber das ist ein schöner philosophischer Ansatz.

Gruß
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Skeltek » 10. Okt 2010, 06:13

@Seeker: Die Formel is aber trotzdem berechenbar... die Rechnung wird halt nur unverhältnissmäßig lang je nachdem welche Stelle hinterm Komma man berechnen möchte. Der Hauptgrund für die Unberechenbarkeit von vielem ist wohl daß man reelwertige mathematisch nicht fassbare Oberflächenverläufe mit Hilfe von binärem Speicher und Datenverarbeitung in Echtzeit nicht vollständig fassen oder berechnen kann.
Selbst ohne Unschärferelation und Problem der vollständigen Erfassung einer Raumregion durch Messung, würde das ganze spätestens am Rechenaufwand scheitern.
Das heißt aber nicht, daß es prinzipiell nicht möglich ist.
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
Diese Menge hat zwei Elemente: A und B

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von tomS » 10. Okt 2010, 08:48

Alsomschlage ich als neue Frage vor: Was ist die Natur der Naturgesetze?
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 10. Okt 2010, 09:39

@Maclane: Danke!
Skeltek hat geschrieben:Selbst ohne Unschärferelation und Problem der vollständigen Erfassung einer Raumregion durch Messung, würde das ganze spätestens am Rechenaufwand scheitern.
Das heißt aber nicht, daß es prinzipiell nicht möglich ist.
Doch, genau das heißt es! Komplexe Systeme sind prinzipiell nur näherungsweise und unvollständig berechenbar. Dies gilt insbesondere für ihr Verhalten in fernerer Zukunft.

Für eine exakte Berechnung bräuchte man:
1. unendlich genaue und vollständige Messwerte (Startwerte). Schon dies ist wegen der QM-Unschärfe unmöglich.
2. einen Rechner, der unendlich viel Speicher hat, unendlich viele Nachkommastellen verarbeiten kann und unendlich schnell rechnen kann.
Denn: Schon beliebig winzige Fehler pflanzen sich in solchen Systemen derart fort, dass das langfristige Verhalten ein völlig anderes sein kann.
Der Rechner müsste also gewissermaßen unendlich viel "mächtiger" als das zu berechnende System sein.
Ich würde schon sagen, dass das eine prinzipielle Grenze ist... Der Laplacesche Dämon ist tot - und das eigentlich schon lange!
Ich habe nur den den Eindruck, dass dies in letzter Zeit gerne wieder vergessen wird.

Noch etwas:
Es gibt Formeln. Formeln sind eine Sache. Einfach zu begreifen.
Wenn wir die Formeln aber anwenden, dann rechnen wir mit ihnen.
Das Rechnen selbst ist ein Vorgang.
Man darf beim Rechnen nicht übersehen, dass man es tut.
Sache und Vorgang erzeugen zusammen etwas neues, das nicht allein in der Formel zu suchen ist.

Zur Feigenbaumzahl:
Diese Konstante ist keineswegs nur für die genannte Funktion spezifisch, sondern hat auch Gültigkeit in zahlreichen dynamischen Systemen aus den unterschiedlichsten Fachrichtungen wie Mathematik, Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Meteorologie, Soziologie, Wirtschaftswissenschaften, Politik, usw. Es handelt sich hier um eine universelle Konstante!

@Tom: Gerne!

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von PeterM » 10. Okt 2010, 14:04

tensor sagt:

Die Gesetzmäßigkeit der Quantenmechanik lässt keine eindeutige Ursache-Wirkung-Beziehung zu. Die Unschärferelation lässt kausale Beziehungen verschwimmen. Ab einer gewissen Skala funktioniert das Prinzip Ursache-Wirkung nicht mehr.

-------------------------------------------------------------------

Ich denke, dass in dieser Aussage die Antworten liegen. Maßgeblich oder grundlegend scheint doch die Veränderung zu sein. Die Veränderung zieht doch automatisch Entwicklungen mit sich, denen wir dann Gesetzmäßigkeiten unterstellen, weil wir es gewohnt sind in Grenzen zu denken. Das hat doch auch Auswirkungen auf die Sicht, wie wir das Universums wahrnehmen. Wir betrachten unser Universum als etwas, was nach dem Urknall irgendwann durchsichtig wurde und unterstellen dem Universum damit einen Beginn.

Timm sagt:

Unser Universum schöpft eine Möglichkeit aus einem riesigen, aber wohl endlichen Potential von Möglichkeiten des heißen Anfangszustandes aus.


________________________________________________________________________


Mann kann es auch ganz einfach betrachten: Dieser heiße Anfangszustand unterliegt nur einer einfachen „Regel“ und das ist die eigene Auflösung (Veränderung). Dass sich innerhalb dieser Auflösungserscheinungen untergeordnete Systeme entwickeln ist für mich nur ein Nebeneffekt. Mehr nicht.

Diese untergeordneten Systeme bewegen sich aber doch innerhalb gewisser zeitlicher Grenzen. Da haben wir doch eigentlich das, was uns in unserer Sichtweise maßgeblich beeinflusst. Wir betrachten diese Unterschiede und leiten daraus Regeln ab.

Wenn es aber fest stehende Regeln gäbe, dann gäbe es unser Universum möglicherweise nicht oder aber, es würde für immer unverändert existieren.

Was ich damit sagen will, die von uns wahrgenommenen Regeln und Naturgesetze erwecken den Schein einer für immer währenden Gültigkeit. Die einzige Gültigkeit die aber zu existieren scheint ist die Veränderung. Wenn man die Veränderung als solche akzeptieren kann, dann existieren gleichzeitig aber auch keine Naturgesetze oder Regeln. Sie lassen sich zwar über einen bestimmten Zeitraum ableiten, mehr aber auch nicht.


Diese Regeln sind dann auch mathematisch beschreibbar. Was ist dann aber die Mathematik? Doch auch nur ein in Grenzen funktionierendes Produkt unserer Gedankenwelt. Wo bewegt sich denn die Mathematik? Doch eigentlich nur zwischen Null und unendlich. Die Null als Zahl ist doch noch gar nicht so lange gebräuchlich. Was folgt denn der Null, das sind doch lediglich Zahlen, die in einer mathematischen Unendlichkeit enden. Ob positiv oder negativ, das ist ja eigentlich unbedeutend.

Was bleibt denn, wenn sich unser Universum aufgelöst hat? Es verschwinden Strukturen und damit auch die Zahlen, also alles für uns zählbare. Es verbleibt meiner Ansicht nach aber die Null, weil sie weder positiv noch negativ ist, und die Unendlichkeit. Was bedeutet das dann aber? Null und unendlich sind irgendwie zusammengewachsen und sind sich näher, als wir vielleicht vermuten.


Letztlich könnte das ja auch ein Hinweis darauf sein, dass Strukturen nichts anderes als eine Art Dichte sind. Ich habe dies schon mal in ähnlicher Form in einem anderen Beitrag geschrieben. Das ist physikalisch gesehen nicht korrekt aber philosophisch vielleicht gar nicht mal so falsch. Wenn das Universum nach einer wie auch immer gearteten Dichte funktionieren würde, dann gäbe es weder das Nichts noch die Unendlichkeit, sondern ein in sich zusammenhängendes System. Werte verlieren dann ihre Gültigkeit.

Es ist für mich schwer, meine Gedanken hier vernünftig darzulegen. Manches kommt vielleicht nicht so rüber, wie ich das gerne hätte.

Für die Menschen stellt sich für natürlich immer wieder folgende Frage:

Welchen Sinn hat das GANZE? Ich für mich habe da eine einfache Antwort gefunden.

Einen Sinn hat weder das Leben noch das Universum.

Der Unterschied zwischen dem Universum und dem Menschen liegt darin, dass der Mensch seinem Leben einem Sinn geben kann. Wenn auch nur zeitlich begrenzt, um mal wieder in unseren gewohnten Grenzen zu denken.

Timm
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Timm » 11. Okt 2010, 16:54

seeker hat geschrieben: Was wäre nun, wenn die Naturgesetze, die wir heute erkennen, ein komplexes Phänomen von viel tieferen Regeln wäre? Komplex würde hier eben bedeuten, dass sie nicht aus den tiefen Regeln allein ableitbar sind.
"Viel tiefere Regeln?" Möglicherweise meinst Du damit ein fundamentaleres Naturgesetz. Allerdings sollte man von einem solchen erwarten, daß es die bekannten Naturgesetze beinhaltet, so, wie etwa die ART die newtonsche Gravitation als Grenzfall enthält. Letztere ist in diesem Sinne aus dem fundamentaren Gesetz, der ART, ableitbar. Ist die Ableitbarkeit der Naturgesetze von einem fundamentaleren Gesetz nicht gegeben, dann bewegt man sich m.E. außerhalb der Physik und sollte erwägen, stattdessen von einem Schöpfungsakt zu sprechen.
seeker hat geschrieben: Ist es prinzipiell möglich das komplexe Verhalten der DNS in einer lebendigen Zelle und die Regeln der Vererbungslehre aus der QED abzuleiten?
Nein, denn Phänomene der Biologie, Chemie, usw, emergieren aus dem Zusammenwirken der Naturgesetze.
seeker hat geschrieben: Ich kann aus Legosteinen ein Haus bauen, das bestimmte Eigenschaften hat - makroskopisch wie mikroskopisch.
Ich kann aber auch Steine einer anderen Firma nehmen und damit das gleiche Haus bauen. Dieses neue Haus wird sich in einigen Eigenschaften vom ersten unterscheiden aber in vielen anderen Eigenschaften wird es auch mit dem 1. Haus identisch sein.
Ergo: Die Eigenschaften des Hauses sind nicht vollständig bzw. allein aus den verwendeten Teilen ableitbar. Es muss zusätzlich berücksichtigt werden, wie das Haus gebaut wurde.
Wenn man einmal Teile A nimmt und ein anderes mal Teile B, dann kann nicht das Gleiche Ganze dabei herauskommen, das ist trivial. Bei noch so komplexen Molekülen ist das anders, denn deren Bausteine, die Elemente, sind identisch. Somit sind auch die aus ihnen nach demselben Bauplan aus denselben Elementen zusammengesetzten Moleküle identisch in allen ihren Eigenschaften, ebenfalls trivial.

Wenn man von emergenten Eigenschaften spricht, drückt das auch ein gut Teil Unwissenheit aus. Aber möglicherweise handelt es sich nicht um ein prinzipielles "nicht wissen können" im Sinne der Kopenhagener Deutung, sondern um die Beschränktheit des menschlichen Verstandes. Allerdings käme auch ein Hyperverstand um den Quantenzufall nicht herum.

Ich fürchte, viel mehr kann ich dazu nicht mehr beitragen,

Gruß, Timm

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 12. Okt 2010, 01:35

Timm hat geschrieben:"Viel tiefere Regeln?" Möglicherweise meinst Du damit ein fundamentaleres Naturgesetz. Allerdings sollte man von einem solchen erwarten, daß es die bekannten Naturgesetze beinhaltet, so, wie etwa die ART die newtonsche Gravitation als Grenzfall enthält.
Nein, genau das meine ich nicht. Ich erwäge die Möglichkeit, dass die uns erscheinenden, also durch Messungen+Schlussfolgerungen erschließbaren und belegbaren Naturgesetze möglicherweise bereits emergente Phänomene sein könnten - das ist ein bedeutender Unterschied.

Emergenz:
Emergenz ist die spontane Herausbildung von neuen Eigenschaften oder Strukturen auf der Makroebene eines Systems infolge des Zusammenspiels seiner Elemente. Dabei lassen sich die emergenten Eigenschaften des Systems nicht – oder jedenfalls nicht offensichtlich – auf Eigenschaften der Elemente zurückführen, die diese isoliert aufweisen.
...
Irreduzibilität
Manche emergente Eigenschaften können dann bei einer reduktionistischen Betrachtungsweise nicht entdeckt werden, wenn sie erst im Zusammenwirken mit anderen Subsystemen auftreten. (Im Beispiel des Wolfes kann Sozialverhalten erst dann untersucht werden, wenn die Gemeinschaft der Mitglieder eines Wolfsrudels beobachtet wird.) Es ist in manchen Fällen möglich, bestimmte Elemente oder Wirkzusammenhänge zu ändern oder gar zu eliminieren, ohne dass sich bestimmte emergente Eigenschaften des Systems verändern, während andere sich sehr wohl ändern können. Beispiel: Die Fahrtüchtigkeit eines Autofahrers hängt nicht von der Farbe der Sitzbezüge ab, wohl aber von der Innenraumtemperatur bei Sonneneinstrahlung.

Ob also bestimmte Elemente oder Wirkzusammenhänge reduzibel sind, hängt davon ab, wie essentiell oder bedeutend sie für die Ausbildung der emergenten Eigenschaft sind.
...
Emergenz ist grundsätzlich in einer schwachen und einer starken Form denkbar. Die schwache Form der Emergenz entspricht einer nur vorläufigen Nichterklärbarkeit emergenter Systeme auf der Grundlage der Beschreibung ihrer Elemente. Dagegen wird bei der starken Form von einigen Philosophen und Naturwissenschaftlern wie beispielsweise Philip W. Anderson[5], Robert B. Laughlin[6] oder Stuart Kauffman[7] auch die prinzipielle Nichterklärbarkeit angenommen.
Wobei ich zugegebenermaßen die Auffassung vertrete, dass es "starke Emergenz" gibt.
Außerdem würde ich auch so weit gehen, die Nichtentdeckbarkeit bestimmter Eigenschaften im Einzelteil in diesem Falle als Nichtexistenz im Einzelteil zu interpretieren.
Letztlich abgeschlossen ist sind diese Fragen allerdings noch nicht.
http://de.wikipedia.org/wiki/Emergenz


Ich möchte zunächst noch über Zusammenhänge zu Toms Frage nachdenken:

Was ist die Natur der Naturgesetze?

Falls es einen Anfang des Universums gab, sehe ich folgende Möglichkeiten:

1. Es gab die grundlegenden Konstanten und Naturgesetze bzw. Regeln schon im Anfang. Diese Regeln bilden auf nicht-emergente, also gewöhnliche Art die Grundlage der uns bekannten Naturgesetze und Konstanten.
In diesem Fall wären sie absolut und unveränderlich.

Daher dürfen wir nur hoffen diese Regeln möglichst komplett zu finden und auf die ursprünglichsten zu reduzieren. Eine Erklärung für diese Regeln selbst bleibt uns in diesem Fall für immer verschlossen.

2. Es gab im Anfang absolute unveränderliche Regeln, die in einem emergenten Prozess die darauf aufbauenden Naturgesetze bildeten.
In diesem Fall haben würde es sehr viel schwieriger oder gar unmöglich die wirklich grundlegenden Regeln zu finden. Wir müssten uns möglicherweise mit dem Auffinden der erkennbaren emergenten Regeln begnügen. Möglicherweise könnte dies auch das Finden einer ToE verhindern - jedenfalls auf rein reduktionistischem Weg.

3. Es gab im Anfang weniger Regeln, andere Regeln oder gar keine Regeln.
Über diese Möglichkeit möchte ich weiter nachdenken - sie erscheint mir faszinierend und neu!

Folgende Fragen stellen sich mir:
1. Könnte es sein, dass die Regeln des Universums selbst eine Art Evolution durchgemacht haben? Welcher Mechanismus könnte so etwas analog zu Mutation/Selektion bewerkstelligen?

2. Vergessen wir doch einmal die Raumzeit und das alles, wenn wir den Urknall betrachten und betrachten nur die Regeln selbst: Wenn wir dies tun: Ist es vorstellbar, dass ein Universum aus etwas entsteht, das vorher völlig regellos war? Kann aus einem völlig regellosen Urzustand etwas voller Regeln entstehen - und wie? Ich meine dabei wirklich völlig ohne Regeln, also auch keine QM-Unschärferegeln, keine ART - gar nichts! Der Anfang wäre in diesem Falle auch nicht mehr ein Anfang der Raumzeit oder Energie, sondern ein Anfang der Regeln. Dieser Ansatz erscheint mir grundlegender und abstrakter - deshalb gefällt er mir...

Ein Indiz für diese Sichtweise scheint mir folgendes zu sein: Wenn man ins Allerkleinste, Allereinfachste hinabsteigt, scheinen mehr und mehr Regeln verloren zu gehen. Die Unschärfe ist ein gutes Beispiel dafür: Sie bedeutet im Grunde ein teilweises Fehlen von Regeln, die im Makrokosmos gegeben sind. Es fragt sich: Wenn man noch weiter hinabsteigen könnte, würden dann auch die verbleibenden Regeln der QM verschwinden, bis nichts bliebe?

Dazu lässt sich festhalten:
Ein Zustand völlig ohne Regeln, ein vollständiges Chaos, wäre etwas, dem wir gewöhnlich und aus unserer Sicht das Etikett "Nichts" oder "Nichtexistent" geben würden.

Gleichzeitig wäre ein solcher Zustand zwingend voll von unendlichen Möglichkeiten. Ja, nicht nur sehr viele, sondern wirklich unendlich viele! Würde nun in einem solchen Zustand eine Regel auftauchen, indem eine der Möglichkeiten verwirklicht wird - vielleicht zufällig, vielleicht sonstwie - dann würde das erstens die restlichen Möglichkeiten verringern und zweitens sofort eine Symmetrie erzeugen.

Was aber m. E. nötig wäre:
Jede Möglichkeit, die zu einer Regel wird müsste stabil sein - stabil in dem Sinne, dass das System danach nicht sofort wieder in den Urzustand zurückfällt oder etwas Unsinniges herauskommt. Jede stabile Regel dürfte sich dann weiterentwickeln, indem weitere Regeln hinzutreten.

Ich frage mich:
Ließe sich so etwas mathematisch in einem Rechner simulieren? Was sind die einfachsten denkbaren Regeln?
Ist die einfachste Regel: "Es sei ein Würfel und es werde gewürfelt!"?
Man müsste das Ganze nur laufen lassen und dabei die Ergebnisse herausfiltern, die dem unsrigen Universum mehr und mehr ähnlich werden und die Sackgassen verwerfen.
Ob wir bei Erfolg am Ende die Lösung des Rechners noch verstehen könnten steht dabei natürlich auf einem anderen Blatt...

Ich glaube dieses Vorgehen müsste doch im Grunde eine Alternative darstellen, zu dem Vorgehen, wie wir heute unsere Theorien entwickeln - eine radikal andere Vorgehensweise.
Vielleicht bräuchte es dafür auch einen neuen Einstein - ich weiß es nicht...

Viele Grüße
seeker
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 12. Okt 2010, 10:33

tensor hat geschrieben:Grundprinzipien ändern sich nicht.
Ich halte das für ein wichtiges Argument.
Könntest du näher erleutern, was du damit genau meinst?
Was sind (wirkliche) Grundprinzipien? Beispiele?

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von Skeltek » 13. Okt 2010, 07:25

Gegebenenfalls ist es Zufall, welche Werte genau Naturkonstanten nach der Entstehung eines Universums annehmen. Presst man das Universum mehrmals auf einen singulären oder Anfangs- Zustand zusammen und lässt es sich wieder ausdehnen, kristalisieren vielleicht jedes mal andere Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge aus. Vielleicht gibt es sogar eine "Regel zur Regelbildung" sodaß immer nur bestimmte Sets an Naturgesetzen gleichzeitig möglich sind.
So habe ich jedenfalls einen Teil von dem interpretiert, was Seeker vorher schrieb. Wie ich das einschätze schreibt er ja auch nur einen Teil von dem hin was ihm durch den Kopf geht, sonst würde es den Umfang eines Threads hier sprengen ^^
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
Diese Menge hat zwei Elemente: A und B

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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 13. Okt 2010, 10:00

Lieber Skeltek, so ist es! Ich bin ja auch noch selbst am Denken... :wink:
Ich hatte einfach nur ein paar Ideen, die ich weiterspinnen will, um zu sehen, ob sie tragen - und wohin.

Zu den interessantesten Fragen gehören die "Was wäre wenn Fragen" bzw. die Frage: "Warum ist das Universum so, wie es ist und nicht anders? Ist es notwendig oder zufällig so, wie es ist?"

Ein absolutes Grundprinzip wäre aber m. E. etwas, das nur so sein kann, wie es ist und nicht anders.

Es ist bei der Lichtgeschwindigkeit nicht einzusehen, warum sie nicht auch einen anderen Wert haben können sollte.
Wenn dem so ist, dann ist sie nicht absolut grundlegend.

Es hängt auch damit zusammen, wie wir Dinge begreifen bzw. was "Begreifen" ist.

Ich behaupte:
Von uns erkennbare Prinzipien sind immer eine Wenn-Dann-Beziehung.
Bzw.: Etwas, dass wir "Prinzip" nennen, ist immer eine Wenn-Dann-Beziehung.

Wenn ein ebener Kreis da ist, dann ist das Verhältnis von Durchmesser zu Umfang = Pi - und nur dann!
Wenn gezählt wird, dann sind Zahlen da.
Wenn gewürfelt wird, dann ist Zufall da.
Wenn die Raumzeit da ist und so und so ist, dann ist c = 300.000 km/s - oder umgekehrt:
Wenn c da ist und c = 300.000 km/s ist, dann ist die Raumzeit da und so und so.
Bei c geht es um das "so und so", das es herauszufinden gilt.

Wenn und Dann ist im Grunde nicht trennbar und tritt immer zusammen auf.

Wenn man sich jetzt einen völlig regellosen Ur-Zustand vorstellt, dann muss man zu dem Schluss kommen, dass dort noch keine Grundprinzipien da sein können.
Nun ja, bis auf eines (womit sich die Schlange in den Schwanz beißt :wink: ): Wenn keine Regeln da sind, dann ist eine unendliche Anzahl von Möglichkeiten da.
Man könnte sich aber vorstellen, dass dort spontan welche auftreten - ohne klaren Grund, einfach nur deshalb, weil unendliche Möglichkeiten gegeben sind.
Außerdem muss es einen solchen Zustand einfach "geben", weil er ein Nichts im Nirgendwo ist und keine Voraussetzungen kennt.

Ich denke auch, dass es keine absoluten Grundprinzipien geben kann.
Denn: Ein absolutes Grundprinzip wäre keine Wenn-Dann-Beziehung. Es würde immer und unter allen Umständen so und so sein müssen - ohne Wenn. Vielleicht habt ihr aber dennoch Vorschläge für ein absolutes Prinzip - da wäre ich gespannt...

So weit im Moment...

Ihr mögt vielleicht denken, dass solche Gedankengänge nur wilde Spekulation sind...
Ich glaube aber, dass auch sie uns ein weiteres Fitzelchen Verständnis bringen können und manchmal können sie uns vielleicht sogar den Weg weisen, in welche Richtung es sich lohnen könnte die weitere Forschung zu treiben.

Viele Grüße
seeker
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 13. Okt 2010, 14:03

Ja, das ist klar.
Ich meinte "Würfeln" jedoch in einem ganz grundlegenden Sinne, als Vorgang der zur Sache "Zufall" dazugehört.
Mir fiel nur kein besseres Wort dazu ein. Wie könnte man sonst sagen?
Das "Zufälligen"? Man müsste ein neues Wort erfinden...
Mein primäres Betrachtungsziel war dabei die Natur in ihrem Innersten oder auch die QM.

Grüße
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Re: #5 Zentrale ungelöste Fragen in der Physik und Astrophys

Beitrag von seeker » 21. Okt 2010, 16:41

Zu den zentralen ungelösten Fragen in der Physik; der Vollständigkeit halber:

Man erkläre in befriedigender Weise die Dichotomie (dichótomos = „halbgeteilt, entzweigeschnitten“) zwischen Quantenwelt und makroskopischer Welt!

Grüße
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