Ist die Physik in der Krise?

[Job]

Hallo Seeker,

Dein Standpunkt ist mir glaube ich klar und den akzeptiere ich natürlich auch. Ich bin da halt nicht ganz so rigoros wie Du, weil ich glaube, dass wir uns da zu enge Grenzen setzen würden. Es ist völlig klar, dass wir niemals einen Ansatz finden werden, den wir experimentell beweisen können, der also objektiv „wahr“ ist.

Wenn man aber zum Beispiel in der QM untergelagerte Mikrostrukturen postulieren könnte, die man zwar selbst nicht experimentell direkt nachweisen kann, mit deren Hilfe man aber die Ergebnisse sämtlicher zentralen Experimente der QM logisch und anschaulich erklären könnte, dann wäre das für mich ein großer Gewinn. Ich weiß dann zwar immer noch nicht definitiv, wie diese Mikrostruktur und damit die Natur „wirklich“ aussieht, aber ich habe zumindest eine erste Ahnung davon.

Und wenn man dann noch feststellen würde, dass man mit diesen Mikrostrukturen auch die SRT und ART besser verstehen kann und die Thermodynamik und zentrale Begriffe wie Entropie, Information, Energie, Masse, etc., dann finde ich schon, dass das ein Fortschritt wäre, auch wenn ich diese Bausteine nie zu „Gesicht“ bekomme.

Aber auch ich will Dich hier nicht von meiner Meinung überzeugen. Wir haben hier halt zwei unterschiedliche Auffassungen und das ist auch ok und wir können es einfach dabei belassen, weil ich nicht glaube, dass da einer von uns seine Meinung ändern wird.

Viele Grüße

Job

[seeker]

Aber auch ich will Dich hier nicht von meiner Meinung überzeugen. Wir haben hier halt zwei unterschiedliche Auffassungen und das ist auch ok und wir können es einfach dabei belassen, weil ich nicht glaube, dass da einer von uns seine Meinung ändern wird.

Du missverstehst mein Ansinnen hier ein wenig.
Es geht mir hier ganz und gar nicht darum irgendjemanden von irgendetwas zu überzeugen, mich überzeugen zu lassen oder einen Konsens zu erreichen. Solche Disksussionen mit solchem Ziel verlieren in letzter Zeit immer öfter mein Interesse.
Es geht mir darum zum Nachdenken anzuregen, angeregt zu werden, um Gedankenaustausch und um gemeinsame Erörterung. Ein Konsens ist dabei vielleicht ganz schön, aber dazu gar nicht notwendig. Er muss und soll nicht immer das Ziel sein.

Ich weiß auch, dass meine These irgendwo auch provokant ist, weil ja Messungen ohne Theorie in gewisser Weise gar nicht möglich sind, weil ja die Theorie in gewisser Weise bestimmt, was du überhaupt messen kannst; beides ist stets miteinander verflochten, eigentlich hätte ich daher noch mehr Gegenwind erwartet...

Ich bin da halt nicht ganz so rigoros wie Du, weil ich glaube, dass wir uns da zu enge Grenzen setzen würden.

Es geht mir gar nicht darum uns gedankliche Grenzen zu setzen oder irgendwo zu bremsen, ganz und gar nicht. Es geht mir darum die Frage: "Was dürfen wir hoffen und erwarten?" rational zu erörtern. Das könnte uns Enttäuschung, Ungeduld und Unzufriedenheit ersparen, uns mehr Objektivität in unserer Erwartungshaltung verschaffen.

Wenn man aber zum Beispiel in der QM untergelagerte Mikrostrukturen postulieren könnte, die man zwar selbst nicht experimentell direkt nachweisen kann, mit deren Hilfe man aber die Ergebnisse sämtlicher zentralen Experimente der QM logisch und anschaulich erklären könnte, dann wäre das für mich ein großer Gewinn. Ich weiß dann zwar immer noch nicht definitiv, wie diese Mikrostruktur und damit die Natur „wirklich“ aussieht, aber ich habe zumindest eine erste Ahnung davon.

Und wenn man dann noch feststellen würde, dass man mit diesen Mikrostrukturen auch die SRT und ART besser verstehen kann und die Thermodynamik und zentrale Begriffe wie Entropie, Information, Energie, Masse, etc., dann finde ich schon, dass das ein Fortschritt wäre, auch wenn ich diese Bausteine nie zu „Gesicht“ bekomme.

Ich weiß es sehr gut, so denkt der Theoretiker - und er hat aus seiner Perspektive auch Recht.
Ich möchte hier nur versuchen dafür zu werben dem hier einmal auch die Perspektive des Empirikers hinzuzufügen.
Wenn das gelänge, was du schreibst, man damit aber im Wesentlichen nur genau so weit käme wie mit dem heutigen Standardmodell, dann hätten wir am Ende nur zwei gleichwertige Modelle "Standardmodell 1" und "Standardmodell 2", das Eine vielleicht hier etwas eleganter, das andere vielleicht dort etwas nützlicher, usw. Dir würde dabei vielleicht STM 2 besser gefallen, anderen STM 1, das wäre dann aber mehr eine Frage des Geschmacks, eine Frage weicher Kriterien.
Das wäre dann also höchstens ein kleiner Schritt nach vorne, man braucht mehr für echten, deutlichen Fortschritt.

Die ART z.B. war und ist auch nur genau deshalb etwas wert, weil wir zahllose dazu passende Messergebnisse generieren konnten, die gleichzeitig früheren Theorien widersprechen, erst damit war der eigentliche Fortschritt erreicht, nicht schon mit der Formulierung alleine. Wäre es anders gewesen, dann würde heute fast niemand mehr den Namen "Einstein" kennen.

Ganz ernst gemeint:
Habt ihr euch schon einmal Gedanken gemacht, wie man euren Ansatz vielleicht doch ganz real empirisch bestätigen und von anderen Ansätzen unterscheiden könnte? Habt ihr hier Ideen? Vielleicht geht es doch?
Ich will darauf hinaus, dass das eine ganz wichtige Frage ist, die man gar nicht wichtig genug nehmen kann und gar nicht früh genug stellen kann, bei jedem Ansatz.
Es ist trotz aller möglichen mathematischen Eleganz, Schönheit, Einheit, Erklärungstiefe, usw. stets die eigentliche Gretchenfrage, wenn es sich um "Naturwissenschaft" handeln soll.

[Struktron]

Hallo,

So, wie mittlerweile unüberschaubar viele String-Theorien zusammengefasst werden, sollte eine Kategorisierung und tabellarische Darstellung aller uns bekannten Ansätze möglich sein. Läge diese vor, könnten diesen Kategorien Lösungen der offenen Probleme der Physik https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_ung ... der_Physik zugeordnet werden.
Löst ein Ansatz mehr wichtige Probleme und liefert bessere Zahlenwerte, ist er besser als ein anderer. So etwas könnten wir sogar hier versuchen zu diskutieren.

Könnte man versuchen. Ich glaube allerdings eher nicht, dass wir hier dazu in der Lage sind.
Die Gegenliste (die extrem viel länger ist) müsste man dann natürlich auch anschauen: Welche Probleme wurden bereits von welchem Ansatz gelöst (oder sind zumindest sicher lösbar), von welchem nicht?

Alles Bekannte bezieht sich auf die sichtbare (normale) Materie, also fünf Prozent von Allem. Der https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_ung ... der_Physik lassen sich unverstandene Zahlenwerte zuordnen. Das sind Naturkonstanten, welche bisher nur als Messwerte bekannt sind, denen aber beobachtete (empirische) Phänomene entsprechen. Auf diese sollten wir uns konzentrieren.

...

Solange wir nicht verstanden haben, was die zentralen Begriffe der Physik, wie Masse, Raum, Zeit, Entropie, Information, Energie, Gravitation, Elektronen, Photonen, etc. wirklich sind, können wir dann wirklich sagen, dass wir fast fertig sind? Ich denke nein.

Können wir das erreichen, ohne ganz neue Empirie, die uns eben nicht zur Verfügung steht?

Meine Prognose ist, dass die Suche nach Antworten darauf und die ersten Ergebnisse ähnlich viel Umdenken erfordern werden, wie das damals mit den neuen Sichtweisen auf Raum und Zeit und dem stochastischen Verhalten von Elementarteilchen der Fall war. Newton ist dadurch nicht vom Sockel gestossen worden, aber unser Weltbild hat sich trotzdem grundlegend geändert. Auch die QM müssten wir nicht verwerfen, sondern wir werden sie unter einem ganz neuen Blickwinkel (vor allem ohne Mystik) sehen und dann auch begreifen und verstehen, was sie denn beschreibt und warum sie als effektive Theorie einer untergelagerten Mikrowelt so gut funktioniert.

Meine Prognose ist, dass auf diesem Weg noch kleine Fortschritte möglich sein können. Aber ohne die dazugehörigen Messergebnisse wirst du da ganz genau in dieselbe Misere geraten wie die Stringtheorien und wie sie alle heißen. Alles andere würde ich momentan als tollkühn optimistisch empfinden.

Für die "untergelagerte Mikrowelt" haben wir als Leitfaden zumindest die Planckskala. Mit der Plancklänge ergäbe sich etwas wirklich Kleines. Andererseits sind sowohl die Compton- als auch die de Broglie-Wellenlänge empirisch bestätigte Größen.

Wenn wir die Existenz so einer untergelagerten Mikrowelt von vornherein als grundlegende Annahme negieren

Das sollten wir nicht tun - und tun wir glaube ich auch nicht. Aber es hilft am Ende nur eines: Der empirische Nachweis! Wie geht der?

Ich glaube die beobachtete Diskrepanz zwischen berechneter und tatsächlicher Orbitalgeschwindigkeit von Spiralarmen usw sind nicht 'indirekter Natur', sondern ziemlich wesentlich.

Das ist nicht das Problem. Das Problem ist auch nicht sich irgendwelche Erklärungen dafür auszudenken und die mathematisch zu formulieren.
Das Problem ist der empirische Nachweis, dass es so ist wie gedacht. Haben wir die DM nachgewiesen, in dem Sinne, dass wir herausgefunden haben was das ist? Ist das ein theoretisches Problem?
Haben wir DE nachgewiesen, in dem Sinne, dass wir herausgefunden haben was das ist? Ist das ein theoretisches Problem?
Nö - oder? Nicht primär.

Derzeit wird versucht alles auf Naturkonstanten zurückzuführen. Würde man das Formelgerüst umstellen, könnte man teils anfangen zumindest die theoretische Möglichkeit der Variabilität einiger Konstanten zu überprüfen. Wir lassen uns derzeit teils zu sehr von unseren eigenen Weltvorstellungen leiten und sind zu wenig formalistisch.

Alternative Ansätze sind oft zu kompliziert um sie auf das gesamte Formelgerüst zu übertragen und bräuchten viele Jahrzehnte Arbeit. Würde man z.B. die Gravitation auf die Zeit zurückführen anstatt sie rein räumlich zu betrachten, würde alles recht schnell unübersichtlich, schwer überprüfbar und zunächst kaum zu irgendeinem praktischen Nutzen führen. (Ja, Körper beschleunigen gravitativ in der Regel dorthin, wo die Zeit langsamer vergeht - eine der vielen Äquivalenzbetrachtungen die es nicht groß ins öffentliche Augenmerk geschafft haben).

Was ich sagen will ist, dass die unser Denken leitenden Modelle viele Alternativen von Vorne herein unbeliebt und unbequem machen (auch für die diese erdenkenden Menschen selbst). Das ist glaube ich eine der hauptursachen, weshalb wir bei vielem nicht weiter kommen. Man kommt eben viel schneller und viel weiter, wenn man sich auf ein oder wenige ähnliche Ansätze und Modelle beschränkt.

Darin mag eine Problematik liegen, ja. Aber es ist nicht das Hauptproblem. Selbst wenn du das alles besser machst und dennoch das Entscheidende nicht messen kannst, bist du hinterher 'so klug als wie zuvor'.

Stellt euch auch einmal vor, wir hätten in Zukunft nicht nur ein Standardmodell sondern zehn verschiedene ausformuliert, alle nicht ineinander überführbar und alle im Großen und Ganzen gleichwertig, das Eine an der Stelle besser, das Andere an jener Stelle.
Wären wir dann weiter als heute?
In gewisser Weise vielleicht ja, in anderer Weise vielleicht nein. Aber eines kann ich euch sicher sagen: Die Verwirrung wäre größer als heute, die Zufriedenheit geringer. Es sei denn wir würden die liebgewonnene Idee der "Einen Wahren Beschreibung" aufgeben.

Ich neige dazu, alle (mir bekannten) Ansätze für die Lösung einer Krise der Physik, in eine Kategorie einzuordnen: Die verwendete Mathematik setzt sehr häufige Differenzierbarkeit voraus und muss deshalb zu unphysikalischen Singularitäten führen.
Vielleicht geht das auch in Richtung von Job´s Vorstellungen:

Wenn man aber zum Beispiel in der QM untergelagerte Mikrostrukturen postulieren könnte, die man zwar selbst nicht experimentell direkt nachweisen kann, mit deren Hilfe man aber die Ergebnisse sämtlicher zentralen Experimente der QM logisch und anschaulich erklären könnte, dann wäre das für mich ein großer Gewinn. Ich weiß dann zwar immer noch nicht definitiv, wie diese Mikrostruktur und damit die Natur „wirklich“ aussieht, aber ich habe zumindest eine erste Ahnung davon.

Und wenn man dann noch feststellen würde, dass man mit diesen Mikrostrukturen auch die SRT und ART besser verstehen kann und die Thermodynamik und zentrale Begriffe wie Entropie, Information, Energie, Masse, etc., dann finde ich schon, dass das ein Fortschritt wäre, auch wenn ich diese Bausteine nie zu „Gesicht“ bekomme.

MfG
Lothar W.

[tomS]

Die von Sabine Hossenfelder angesprochene Überbetonung einer gesuchten "schönen" mathematischen Lösung könnte allerdings tatsächlich in eine Sackgasse geführt haben.
Einen einfachen physikalischen Ansatz will vielleicht niemand wahr haben, weil er zu einfach ist?

Zum einen sind die vermeintlich so schönen Theorien eher hässlich - zumindest diejenigen, die nicht experimentell ausgeschlossen sind. Gegen die noch zulässigen SUSY-GUTs ist das SM eine echte Schönheit.

Zum anderen ist der Verzicht auf Schönheit noch nicht wirklich eine vernünftige Guideline ... lässt uns hässliche Theorien erfinden.

Sabine Hossenfelder hat intensiv an phänomenologischen Ansätzen und möglichen messbaren Effekte von Quantengravitation u.ä. gearbeitet. Dass dabei nichts rauskommt ist ihre persönliche Tragik, jedoch nicht essentiell.

Das einzige, was man bemängeln könnte, ist die mangelnde Breute an Ansätzen, weil zu viel auf die Stringtheorie fokussiert wird. Das hat Smolin schon vor über 10 Jahren geschrieben, und das wird sich auch wieder geben.

[tomS]

Wie in dem obigen Satz von Gerardus ’t Hooft beschrieben, geht es mir darum zu verstehen, warum die Welt durch die Quantenmechanik so gut beschrieben werden kann. Es geht also darum, diejenige Interpretation und die Ursachen der Postulate der mathematischen Abbildung der QM zu finden, die möglichst nahe an das herankommt, was in der Natur tatsächlich vor sich geht. Davon sind die heutigen Interpretationen (wie Kopenhagen, viele Welten, etc.) aus meiner Sicht zum Teil meilenweit entfernt.

Kopenhagen viel weiter als Everett.

Es gibt einige Physiker wie Erik Verlinde und Gerard t’Hooft, die in diese Richtung denken und ich hoffe, dass sie die nötige Aufmerksamkeit bekommen werden. Zu Erik Verlindes Ansatz werde ich bald noch ausführlicher eingehen. Er zeigt den Weg auf, den wir m.E. beschreiten müssen, um wieder große Fortschritte machen zu können. Er setzt allerdings voraus, dass man bereit ist, sich von einigen lieb gewordenen Interpretationen zu verabschieden. Bei Verlindes Ansatz zum Beispiel ist die Gravitation kein geometrisches Phänomen (Raumkrümmung), sondern eine wie er es nennt entropische Kraft, also physikalisch etwas völlig anderes bei gleichzeitiger Äquivalenz der mathematischen Abbildung. Wenn man diese Sichtweise akzeptiert, eröffnen sich völlig neue Aspekte und die Ideen fangen wieder an zu sprudeln.

Die Idee ist grundsätzlich bemerkenswert, wenn auch der konkrete Ansatz von Verlinde eher nicht funktioniert.

[Skeltek]

Differenzierbarkeit führt nicht zwangsläufig zu Singularitäten. Mir kam vorhin auch der Gedanke, dass der Mensch bestrebt ist, alles auf irgendwelche 'Anker' zurückzuführen... wenn er hilflos im Weltraum treibt, will er entscheiden, ob er selbst in eine Richtung treibt oder sich etwas anderes auf ihn zubewegt. Ob man alles auf die Planckkonstante zurückführen kann, die Lichtgeschwindigkeit oder auf die Expansionsrate und Initialdichte des Universums.
Aber was ist wenn es keinen Ankerpunkt gibt, ähnlich wie in der Zeit?

Wenn das Universum unendlich ist in allen(!) seinen Dimensionen, dann ist es doch relativ wahrscheinlich anzunehmen, dass dynamisch alles voneinander abhängig ist... das Makroskopische vom Mikroskopischen, das Zukünftige vom Vergangenen usw.

Gegebenenfalls hat die Expansionsgeschwindigkeit des Universums noch eine von Null verschiedene 100ste Ableitung und irgendwann löst sich alles auf praktisch einen Schlag auf oder die Halbwärtszeit der Elemente erfährt irgendwann eine Veränderung oder ähnliches.

Ich halt es für möglich, dass sowohl Singularitäten als auch das Nicht-Weiterkommen bei physikalischen Erkentnissen zwangsläufig irgendwann unausweichlich ist, wenn man sich zu sehr auf die Unveränderlichkeit von irgendwelchen 'finalen konstanten Ankern' festschießt.

Zu den untergelagerten Mikrostrukturen:
Diese sind für uns aufgrund der Unschärferelation von Messobjekt und Messapparatur nicht determinierbar. Es ist vergleichbar mit einer 'Blackbox' oder einer Schnittstelle mit einem unbekannten PC-Programm. Durch Manipulation der Schnittstelle kann man eine Gegenreaktion auslösen, oder auch nicht. Geht man von einer endlichen möglichen Zustandsmenge des Programs/Dings aus, so muss sich die Gegenreaktion nach einer maximalen Anzahl an Manipulationen entweder widerholen, aufhängen oder zumindest irgendwelchen Regeln gehorchen.
Leider sind wir durch die initiale Unschärfe der Messapparatur als auch der Messteilchen nicht in der Lage gezielte Manipulationen an hypotetischen Aufbauten subatomarer Strukturen durchzuführen, geschweige den deshalb, weil die Teilchen selbst nie stillhalten wollen.

Alleine dass Teilchen spontan selbst zerfallen können ist ja bereits ein Hinweis darauf, dass hier subatomar irgendetwas chaotisch unkontrollierbares passiert, das wir weder messen noch voraussagen können - zumal subatomare Prozesse vermutlich um viele Größenordnungen schneller ablaufen oder ihren Zustand ändern würden, als es jede Simulation berechnen oder voraussagen könnte.
Wir könnten den Zustand des Teilchens zum Zeitpunkt der Messung/Manipulation weder festlegen noch voraussagen - selbst wenn noch unbekannte subatomare Strukturen existieren und tatsächlich manipulierbar wären, wäre es uns unmöglich dies gezielt zu tun.
Das einzige was bleibt ist, die Teilchen völlig zufällig mit Millionen von Neutronen, Neutronen oder sonstigen Partikelns zu beschießen und zu hoffen, dass man mit einem Zufallstreffer irgendwas auslöst (z.B. den Zerfall des Teilchens in eine zufällige Kombination an möglichen Zerfallsprodukt-Kombinationen).

Was bleibt wäre wohl tatsächlich lediglich der Entwurf hypotetischer Modelle und deren Prüfung auf Konsistenz, wobei hier eben jedes Model, welches nicht Ockham zum Opfer fiel in der Praxis völlig überflüssig wäre.
Ich denke die Physik hat hier nicht wirklich eine Grenze. Die Grenze bezieht sich eher darauf, welche Auswahl an Theorien tatsächlich praktisch überprüfbar wäre.

Gegebenenfalls würde sich eine Überprüfbarkeit erst ergeben, wenn man bis zur Finalisierung der Theorie und erst viel später gewonnener Erkentnisse über daraus emergente Phänomene die eine Form der Überprüfbarkeit findet und Ockham erst dann einsetzt.

[tomS]

Differenzierbarkeit führt nicht zwangsläufig zu Singularitäten.

Aber beliebig kleine Abstände führen offenbar zu Divergenzen. Und wir kennen heute keine allgemein akzeptierte und nachweisbar funktionierende Methode, die eine Regularisierung der Divergenzen für eine Theorie der Quantengravitation unter Berücksichtigung aller Symmetrie leistet.

... dann ist es doch relativ wahrscheinlich anzunehmen, dass dynamisch alles voneinander abhängig ist... das Makroskopische vom Mikroskopischen, das Zukünftige vom Vergangenen usw.

Ersteres ist in sehr guter Näherung offenbar nicht der Fall. Wir können Atomphysik betreiben, ohne uns um Details der QED oder QCD kümmern zu müssen; die Skalen „entkoppeln“ näherungsweise.

Letzteres steht im Widerspruch zur Kausalität.

Zu den untergelagerten Mikrostrukturen:
Diese sind für uns aufgrund der Unschärferelation von Messobjekt und Messapparatur nicht determinierbar.

Sie sind nicht auflösbar, aber das hat nichts mit der Unschärferelation zu tun, sondern mit den erreichbaren Energien. Die Unschärferelation liefert keine „minimale Auflösung“.

Viel wichtiger ist, dass sämtliche mathematischen Substrate - sogar der vertraute dreidimensionale Raum - nicht direkt phänomenologisch zugänglich sind.

Geht man von einer endlichen möglichen Zustandsmenge des Programs/Dings aus ...

Es ist unklar, ob man das darf. Allenfalls das holographische Prinzip liefert eine derartige Aussage, aber dieses Prinzip ist natürlich keinesfalls experimentell gesichert.

Dann muss man unterscheiden zwischen potentiell möglichen und tatsächlich realisierten Zuständen. Nehmen wir ein endliches Volumen V im Rahmen der Festkörperphysik oder der LQG. Erstere liefert eine mit dem Volumen skalierende Zustandsdichte D(E) ~ V f(E), letztere eine mit der Oberfläche O(V) skalierende (für einige heute verstandene Spezialfälle entsprechend dem holographischen Prinzip)

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Density_of_states

Allerdings ist die Energie zunächst nach oben unbegrenzt, d.h. die „Anzahl“ der potentiell möglichen Zuständen ist unendlich.

N ~ V ∫ dE f(E)

wobei das Integral mit einer Potenz von E divergiert.

Auch im Rahmen der LQG ist noch unklar, ob die „Anzahl“ der potentiell möglichen Zuständen innerhalb eines gegebenen Volumens nicht abzählbar unendlich sind (wobei hier nicht über Energien sondern über Spins zu integrieren wäre)

- zumal subatomare Prozesse vermutlich um viele Größenordnungen schneller ablaufen oder ihren Zustand ändern würden, als es jede Simulation berechnen oder voraussagen könnte.

Wir können das aber für viele Fälle tatsächlich berechnen :-)

Ich denke die Physik hat hier nicht wirklich eine Grenze. Die Grenze bezieht sich eher darauf, welche Auswahl an Theorien tatsächlich praktisch überprüfbar wäre.

Aber Physik ist immer auch Experimentalphysik, und demzufolge könnte hier tatsächlich eine praktische Grenze existieren.

Gegebenenfalls würde sich eine Überprüfbarkeit erst ergeben, wenn man bis zur Finalisierung der Theorie und erst viel später gewonnener Erkentnisse über daraus emergente Phänomene die eine Form der Überprüfbarkeit findet und Ockham erst dann einsetzt.

Was letztlich nicht praktikabel ist. Bereits heute sind die Theoretiker an der Grenze dessen, was sie handeln können; viele theoretische Ansätze werden nur von einer Handvoll Leute und damit nur sehr unzureichend untersucht. Ich denke da z.B. an Alain Connes und die nicht-kommutativen Geometrie. Jeder Physiker, der sich zur Forschung an einem Ansatz entscheidet, entscheidet sich gegen Dutzende andere, ohne dass er dafür experimentelle Guidelines hätte.

[seeker]

Könnte man nicht einmal versuchen die grundsätzlichen Problemstellungen einerseits der theoretischen Pysik, andererseits der empirischen Physik stichwortartig gegenüberzustellen? Also "womit sich wer herumschlagen muss" und was wo Grenzen setzt?
Was haltet ihr davon?

[tomS]

Theoretische Probleme
Teil I
Probleme, die wir ggw. in unseren Theorien sehen und die wir lösen müssen, um zu umfassenderen und insbs. konsistenten Theorien zu gelangen, die einen erweiterten Gültigkeitsbereich haben. Die meisten dieser Probleme gelten auch für eine große Klasse von Theorien im Teil II.

• Standardmethoden der Quantisierung von Feldtheorien weisen auf eine Unverträglichkeit der Quantenfeldtheorie mit der Quantisierung der Gravitation hin
• eine Kombination aus klassischer Gravitation und Quantenfeldtheorie führt - im Widerspruch zur Quantenfeldtheorie - zur Verletzung der Unitarität; Stichworte: Hawking radiation, firewall paradox
• evtl. ist der Ansatz einer Quantisierung der Gravitation vollständig falsch, da andere fundamentale Freiheitsgrade betrachtet werden müssen (vgl. Quantisierung der Navier-Stokes-Gleichungen); dann ist jedoch unklar, welche Freiheitsgrade dies sein sollen: neue - z.B. LQG? lediglich die bekannten - QFTs? siehe jedoch deren Probleme unten
• die Natur der kosmologischen Konstanten ist nicht verstanden
• die denkbare Möglichkeit der kosmologische Konstante als zweite Kopplungskonstante der Gravitation führt auf das Problem deren Kleinheit; dazu müssten sich die Beiträge der rein gravitativen Kopplung sowie die Beiträge aus der Quantenfeldtheorie hochpräzise gegenseitig fast aufheben; dies ist grundsätzlich nicht verstanden; Stichwort fine-tuning, naturalness
• die bekannten Quantenfeldtheorien führen zu Divergenzen, die auf eine grundsätzliche Inkonsistenz hindeuten; das Standardmodell ist möglicherweise UV-unvollständig; Stichwort Regularisierung
• die Allgemeine Relativitätstheorie führen zu Singularitäten, die auf eine grundsätzliche Inkonsistenz hindeuten; Stichwort Urknall, schwarze Löcher
• die Allgemeine Relativitätstheorie führt zu klassischen Lösungen, die unphysikalisch erscheinen; Stichwort geschlossene zeitartige Kurven, Nächte Singularitäten
• eine Begründung für Symmetriestruktur und Wechselwirkungen, Teilcheninhalt sowie diverse freie Parameter des Standardmodells der Elementarteilchenphysik sind unbekannt
• die Vorhersagekraft vorliegender theoretischer Ansätze ist teilweise sehr beschränkt, zum einen aufgrund der komplizierten Mathematik, zum anderen teilweise prinzipbedingt; zu Letzterem siehe eher Teil II
• ...

Theoretische Probleme
Teil II
Spezifische Probleme einzelner Theorien, die jedoch lediglich im Kontext bzw. als Konsequenz dieser Theorien resultieren; d.h. bei denen es sich evtl. lediglich um Schein-Probleme handelt.

• die ART ist nicht perturbativ quantisierbar
• ...
• die Quantisierungsmethode der LQG führt möglicherweise zu off-shell Anomalien und ist damit evtl. inkonsistent (gilt in ähnlicher Weise auch für Spin Foams)
• die LQG weist eine noch nicht vollständig verstandene Quantisierungs-Mehrdeutigkeit auf; Stichwort: Immirzi-Parameter
• für die LQG ist die Entstehung einer klassischen Raumzeit noch nicht ausreichend verstanden
• ...
• die Stringtheorie führt auf eine Landscape zulässiger Niederenergie-Theorien / SUSY- bzw. SUGRA-GUTs und damit im wesentlichen zur fehlenden Vorhersagekraft - siehe jedoch unten
• die Stringtheorie führt möglicherweise nicht zu konsistenten deSitter-Vacua mit nicht-verschwindender kosmologischer Konstante.
• ...
• der Ansatz der sogenannten Asymptotic Safety löst zwar einige grundsätzliche Probleme, allerdings sind kaum Methoden zur Berechnung von Observablen bekannt
• ...
• im Kontext quantisierter Eichtheorien sind abzählbar unendlich viele lokale Eichsymmetrien sowie ebenfalls abzählbar unendlich viele globale Symmetrien zulässig, ohne dass ein Selektionskriterium erkennbar wäre; gilt dann auch für weitere Felder und freie Parameter
• ...

Experimentelle Probleme
Hier trifft diese Unterscheidung m.E. kaum zu.

• direkte Vorhersagen der theoretischen Ansätze sowie insbs. deren Unterschiede sind üblicherweise erst im Bereich der Planckmasse zu erwarten; dieser Energiebereich ist experimentell unzugänglich
• indirekte Vorhersagen im zugänglichen Energiebereich sind rar und oft (immer?) auf die Astrophysik beschränkt; die Beobachtungen werden von großen Dreckeffekten überlagert; die Experimente sind nicht gezielt plan- und durchführbar
• auch eher konservative Ansätze wie SUSY-GUTs liegen außerhalb der experimentellen Reichweite - oder sind durch den LHC bereits falsifiziert
• ...

[Struktron]

Hallo miteinander,
für alles was Ihr zuletzt geschrieben habt, brauche ich noch viel Zeit, um das zu verdauen... Mir schwirrt es etwas im Kopf davon. Fast alles hatte ich aber auch schon im Ansatz angedacht. Neben dem letzten von mir gelesenen Buch von Sabine Hossenfelder wirken auch noch die Bücher von Lesch und Gaßner, von Lisa Randall, Brian Greene, Martin Bojowald, Alexander Unzicker, Harald Fritzsch, Roman Sexl, Carl Friedrich von Weizsäcker,... und natürlich viele Artikel aus Wikipedia. Vorallem die "Liste ungelöster Probleme der Physik" sowie Videos zu der Problematik verwirren mich mehr, als dass sie zur Lösung beitragen.
Meine persönliche Liste sieht aktuell folgendermaßen aus:

Offene Probleme zu beobachtbaren Phänomenen:

- Was ist Masse?
- Entstehung der konstanten Lichtgeschwindigkeit
- Entstehung der Feinstrukturkonstante der Gravitation
- Dunkle Materie
- Dunkle Energie, kosmologische Konstante, Vakuumenergie
- Entstehung von Akkretionsscheiben mit quasiperiodischen Schwingungen (umgekehrt proportional zur Masse des zentralen Objekts),
- Entstehung von schweren Galaxienkernen (supemassive Schwarze Löcher) auch schon sehr früh
- Entstehung von Jets
- Baryogenese mit Baryonenasymmetrie sowie Leptogenese in drei Generationen, (primordiale) Nukleosynthhese
- Entstehung des Planckschen Wirkungsquantums bzw. der Planckskala
- Entstehung der Feinstrukturkonstante
- Rotverschiebung entfernter Materie, Ultra-hochenergetische kosmische Strahlung
- Alter-Metallizität-Beziehung von Galaxien, Lithiumproblem
- Hierarchieproblem: Gravitation um den Faktor 10⁻³² schwächer als die elektroschwache Wechselwirkung?
- Nichtlokalität
- Träger des Spins von Protonen, Ladungsradius
- Restwechselwirkung der Nukleonen
- Neutrinostruktur
- anomales magnetisches Moment des Myons
- Wirbelrohr (ein Ende kalt, das andere warm)
- Shampoo- oder Öl-Rückstrahl
- schnelleres Gefrieren von warmer Flüssigkeit

Probleme, welche erst durch Theorien aufgeworfen werden, würde ich bei den Überlegungen erst einmal aussparen.
MfG
Lothar W.

[tomS]

Meine persönliche Liste sieht aktuell folgendermaßen aus

Zu einigen Problemen deiner Liste hat die Physik recht gute Lösungen parat:

- Was ist Masse?
- Entstehung der konstanten Lichtgeschwindigkeit
- Rotverschiebung entfernter Materie
- Träger des Spins von Protonen, Ladungsradius
- Restwechselwirkung der Nukleonen
- anomales magnetisches Moment des Myons

Entstehung von Masse verstehen wir gut, es sei denn, du fragst nach der Ursache des Higgsfeldes, „warum das Higgs?“, „warum diese Massen?“ ... oder verstehst das insgs. eher philosophisch.
Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist eine triviale geometrische Folge der Geometrie der Raumzeit; auch da wird erst die philosophische Frage „warum diese Geometrie?“ schwierig.
Was an der Rotverschiebung sollte nicht verstanden sein?
Der Spin des Nukleons ist inzwischen so ziemlich verstanden.
Die Restwechselwirkung der Nukleonen durch eine Art Pion-Austauschwechselwirkung ist recht gut verstanden; die Ableitung aus der QCD ist mathematisch schwierig, jedoch nicht grundsätzlich rätselhaft.
Das anomale magnetisches Moment des Myons könnte auf neue Physik hinweisen, sicher ist das noch keineswegs.

- Entstehung der Feinstrukturkonstante der Gravitation
- Entstehung der Feinstrukturkonstante
- Entstehung des Planckschen Wirkungsquantums
- Dunkle Energie, kosmologische Konstante, Vakuumenergie
- Hierarchieproblem: Gravitation um den Faktor 10⁻³² schwächer als die elektroschwache Wechselwirkung?

Ja, das passt zu einigen Punkten meiner Liste; Vakuumenergie ist jedoch im Kontext der QFT gut verstanden und wird erst zusammen mit der Gravitation schwierig; Ich würde jedoch nicht von „Entstehung“ sprechen, denn du fragst nach einer tieferen Begründung.

- Dunkle Materie
- Baryogenese mit Baryonenasymmetrie sowie Leptogenese

Ja, fehlt in meiner Liste

- Entstehung von Akkretionsscheiben mit quasiperiodischen Schwingungen (umgekehrt proportional zur Masse des zentralen Objekts),
- Entstehung von schweren Galaxienkernen (supermassive Schwarze Löcher) auch schon sehr früh
- Entstehung von Jets
- primordiale Nukleosynthese
- Ultra-hochenergetische kosmische Strahlung

Halte ich nicht für grundlegende Probleme.
Akkretionsscheiben und Jets versteht man außerdem recht gut.
Was soll das Problem der Nukleosynthese sein?

- Nichtlokalität

Ist ein Scheinproblem :-)

[Skeltek]

Möchte den Fluß in den neuen Beiträgen nicht unterbrechen, aber trotzdem kurz etwas nachtragen.

... dann ist es doch relativ wahrscheinlich anzunehmen, dass dynamisch alles voneinander abhängig ist... das Makroskopische vom Mikroskopischen, das Zukünftige vom Vergangenen usw.

Ersteres ist in sehr guter Näherung offenbar nicht der Fall. Wir können Atomphysik betreiben, ohne uns um Details der QED oder QCD kümmern zu müssen; die Skalen „entkoppeln“ näherungsweise.

Letzteres steht im Widerspruch zur Kausalität.

Bei ersterem gebe ich dir recht, zumindest zum Punkt 'näherungsweise', allerdings gibt es da durch Aufsummation emergenter kleinster Symmetriebrüche oder z.B. dipolarer Eigenschaften (Ladungen heben sich eben doch nicht auf, nur weil sie eine gewisse 'Nähe' erreicht haben) durchaus schwache aber makroskopisch über einen längeren Zeitraum wirksame und messbare Phänomene. Zwar entkoppeln die Skalen näherungsweise... jedoch ist die Wirkung über einen längeren Zeitraum eben doch spürbar auf einer anderen Größenordnung. Selbst die fast völlige Elimination von Antimaterie ist wohl das eindeutigste Beispiel der Wirkung kleinster Abweichungen auf kleinster Skala auf praktisch das gesamte sichtbare Universum.

Beim zweiten halte ich ein Problem zwischen Kausalität, Konsistenz und Quantisierung für möglich. Der Widerspruch entsteht glaube ich dann zwangsläufig, wenn man sich auf 4 Dimensionen beschränkt. Wenn Quantisierung und Unschärfe zu Inkonsistenz führen würden, sehe ich kein Problem damit, dass sich zumindest auf Plankskalen die unmittelbare Zukunft auf die unmittelbare Vergangenheit (zur Not auch mit Überlichtgeschwindigkeit oder phänomenologisch effektiv messbar als spukhafte Fernwirkung) auswirkt um so aus vielen Möglichkeiten die einzig konsistenten auszuwählen. Wie sollte es denn sonst ablaufen, wenn irgendetwas zwei bis drei Planklängen an der optimalen Position abweicht um zu wirken?
Zum Kausalitätsbruch: Die Verschränkung von Teilchen verstößt auch nicht gegen die Kausalität, auch wenn man es zunächst intuitiv annehmen würde. Hier gibt es auch eine Wirkung, obwohl sich die 'Ursache' noch gar nicht im Vergangenheitslichtkegel befindet (wobei man hier weder von Ursache noch von Wirkung sprechen kann). Solange Dinge im Raum der Gegenwartshyperflächen ablaufen, verstoßen sie nicht zwangsläufig gegen die Kausalität. Die einzigen tatsächlichen Kopplungen von Ursache und Wirkung welche konsistent sein müssen sind nur zwischen/innerhalb der Vergangenheits- und Zukunfstlichtkegel. 'Dazwischen' könnte es Mechanismen geben, welche mit Überlichtgeschwindigkeit den konsistenten Ablauf der Realität gewährleisten - diese wären dann jedoch vermutlich weder mess- noch sonstwie detektierbar. Man könnte lediglich die Konsistenz zwischen solchen Modellen und der Realität mathematisch nachweisen.

Aber sorry für den Exkurs, das sollte eigentlich in einen anderen Thread abgespalten werden, falls da Diskussionsbedarf besteht. In allen Fällen halte ich es für ein potentiell interessantes Thema.

[Struktron]

Meine persönliche Liste sieht aktuell folgendermaßen aus

Zu einigen Problemen deiner Liste hat die Physik recht gute Lösungen parat:

In meiner Liste steckt der Versuch, diese etwas von der Theorienlastigkeit zu befreien. Sie wird kleiner, wenn nur beobachtete Phänomene als Grundlage verwendet werden. Für Lösungen reichen mMn schon die QM, die QED und ART. Ein gedachter einheitlicher Cutoff, dem reale leicht zu berechnende Objekte (Kugeln) zugeordnet werden, liefert den Lösungsansatz. Auch dort, wo vermutlich gar keine Probleme existieren, diese nur durch unsystematische Interpretationen (Wikipedia) auftauchen. Viel Arbeit steckt aber darin.

- Was ist Masse?
- Entstehung der konstanten Lichtgeschwindigkeit
- Rotverschiebung entfernter Materie
- Träger des Spins von Protonen, Ladungsradius
- Restwechselwirkung der Nukleonen
- anomales magnetisches Moment des Myons

Entstehung von Masse verstehen wir gut, es sei denn, du fragst nach der Ursache des Higgsfeldes, „warum das Higgs?“, „warum diese Massen?“ ... oder verstehst das insgs. eher philosophisch.

Noch Sommerfeld definierte Masse wie die gesamte Physik vorher als Menge von Materie. Die Frage nach einer Ursache oder einem "Warum" haben wir erst mit dem Standardmodell geschaffen.

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist eine triviale geometrische Folge der Geometrie der Raumzeit; auch da wird erst die philosophische Frage „warum diese Geometrie?“ schwierig.

Sie ist das meistdiskutierte beobachtete Phänomen. Das kann man nicht einfach so wegwischen. Wäre sie mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit in einem Substrat verbunden, würden viele RT-Kritiker schweigen.

Was an der Rotverschiebung sollte nicht verstanden sein?

Raumdehnung oder Doppler sind gute Erklärungen. Urknall folgt aber nicht zwangsweise daraus. In meiner Liste steht sie nur deshalb, weil sie ein gut belegtes Phänomen ist.

Der Spin des Nukleons ist inzwischen so ziemlich verstanden.

In Wikipedia wird das als Spin-Krise bezeichnet. Auch den Ladungsradius könnte man hier noch als offene Frage nennen.

Die Restwechselwirkung der Nukleonen durch eine Art Pion-Austauschwechselwirkung ist recht gut verstanden; die Ableitung aus der QCD ist mathematisch schwierig, jedoch nicht grundsätzlich rätselhaft.

Eine vollständige Beschreibung dieser Kernkraft aus der Quantenchromodynamik ist bisher nicht möglich.

Das anomale magnetisches Moment des Myons könnte auf neue Physik hinweisen, sicher ist das noch keineswegs.

- Entstehung der Feinstrukturkonstante der Gravitation
- Entstehung der Feinstrukturkonstante
- Entstehung des Planckschen Wirkungsquantums
- Dunkle Energie, kosmologische Konstante, Vakuumenergie
- Hierarchieproblem: Gravitation um den Faktor 10⁻³² schwächer als die elektroschwache Wechselwirkung?

Ja, das passt zu einigen Punkten meiner Liste; Vakuumenergie ist jedoch im Kontext der QFT gut verstanden und wird erst zusammen mit der Gravitation schwierig; Ich würde jedoch nicht von „Entstehung“ sprechen, denn du fragst nach einer tieferen Begründung.

- Dunkle Materie
- Baryogenese mit Baryonenasymmetrie sowie Leptogenese

Ja, fehlt in meiner Liste

- Entstehung von Akkretionsscheiben mit quasiperiodischen Schwingungen (umgekehrt proportional zur Masse des zentralen Objekts),
- Entstehung von schweren Galaxienkernen (supermassive Schwarze Löcher) auch schon sehr früh
- Entstehung von Jets
- primordiale Nukleosynthese
- Ultra-hochenergetische kosmische Strahlung

Halte ich nicht für grundlegende Probleme.
Akkretionsscheiben und Jets versteht man außerdem recht gut.
Was soll das Problem der Nukleosynthese sein?

Die stehen als ungelöste Probleme auf der Wikipedia-Liste. Diese sollte auf der Qualitässicherungsseite diskutiert werden. Da geschieht aber nicht viel. Es ist halt mühsam, belastbare Quellen zu finden.
Bei der Nukleosynthese fehlen die Massen der Konstituenten (Quarks, Gluonen, dynamische Energieanteile).

- Nichtlokalität

Ist ein Scheinproblem

Das sehe ich nach Gaßners Video auch so. Es wird aber immer noch heiß diskutiert.
MfG
Lothar W.

[tomS]

In meiner Liste steckt der Versuch, diese etwas von der Theorienlastigkeit zu befreien.

Deswegen gibt‘s unten noch die experimentellen Probleme.

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist eine triviale geometrische Folge der Geometrie der Raumzeit; auch da wird erst die philosophische Frage „warum diese Geometrie?“ schwierig.

Sie ist das meistdiskutierte beobachtete Phänomen. Das kann man nicht einfach so wegwischen. Wäre sie mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit in einem Substrat verbunden, würden viele RT-Kritiker schweigen.

Natürlich kann man das wegwischen. Warum sollte man sich um alles kümmern, was einem an Pseudokritik vorgelegt wird? Dann käme man nie zu den wichtigen Themen.

Der Spin des Nukleons ist inzwischen so ziemlich verstanden.

In Wikipedia wird das als Spin-Krise bezeichnet.

Ja - die inzwischen wohl gelöst ist - siehe z.B. hier: https://physics.aps.org/articles/v10/23

- Nichtlokalität

Ist ein Scheinproblem :-)

Das sehe ich nach Gaßners Video auch so. Es wird aber immer noch heiß diskutiert.

Von wem?


Und nicht jedes offene Problem ist gleich ein fundamentales Problem. Die Lösung der QCD ist eben mathematisch schwierig, aber deswegen muss man nicht an der QCD zweifeln.

[Skeltek]

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist eine triviale geometrische Folge der Geometrie der Raumzeit; auch da wird erst die philosophische Frage „warum diese Geometrie?“ schwierig.

Die Lichtgeschwindigkeit und nicht deren Konstanz ist Folge der Geometrie der Raumzeit (Ob sie Ursache oder Folge ist wäre eher die schwierige Frage).
Die Konstanz ist doch eher eine lediglich lokale Folge der intrinsischen fast-Homogentität des Planckschen Wirkumsquantums, welches eigentlich auch der Lorenztransformation unterliegt und dessen Konstanz nicht gewährleistet werden kann.

Erich Hass und Niels Bohr lassen hier schön grüßen. Die Größe von Teilchen als auch die Frequenz von Photonen ist vom Wirkungsquantum direkt abhängig, wodurch sich das Verhältniss von Atomradius und Photonenfrequenz an einem Ort im selben Inertialsystem exakt gleich skalieren (und damit die gemessene Lichtgeschwindigkeit aus Sicht des Teilchens/Messapparatur an seinem eigenen Ort aus seiner eigenen Perspektive immer konstant sein muss).

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist nur lokal gewährleistet; vergleicht man die Lichtgeschwindigkeit an zwei unterschiedlichen Orten, lässt sich durchaus Dillatation feststellen.

[tomS]

Die Lichtgeschwindigkeit und nicht deren Konstanz ist Folge der Geometrie der Raumzeit.

Genauer: die Existenz einer universellen Grenzgeschwindigkeit für masselose Teilchen und Felder ist eine Konsequenz der Raumzeit-Geometrie.

Mit dem Planckschen Wirkumsquantums - welches nicht der Lorenztransformation unterliegt - hat das nichts zu tun.

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist nur lokal gewährleistet; vergleicht man die Lichtgeschwindigkeit an zwei unterschiedlichen Orten, lässt sich durchaus Dillatation feststellen.[/size]

Man darf natürlich nicht die Lichtgeschwindigkeit am Ort B vom Ort A aus betrachten.

[Struktron]

Der Spin des Nukleons ist inzwischen so ziemlich verstanden.

In Wikipedia wird das als Spin-Krise bezeichnet.

Ja - die inzwischen wohl gelöst ist - siehe z.B. hier: https://physics.aps.org/articles/v10/23

Das Bild am Anfang ist schön und beschreibt auch die Problematik, wie sie in der Wikipedia-Liste steht.
Sabine Hossenfelder kritisiert nun u.a. die Vorgehensweise, mit solchen Simulationen und Rechnungen die eigentliche Problematik zu verschleiern. Weshalb hat die betrachtete Menge an Konstituenten des Protons genau den Spin 1/2? Und weshalb genau eine Elementarladung? Und weshalb ist dieses https://www.spektrum.de/magazin/quark-g ... it/1378734 stabil gegenüber seiner Umgebung (Raumzeit oder Substrat oder Vakuum mit Vakuumfluktuationen)?

...
Und nicht jedes offene Problem ist gleich ein fundamentales Problem. Die Lösung der QCD ist eben mathematisch schwierig, aber deswegen muss man nicht an der QCD zweifeln.

Nachvollziehbare Algorithmen, welche numerische Vorhersagen liefern fehlen aber. Algorithmen, welche wegen ihrer Kompliziertheit schwer nachvollziehbar sind, aber aus einem Substrat wie dem Quark-Gluon-Plasma in ihrer Umgebung Strukturen wie Protonen oder Neutronen ohne Erzeugungs- und Vernichtungsoperaoren entstehen lassen, würden erst mal reichen. Aber das ist ebenso schwierig wie die Beschreibung gewöhnlicher Turbulenzen. Da müssen wir wohl noch etwas warten. Aber es ist nicht hoffnungslos.

Skeltek hat geschrieben: ↑
16. Dez 2018, 21:43
Die Lichtgeschwindigkeit und nicht deren Konstanz ist Folge der Geometrie der Raumzeit.

Genauer: die Existenz einer universellen Grenzgeschwindigkeit für masselose Teilchen und Felder ist eine Konsequenz der Raumzeit-Geometrie.

Mit dem Planckschen Wirkumsquantums - welches nicht der Lorenztransformation unterliegt - hat das nichts zu tun.

Raumzeit-Geometrie ist meiner Meinung nach nur ein Platzhalter für das unverstandene Substrat des Vakuums, der Vakuumfluktuationen, Dunkler Materie und Dunkler Energie. Der Zusammenhang E = h f wurde jetzt fixiert: https://www.spektrum.de/kolumne/was-nic ... nt=kolumne. Darin steckt ein Zusammenhang mit der schon früher fixierten Lichtgeschwindigkeit.
Offen bleibt aber die Frage nach dem Zusammenhang zwischen allen Naturkonstanten und den nicht beobachteten Phänomenen Dunkler Materie und Dunkler Energie.
MfG
Lothar W.

[tomS]

Sabine Hossenfelder kritisiert nun u.a. die Vorgehensweise, mit solchen Simulationen und Rechnungen die eigentliche Problematik zu verschleiern. Weshalb hat die betrachtete Menge an Konstituenten des Protons genau den Spin 1/2? Und weshalb genau eine Elementarladung? Und weshalb ist dieses https://www.spektrum.de/magazin/quark-g ... it/1378734 stabil gegenüber seiner Umgebung?

Welche Problematik wird da kritisiert? Man löst eine - zugegebenermaßen schwierige - Gleichung.
Die Frage nach dem Spin 1/2 ist nicht sinnvoll; man löst die Gleichung und findet eine passende Lösung, die zum experimentellen Befund passt. Außerdem können stabile Zustände = Energie-Eigenzustände wegen Wigners Theorem nur in irreduziblen Darstellungen der Poincarégruppe aufgetreten, und dazu gehört nun mal Spin 1/2. Die Stabilität ist gerade eine Eigenschaft der Energieeigenzustände. Und was hat das mit dem QGP zu tun?

Du stellst die Fragen falsch herum. Das is ungefähr so, wie wenn du dich wunderst, dass die Lösung der Schwingungsgleichung genau den Kammerton a ergibt. Lösen der Schwingungsgleichung liefert alle Obertöne, die du dann auch vom Musikinstrument hörst. Dass du einen davon als Kammerton a bezeichnest ist doch egal.

Die Lösung der QCD ist eben mathematisch schwierig, aber deswegen muss man nicht an der QCD zweifeln.

Nachvollziehbare Algorithmen, welche numerische Vorhersagen liefern fehlen aber. Algorithmen, welche wegen ihrer Kompliziertheit schwer nachvollziehbar sind, aber aus einem Substrat wie dem Quark-Gluon-Plasma in ihrer Umgebung Strukturen wie Protonen oder Neutronen ohne Erzeugungs- und Vernichtungsoperaoren entstehen lassen, würden erst mal reichen.

Verstehe ich nicht. Dass die Mathematik schwierig ist, ist doch lediglich lästig - und zudem relativ.

Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren kommen in dem verwendeten Formalismus gar nicht vor.

[Job]

Ich weiß es sehr gut, so denkt der Theoretiker - und er hat aus seiner Perspektive auch Recht.
Ich möchte hier nur versuchen dafür zu werben dem hier einmal auch die Perspektive des Empirikers hinzuzufügen.
Wenn das gelänge, was du schreibst, man damit aber im Wesentlichen nur genau so weit käme wie mit dem heutigen Standardmodell, dann hätten wir am Ende nur zwei gleichwertige Modelle "Standardmodell 1" und "Standardmodell 2", das Eine vielleicht hier etwas eleganter, das andere vielleicht dort etwas nützlicher, usw. Dir würde dabei vielleicht STM 2 besser gefallen, anderen STM 1, das wäre dann aber mehr eine Frage des Geschmacks, eine Frage weicher Kriterien.
Das wäre dann also höchstens ein kleiner Schritt nach vorne, man braucht mehr für echten, deutlichen Fortschritt.

Das wäre in etwa eine Situation wie bei Lorentz / Einstein, die beide im Grunde dieselben Voraussagen machen und sich nur in der Interpretation unterscheiden. In diesem Fall könnte man drüber streiten, ob das nun ein großer Schritt wäre oder nicht. Aber so ist es nicht, was schliesslich rauskommt.

Ganz ernst gemeint:
Habt ihr euch schon einmal Gedanken gemacht, wie man euren Ansatz vielleicht doch ganz real empirisch bestätigen und von anderen Ansätzen unterscheiden könnte? Habt ihr hier Ideen? Vielleicht geht es doch?
Ich will darauf hinaus, dass das eine ganz wichtige Frage ist, die man gar nicht wichtig genug nehmen kann und gar nicht früh genug stellen kann, bei jedem Ansatz.
Es ist trotz aller möglichen mathematischen Eleganz, Schönheit, Einheit, Erklärungstiefe, usw. stets die eigentliche Gretchenfrage, wenn es sich um "Naturwissenschaft" handeln soll.

Ja, das ergibt sich bei mir automatisch. Ich glaube aber nicht, dass ich das hier wirklich ausbreiten sollte, weil es doch voraussetzt, dass man sich mit meinen Ideen schon mal etwas intensiver auseinander gesetzt hat. Und das ist wohl eher nicht der Fall. Daher nur eine kurze Übersicht.

Zum Standardmodell (Teilchen) gibt es tatsächlich Unterschiede, wo ich Chancen sehe, sie auch experimentell festzustellen zu können. Bei SRT, QM und ART ist es im Wesentlichen die Interpretation, die sehr stark abweicht.

Bei der SRT entspricht mein Ansatz den gesammelten Erkenntnissen von Lorentz, Poincare und von Laue, die ART ergibt sich aus einem thermodynamischen Ansatz, der Hilbertraum der QM wird mit (thermodynamischen) Leben erfüllt. Die SRT in ihrer heutigen Form gilt allerdings nur für die uns bisher bekannten Teilchen. Da gibt es keine Unterschiede. Die neuen Mikrostrukturen aber können sich überlichtschnell bewegen und auch Impulse überlichtschnell übertragen. Dies ist im Grunde experimentell bereits mehrfach nachgewiesen, nur nicht explizit, sondern implizit. Man interpretiert diese Experimente heute allerdings völlig anders.

Bei den bekannten Experimenten in SRT, ART und QM ergibt sich kein Unterschied. Allerdings könnte man neue Vorhersagen viel schneller und umfangreicher finden als heute, weil man die Grundideen dazu sehr oft zunächst anschaulich herleiten kann und dann erst die Mathematik für die Details benutzt. Heute ist es wesentlich mühsamer.

Letztendlich ist bei Einführung der Mikrostrukturen die QM genau wie die Thermodynamik eine effektive Theorie, die intensiv mit den gemittelten, stochastischen Werten der zu Grunde liegenden Mikrostrukturen arbeitet. Der Unterschied zur Thermodynamik ist, dass sie dabei relativistische Aspekte für die bekannten Teilchen berücksichtigt, mit abzählbar unendlich vielen Zuständen arbeiten kann und auch implizit überlichtschnelle Wechselwirkungen zwischen den Teilchen beinhaltet. Mit der ART ist es ähnlich, da die Mikrostrukturen (Vakuum) natürlich für QM und ART beide dieselben sind. Bei der ART kommt allerdings grundsätzlich noch ein zusätzlicher Partialdruck (Gravitation) hinzu, der in der heutigen QM nicht modelliert ist, da er hier in der Regel keine Rolle spielt.

Ein Problem, das man heute bei ART und QM hat, resultiert aus der m.E. falschen Annahme, dass Materie (Masse) beliebig verdichtbar ist. Es ist ja nicht bewiesen, dass das so ist. Wir kennen bisher nur keinerlei Kräfte oder Phänomene, die dies verhindern würden. Dies führt zu Singularitäten in der ART und zu unnötigen Unendlichkeiten in der QM. Die elementaren Mikrostrukturen haben aber jeweils eine positive (wenn auch sehr kleine) Ausdehnung und damit auch alles, was aus Ihnen zusammengesetzt ist, also auch die Kerne Schwarzer Löcher und die Elektronen. Die Natur kennt keine Punktteilchen ohne Ausdehnung.

Daraus folgt auch, dass die heutige Definition und Herleitung der Planckeinheiten unter falschen Annahmen erfolgt, weil es Schwarze Löcher mit der Ausdehnung der Plancklänge in der Natur dann nicht geben kann. Man kann berechnen, dass ein kleinst mögliches Schwarzes Loch eine schwere Masse von ca. 3 Millionen Sonnenmassen hat. Demnach gäbe es nur supermassive Schwarze Löcher. Die heutigen Planckeinheiten haben daher im Grunde keinerlei Bezug zu irgendwelchen Entitäten in der Natur. Es gibt allerdings Mikroteilchen, deren Ausdehnung in der Größenordnung (Faktor 10 Unterschied) der Plancklänge liegt. Die Plancklänge wäre damit die einzige Größe der Planckeinheiten, die zumindest einen gewissen Bezug zur Natur hat.

Die Idee der Planckeinheiten kann man für unser Universum aber sehr gut umsetzen, wenn man G, c und die Hubblekonstante H₀ als Grundlage nimmt. Dann ergeben sich sinnvolle Werte:

Radius des Universums zu Beginn

Umlaufzeit des Universums (H₀ = konstante Winkelgeschwindigkeit des Universums)

(kritische) Masse des Universums zu Beginn

Energie der kritischen Masse des Universums zu Beginn

Beschleunigung (Abbremsen) der Kontraktion des Universums zu Beginn


Die kritische Masse kann man über die Friedmanngleichung mit der kritischen Dichte in Beziehung setzen, denn es folgt:



Der Schwarzschildradius für diese kritische Masse ist:





Eine Voraussage wäre dann also zum Beispiel, dass es keine stellaren Schwarzen Löcher gibt. Es gibt allerdings supermassive Körper mit einer Dichte, die die von Neutronensternen noch übertrifft. Ich fürchte aber, dass sich diese in ihrem Verhalten so wenig von Schwarzen Löchern unterscheiden, dass es evtl. nicht messbar ist. Ich habe das aber nicht weiter im Detail ausgerechnet. Auch die Vorstellung, dass unser Universum mal kleiner als 1 Atom war, wäre dann nicht richtig. Aber das kann man experimentell natürlich nicht verifizieren.

Das Modell sagt zum Beispiel auch voraus, dass es eine positive kosmologische Konstante gibt und kann sie auch berechnen. Der Wert stimmt mit den heutigen Vermutungen überein. Es ist auch klar, warum sie so klein ist, was sie physikalisch bedeutet und wie sie mit dem Vakuum, das eine völlig andere Energiedichte hat, zusammenhängt. Witzigerweise führt diese positive kosmologische Konstante nicht zu einer beschleunigten Expansion des Universums, sondern zu einer nicht linearen Abbremsung der Kontraktion. Die dunkle Energie ergibt sich auch zwanglos aus dem Ansatz von Erik Verlinde, wenn man weiß, was er eigentlich physikalisch beschreibt. Ebenso wie eine Differentialgleichung (Friedmanngleichung) für unser Universum inkl. der Lösung. Ich werde das später noch im Detail erklären. Es ist ein schönes Beispiel dafür, wie wichtig es sein kann, ein anschauliches Modell dessen zu haben, was die mathematischen Gleichungen konkret bedeuten.

Von dieser Art Aussagen gibt es noch eine ganze Reihe weitere. Vielleicht ist ja eine dabei, die man experimentell unterscheiden kann. Allerdings glaube ich, dass die Experimentatoren nicht gerade darauf warten, die Vorhersagen eines Nobodys zu überprüfen, wofür ich absolutes Verständnis habe. So gesehen kann ich mir das zunächst schenken. Dies hätte übrigens nicht zur Folge, dass die Gleichungen der ART dann falsch wären. Lediglich der Gültigkeitsbereich wäre betroffen. Die ART kann die Kerne der Schwarzen Löcher zum Beispiel nicht beschreiben und auch nicht den Urknall. Die QM wäre von ihrer Grundkonstruktion her dazu in der Lage, allerdings müßte man die möglichen Zustände und Potentiale entsprechend anpassen und auch etwas „umdenken“.

Ich merke gerade, dass ich gerade wieder dabei bin, mich „reinzusteigern“ und höre daher lieber auf. Ich möchte Euch nicht auf die Nerven gehen.

Viele Grüße
Job

[Timm]

Ich stolpere schon bei der ersten Formel. Weshalb sollte denn das Produkt aus dem heutigen Weltalter, 1/H_0 und der Lichtgeschwindigkeit der Radius des Universums zu Beginn sein?

[Struktron]

Struktron: In Wikipedia wird das als Spin-Krise bezeichnet.

Ja - die inzwischen wohl gelöst ist - siehe z.B. hier: https://physics.aps.org/articles/v10/23

Das Bild am Anfang ist schön und beschreibt auch die Problematik, wie sie in der Wikipedia-Liste steht.
Sabine Hossenfelder kritisiert nun u.a. die Vorgehensweise, mit solchen Simulationen und Rechnungen die eigentliche Problematik zu verschleiern. Weshalb hat die betrachtete Menge an Konstituenten des Protons genau den Spin 1/2? Und weshalb genau eine Elementarladung? Und weshalb ist dieses https://www.spektrum.de/magazin/quark-g ... it/1378734 stabil gegenüber seiner Umgebung?

Welche Problematik wird da kritisiert?

Du kritisierst die Wikipedia-Liste. Das, was Du zur Lösung anbietest, solltest Du auf der Qualitätssicherungsseite diskutieren und dann für eine Änderung in der Liste sorgen.

Man löst eine - zugegebenermaßen schwierige - Gleichung.
Die Frage nach dem Spin 1/2 ist nicht sinnvoll; man löst die Gleichung und findet eine passende Lösung, die zum experimentellen Befund passt. Außerdem können stabile Zustände = Energie-Eigenzustände wegen Wigners Theorem nur in irreduziblen Darstellungen der Poincarégruppe aufgetreten, und dazu gehört nun mal Spin 1/2. Die Stabilität ist gerade eine Eigenschaft der Energieeigenzustände. Und was hat das mit dem QGP zu tun?

Wenn wir die Beschreibungen mit Hilfe der Feldtheorie zurück verfolgen, kommen wir über die Quantenmechanik, ..., zum Lagrange-Formalismus und zur Verwendung von Reihenentwicklungen. In diesen wird Periodizität voraus gesetzt. Das bedeutet aber Stabilität bei den Wiederholungen. Woher kommt diese? Falls sich die Schwingungen in einem Substrat entwickeln, könnten sich diese ohne einen Mechanismus für die Stabilität auflösen. Dichtefluktuationen wurden mir immer wieder als Argument gegen meine eigenen Überlegungen genannt. Lösungsansätze ergeben sich durch die Master-Gleichungen (Haken,...).

Du stellst die Fragen falsch herum. Das is ungefähr so, wie wenn du dich wunderst, dass die Lösung der Schwingungsgleichung genau den Kammerton a ergibt. Lösen der Schwingungsgleichung liefert alle Obertöne, die du dann auch vom Musikinstrument hörst. Dass du einen davon als Kammerton a bezeichnest ist doch egal.

Die Lösung der QCD ist eben mathematisch schwierig, aber deswegen muss man nicht an der QCD zweifeln.

Nachvollziehbare Algorithmen, welche numerische Vorhersagen liefern fehlen aber. Algorithmen, welche wegen ihrer Kompliziertheit schwer nachvollziehbar sind, aber aus einem Substrat wie dem Quark-Gluon-Plasma in ihrer Umgebung Strukturen wie Protonen oder Neutronen ohne Erzeugungs- und Vernichtungsoperaoren entstehen lassen, würden erst mal reichen.

Verstehe ich nicht. Dass die Mathematik schwierig ist, ist doch lediglich lästig - und zudem relativ.

Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren kommen in dem verwendeten Formalismus gar nicht vor.

Diesen Formalismus kenne ich nur oberflächlich. Meine Überlegungen sind so, dass ich die QCD nirgends kritisiere und auch nicht anzweifle. Sie liefert eine sinnvolle Ordnung im Teilchenzoo. Aber meiner Kenntnis nach muss sie, ebenso wie die QED, die Quantenmechanik enthalten und diese die klassische Physik,...
Die QCD verwendet auch den Pfadintegralformalismus von Feynman. Stimmt das?
Im Pfadintegralformalismus (Feynman-Diagramme) kommen Vertizes vor. An jedem Vertex können Teilchen erzeugt, vernichtet oder gestreut werden. Wikipedia liefert wenig dazu. Früher habe ich mir mal den Greiner (QCD) gekauft und detailliert durchgearbeitet. Die Theorie und auch die Beispiele lieferten mir keine Möglichkeit, mit (m)einem CAS numerische überzeugende Ergebnisse zu erhalten.
Fritzsch liefert in seinem Buch (Quantenfeldtheorie) fertige Resultate zu den Symmetrien. Die Veränderung von Kopplungsstärken wird gezeigt, aber die Kondensation von Elementarteilchen nicht. Diese müsste mit Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren beschrieben werden, auf welche er ab S.62 bei den Fourier Transformationen in freien skalaren Feldern hinweist. Bei Spinorfeldern kommen die Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren auch vor.
Bei den freien Vektorfeldern (Kapitel 8) wird ebenfalls "das Feld als Funktion von Vernichtungs- und Erzeugungsoperatoren" geschrieben (S.91).
In der störungstheoretischen Beschreibung wird ausführlich auf die Feynman-Diagramme eingegangen. Diese sind Haupt-Hilfsmittel der QED (Kapitel 10). Danach (Symmetrien, Eichtheorien) wird eher auf spontane Symmetriebrechung hingewiesen. Im Kapitel 13 QCD wird hauptsächlich auf die Symmetrien eingegangen. Die Farben (übrigens ein Hauptbeitrag Fritzsch´s zur QCD) liefern aber Beiträge zur Zerfallsamplitude.
Im Bild 13.4 zeigt Fritzsch dann beispielsweise, was beim Auseinanderziehen von Quark und Antiquark passiert. Das geht nicht ohne Erzeugung und Vernichtung. Das Kapitel 13.4 Elektron-Positron-Vernichtung geht mit einfachen Beispielen näher darauf ein. Die Verwendung von Erzeugungs- oder Vernichtungsoperatoren wird da aber nicht gezeigt.
Auf S.168 zeigt Fritzsch übrigens, dass annähernd 50% des Impulses der Protonen nicht von den Quarks stammen. Die müssen von den Gluonen kommen.
MfG
Lothar W.

[Struktron]

Ganz ernst gemeint:
Habt ihr euch schon einmal Gedanken gemacht, wie man euren Ansatz vielleicht doch ganz real empirisch bestätigen und von anderen Ansätzen unterscheiden könnte? Habt ihr hier Ideen? Vielleicht geht es doch?
Ich will darauf hinaus, dass das eine ganz wichtige Frage ist, die man gar nicht wichtig genug nehmen kann und gar nicht früh genug stellen kann, bei jedem Ansatz.
Es ist trotz aller möglichen mathematischen Eleganz, Schönheit, Einheit, Erklärungstiefe, usw. stets die eigentliche Gretchenfrage, wenn es sich um "Naturwissenschaft" handeln soll.

Ja, das ergibt sich bei mir automatisch. Ich glaube aber nicht, dass ich das hier wirklich ausbreiten sollte, weil es doch voraussetzt, dass man sich mit meinen Ideen schon mal etwas intensiver auseinander gesetzt hat. Und das ist wohl eher nicht der Fall. Daher nur eine kurze Übersicht.
...

Ein Link zu Deinem aktuellen Modell würde einen Vergleich mit anderen (auch meinem) leichter machen. Das "ihr" in Seeker´s Beitrag habe ich hervor gehoben, weil ich mich da angesprochen fühle.
Die Listen ungelöster Probleme der Physik von Wikipedia, TomS und mir könnten Anstoß für eine Überwindung der "angeblichen" Krise der Physik werden.
MfG
Lothar W.

[Job]

Ein Link zu Deinem aktuellen Modell würde einen Vergleich mit anderen (auch meinem) leichter machen.

Den link auf die neueste "kompakte" Version findest Du immer im thread "Idee zu einer neuen Sichtweise auf QM und ART".

Das "ihr" in Seeker´s Beitrag habe ich hervor gehoben, weil ich mich da angesprochen fühle.

So habe ich das auch verstanden.




Viele Grüße
Job

[tomS]

Du kritisierst die Wikipedia-Liste. Das, was Du zur Lösung anbietest, solltest Du auf der Qualitätssicherungsseite diskutieren und dann für eine Änderung in der Liste sorgen.

Die Liste ist insgs. ein Kuddelmuddel. Da werden ganz normale offene Fragen neben fundamentalen Problemen genannt.

Man löst eine - zugegebenermaßen schwierige - Gleichung.
Die Frage nach dem Spin 1/2 ist nicht sinnvoll ...

Wenn wir die Beschreibungen mit Hilfe der Feldtheorie zurück verfolgen, kommen wir über die Quantenmechanik, ..., zum Lagrange-Formalismus und zur Verwendung von Reihenentwicklungen. In diesen wird Periodizität voraus gesetzt.

Reihenentwicklungen? Periodizität? Wo denn?

Man löst die Gleichungen der QCD auf dem Gitter und findet in sehr guter Näherung die bekannten Hadronen mit Massen, elektromagnetischen Formfaktoren usw. Da ist nichts rätselhaft.

Diesen Formalismus kenne ich nur oberflächlich. Meine Überlegungen sind so, dass ich die QCD nirgends kritisiere und auch nicht anzweifle. Sie liefert eine sinnvolle Ordnung im Teilchenzoo. Aber meiner Kenntnis nach muss sie, ebenso wie die QED, die Quantenmechanik enthalten und diese die klassische Physik,...

Ja, die klassische Physik ist als Grenzfall enthalten. Das spielt hier aber keine Rolle.

Die QCD verwendet auch den Pfadintegralformalismus von Feynman. Stimmt das?

Der Pfadintegralformalismus ist eine mögliche Formulierung der QCD. Ja, u.a. im Falle der Gittereichtheorie wird er verwendet.

Im Pfadintegralformalismus (Feynman-Diagramme) kommen Vertizes vor. An jedem Vertex können Teilchen erzeugt, vernichtet oder gestreut werden. Wikipedia liefert wenig dazu.

Feynman-Diagramme sind lediglich eine Notation zur Buchhaltung; die zugrundeliegende Näherung ist die Störungstheorie. Im Falle der Berechnung von Hadronen wird die Störungstheorie nicht benutzt.

Im Bild 13.4 zeigt Fritzsch dann beispielsweise, was beim Auseinanderziehen von Quark und Antiquark passiert. Das geht nicht ohne Erzeugung und Vernichtung.

Hat aber so nichts mit den gleichlautenden Operatoren zu tun.

[Struktron]

Du kritisierst die Wikipedia-Liste. Das, was Du zur Lösung anbietest, solltest Du auf der Qualitätssicherungsseite diskutieren und dann für eine Änderung in der Liste sorgen.

Die Liste ist insgs. ein Kuddelmuddel. Da werden ganz normale offene Fragen neben fundamentalen Problemen genannt.

Harald Fritzsch hat auch eine solche Liste (S.217) in: H. Fritzsch, Quantenfeldtheorie – Wie man beschreibt, was die Welt im Innersten zusammenhält, DOI 10.1007/978-3-662-45246-2_16, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015218 Quantenfeldtheorie:

In der Standardtheorie gibt es 27 fundamentale Konstanten,
die experimentell bestimmt werden müssen:
- drei Kopplungskonstanten,
- sechs Massen der Leptonen,
- sechs Massen der Quarks,
- vier Mischungsparameter der Quarks,
- sechs Mischungsparameter der Leptonen,
- Masse des W-Bosons,
- Masse des Higgs-Bosons.
Eine theoretische Berechnung dieser Konstanten ist bis heute unmöglich. Deshalb wird angenommen, dass die
Standardtheorie nicht die korrekte Teorie der Teilchenphysik ist, sondern nur eine erste Näherung.
Die Standardtheorie beschreibt die beobachteten schwachen, elektromagnetischen und starken Wechselwirkungen.
Jedoch ist sie nicht in der Lage, eine Reihe von wichtigen
Fragen zu beantworten:
- Wieso gibt es drei Familien von Leptonen und Quarks?
- Warum gibt es drei Farben der Quarks?
- Warum haben die Leptonen und Quarks die beobachteten Massen?
- Warum ist die Ladung des Protons, abgesehen vom Vorzeichen, genauso groß wie die Elektronenladung?
- Welcher Mechanismus legt die 27 fundamentalen Konstanten fest?

Das ist Stand 2015, etwas neuer von 2016 ist: https://www.weltderphysik.de/gebiet/tei ... modynamik/, wo am Ende steht:

Trotz dieser Teilerfolge gibt es noch sehr viel Arbeit für die kommenden Jahre und wohl Jahrzehnte. So sollte die QCD, als die fundamentale Theorie der starken Kernkraft, in der Lage sein, alle Phänomene der Kernphysik vorherzusagen. Doch die Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen und der aus ihnen aufgebauten Atomkerne, insbesondere der massereichen, stellt Physiker derzeit noch vor unlösbare Aufgaben. Es lockt aber die Hoffnung, derzeit noch unbekannte, exotische Materieformen aufzuspüren.

MfG
Lothar W.