sei es Ray oder Tom oder sonst jemand von unserem Clan, wir alle reden immer wieder über die Quantengravitation.
Das ist ein Begriiff, den ich einmal zu erläutern versuche. Sehr sicher werden mir die Spezialisten dabei unter die Arme greifen, denn das ist vom Verständnis weitaus das schwierigste Gebiet für mich.
Die Gravitation ist eine Kraft, welche sich ebenfalls aus dem Feldbegriff her ableiten lässt.
Dabei bedeutet "Feld" im Sinne von Faraday ein räumlicher Bereich innerhalb dessen Wirkungen nachgewiesen werden können. Diese Wirkungen stehen aber untereinander in Kontakt, so dass beispielsweise ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld eine magnetische Feldkomponente erzeugt und umgekehrt. Jedoch ist dieses keine direkte Kopplung oder besser ausgedrückt diese Kopplung ist mit zusätzlichen Eigenschaften behaftet. Solche Eigenschaften sind beispielsweise darin zu erkennen, dass wir Phasenbeziehungen haben.
Der alte Merkspruch ist ja bekannt und zeigt solch eine Eigenschaft:
An der Induktivität
Kommt der Strom zu spät;
Am Kapazitor
Geht der Strom vor
Soll heissen, diese Wirkungen "wechselwirken" miteinander. Wechselwirken: der Begriff beinhaltet, dass hier energetische Umwandlungen im Spiele sind.
Im Zuge der Erforschung der Felder sind diese Umwandlungen bekannt, insbesondere was unsere "Gebrauchsfelder" anbelangt.
Für die Gravitation ist dies lange Zeit im Dunkelen verblieben. Hier sind viele Ansätze durchgeführt worden, aber so recht haben diese nicht das gebracht, was man sich erhofft hat.
Was hat man denn erwartet?
Erste Frage dazu:
Wovon geht man eigentlich aus?
Hier ist interessant, dass die Art, wie diese Kräfte dargestellt, mathematisch beschrieben werden sehr ähnlich ist. Auch im einfachsten Fall ist das so. Die elektrische, magnetische oder Gravitationskaft lernen unsere Kinder bereits in der Schule kennen und können sehr schöne und auch richtige Dinge damit rechnen ohne von Relativität oder gar Quanteneingenschaften je etwas gehört zu haben.
Zweite Frage dazu
Reicht das Wissen aus, um auch unser Weltall zu verstehen?
Klares NEIN!!
Was wird erwartet: (Das ist der Angelpunkt der Wissenschaft)
Es muss eine Lösung geben, die so allgemein ist, dass sich aus ihr alles darstellen läßt. Und das ist eben das Problem der Feldtheoretiker.
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Im Falle der Gravitation wurde versucht die Quantentheorie mit der Relativitätstheorie (ich vermeide hier EINSTEIN alleine zu nennen, denn daran sind so viele andere Kollegen beteiligt und Einstein hat auch nur einen Teil dazu begetragen. Dass Einstein so populär wurde ist das Ergebnis einer gewissen Kampagne über die man denken mag, was man will. Fest steht jedoch, dass andere Physiker mindestens ebensoviel Meriten daran haben und das sollte stets berücksichtigt werden (meine Meinung!))
Mit der Quantengravitation kam die Frage hoch, wie sich denn der Raum verhält. Denn die Quantenwelt ist eine sehr unbestimmte Welt, eine Welt ohne räumliche Zuordnung in der Zeit. Soll heissen, es ist schlicht nicht feststellbar, geschweige denn vorhersehbar wo und wann sich ein Teilchen aufhält bzw. wohin bewegt woher kommt sich wie weit bewegt und welche Entfernung seine Wirkung überträgt.
Erinnerung: Die Chaostheorie besagt, dass eine winzige Änderung der Impulsstruktur des Raumes (Wetter...Flügelschlag (Impuls) des Schmetterlings (Ort) einen Sturm auf der anderen Seite auslösen kann (Impulsübertragung).
Uns lehrt die Quantentheorie, dass die Zeit auch atomar zu verstehen ist. Wir müssen uns deshalb daran gewöhnen die Zeit als eine Art Körnung anzusehen. Die Zeit ist direkt verknüpft mit dem Ort, so eng verknüpft, dass sich beides nicht trennen lässt.
Auch darauf ist man schon im Altertum 8000 Jahre vor Christus gekommen.
Die Pharaonen haben ihre Pyramiden nach den Sternen ausgerichtet. Es war wohl das Bild des Orion, ds zu einem bestimmten Zeitpunkt im Jahr so ausgerichtet war, dass damit die Götter eine Botschaft übermittelten.
Dies ist ein klarer Hinweis unf die Untrennbarkeit der Zeit mit dem Ort. Denn wären beide trennbar, so könnten Sternbilder jederzeit anders gedreht und gewendet werden.
Ach wäre das toll: Ein Polizist nimmt den Unfall auf und der Unfallteilnehmer ändert mal geschwind den Ort bezüglich der Unfallzeit und schwupps ist das Geschehen nicht mehr zuordungsfähig...der arme Polizist!!!
Heisenberg hat das auf den Punkt gebracht und die Unschärfe zu einem physikalischen Postulat erhoben. Wigner hat das ich glaube es war 1935 in einer Wahrscheinlichkeitsverteilung mathematisch formuliert.
Jedoch ist das experimentell nicht nachweisbar gewesen, denn die Quanten sind so winzig, die können einfach noch nicht sichbar gemacht werden.
Zur Zeit befinden wir uns innerhalb einer physikalischen Revolution. Diese Revolte ist so beschreibbar:
I. Die Physik fusst auf der Relativitätstheorie
II. Die Physik fusst auf der Quantentheorie
Das sind zwei, wenn man so will rivalisierende "Banden", die jedoch beidseitig keine zufriedenstellende Beschreibung ALLER Naturphänomene aufstellen können.
Die Revolte beinhaltet:
Wie FORDERN eine Physik, die beide Stränge miteinander vereinigt.
1905 kam Einstein mit seinem W = ma^2 nein, mb^2 auch nicht, so schrieb er denn mc^2
Und geboren war der erste Ansatz, denn damit und mit den Arbeiten Maxwell, Faraday, Ampere konnten die elektromagentischen Erscheinungen zu einer wundervoll geschlossenen Theorie zusammengebaut werden.
Zurück zur Gravitation:
Newton zeigte durch seine Arbeiten zwar, dass mit seinem Gravitationsansatz eine Ordnung aufzustellen war, die bereits Galilei (1564-1642) vorformulierte. Ausgenutzt wurde diese dann durch Kepler und weitere Wissenschaftler, die Ordnung ins Sternsystem brachten. Hubble verblüffte mit der Aussage, dass die Expansion in Zeit und Raum beschreibbar, berechenbar wurde.
So langsm kommen die Dinge zusammen:
1916 konnte mit der speziellen Relativitätstheorie auch die Gravitation mit neuen Eigenschaften verfeinert werden. Der Raum war ab dann nicht mehr flach, sondern gekrümmt. Phantatisch war, dass plötzlich eine nicht beschreibbare Eigenschaft von Planetenbahnen formulierbar und beweisbar aus dieser Theorie hervorging:
die Periheldrehung, die Änderung des Orts der Sonnennähe, der sich von Umlauf zu Umlauf immer ein Stückchen weiterbewegte.
Während einer Sonnenfinsternis wurde 1916 eine Änderung eines Sternorts beobachtet, die während der "Berührung" des Sonnenrandes mit diesem Stern theoretisch vorberechnet wurde und sich exakt so ergab.
Die Ablenkung des Lichts durch Gravitation wurde bewiesen.
Heutezutage ist das in unsere Technik eingebaut, denn ohne ART kein GPS.
Zurück zu Heisenberg und Planck:
1900 war das große Jahr der Quantentheorie, denn die Erkenntnis, dass der Ort und der Impuls eines Teilchens nicht gemeinschaftlich vorhersehbar sind- das ist die Aussage der Quantenunschärfe- drang in die Gehirne der Wissenschaftler ein.
Die Beschreibung der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen wurde entdeckt: die Geburtsstunde der Quantenfeldtheorie.
Darin: Einbeziehung der Relativität: die relativistische Quantenfeldtheorie nahm ihren Anlauf. Sie beschreibt dass auch die Felder quantisiert werden. Damit ist Licht ein Quanteneffekt! Die Quantenelektrodynamik kam in die Schwünge zur Beschreibung elektrischer und magnetischer Wechselwirkungen. Es werden Feldquanten -Photonen genannt- abgestrahlt, absorbiert, ausgetauscht.
Mit der schwachen Wechselwirkung wird die elektromagnetische WW mittels der Quantenflavourdynamik beschrieben. Dabei wurden die Austauschteilchen W und Z entdeckt. Die Quantenchromodynamik schliesslich beschreibt die starke Kraft, die der Quarks, welche für die Stabilität innerhalb der Atomkerne verantwortlich zeichnet.
Der Verlierer war die Gravitation!!
Nichts dieser Quanteneffekte konnte angewandt werden um die Gravitation dingfest zu machen. Die besten Kriminologen (theoretische Physiker) waren nicht in der Lage dieses Graviton zu entdecken.
Der Urknall...Puff riesen Knall - ungeheure Explosion...tolle Bilder
Aber nichts dingfestest für unsere Physiker. 10^71 Tonnen auf jeden Kubikzentimer vereinte Energie. Was kommt raus?
Eine Singularität
Das ist etwas, was Unendlich ist und bleibt, damit nicht erfassbar, nicht integrierbar!!! Wir können uns dem nur genügend nahe nähern, aber nicht erreichen, geschweige denn "dahinter" sehen.
Die Krümmung der Raumzeit in der Singularität ist unendlich!!!
Pech gehabt liebe Freunde!
Alle netten Theorien: hopps weg, nicht anwendbar!
In der neueren Zeit, so gegen Ende des letzten Jahrtausends kam eine neue Philosophie auf den Plan: die String Theorie
Das sind in ihrer Beschreibung eindimensionale Fäden. Diese können Linien sein oder Schleifen bilden Sie besitzen Schwingungscharakter. Meherer Varianten wurden entwickelt. Seit dem geistert es in den Köpfen:
die Welt ist nicht 4-dimensional (Raum und Zeit) sondern sie ist 10 oder 18 oder 17 dimensional. Alles eine Folge der Tensorgleichungen und ihrer Lösungen. Die Dimensionen, welche sich hier zeigten wurden dargestellt, gedeutet. Es wird seitens der Theoretiker erzählt, die oberhalb der 4. Dimension (Zeit) neue Dimensionen zustandegekommenen und diese sind so enorm stark gekrümmt (aufgerollt), dass wir sie einfach nicht wahrnehmen.
Dann kam eine weitere Richtung: die Schleifenquanten Theorie
Die Welt sei aus Schleifen aufgebaut. Diese Schleifen sind untereinander vernetzt. Die Zeit wird damit fassbar: die Zeit ist die Impulsänderung, welche von einer Schelife zur nächsten weitergegeben wird und diese ist aufs Engste mit den Planck Größen verknüpft.
Raum und Zeit sind damit gequantelt:
T_P = sqrt(G'h_quer) /c^5 ~ 0.54'10^-43 sec
L_P = sqrt(G'h_quer) /c^3 ~ 1.62'10^-35 m
Und damit ist die Fortpflanzung der Wirkung einer Änderung einer Schleife gleichzusetzen quasi mit dem Ticken der Uhr. Zeit wird erklärbar.
Irre Zahlen, so winzig, dass auch hier eine messtechnische Erfassung und damit ein Beweis extremst unwahrscheinlich wird.
Jedoch hilft uns das Weltall eventuell selber weiterzukommen. Denn, wenn Entfernungen sehr sehr sehr..sehr groß werden können diese sehr kleinen Effekte der Planck'schen Skala messtechnisch erfassbar werden. Ein Hoffnungsschimmer.
Und es geht weiter: einige Physiker sprechen davon (2003: Liue, Hillman im Astrophysical Journal) , dass das Licht eine Fluktuation -eine Bewegung- in seienr Phase haben soll. Damit wäre das Licht nicht mehr interferenzfähig, was sich in einer Unschärfe auf Aufnahmen des Hubble Teleskops bermerkbar machen soll. Das ist jedoch nicht bewiesen worden...bis jetzt nicht.
Ein daraufhin durchgeführter Versuch dies mit Hilfe einer sehr weit entfernten Supernova zu entdecken schlug ebenfalls fehl, jedoch ist eine Unschärfe vorhanden, diese ist aber deutlich geringer als theoretisch vorhergesagt. Muss eventuell die Theorie noch verfeinert werden???
Wäre das so, würde damit -so diese Forschergruppen- die Quantelung der Raumzeit wiederum in Frage gestellt.
Die modernen Ansätze der Gravitation bedienen kryptisch anzusehenden mathematischen Strukturen. So zeigte Ashtekar mit Bojowlad und Lewandowski im Jahre 2003 in Wien eine solches mathematisches Strukturmodell. Ich habe diese Arbeit im Literaturordnung des Forums untergebracht.
Ich habe mich bemüht diese Arbeit zu verstehen und auch dem lieben Tom auf seine Bitte hin zugesagt eine kurze Abhandlung darüber zu schreiben.
Aber ich muss hier ganz klar sagen, dass ich diese Art der Mathematik nun auch nicht mehr verstehe. Dazu fehlen mir einfach die Zugänge die hierfür notwendigen Grundlagen. Das ist sehr abstrakt dieses Werk.
Arbeiten von Casimir 1948 beschreiben dass 2 elektrisch ungeladene Platten, die in einem Vakuum sehr dicht und parallel beieinander stehen in Folge der Vakuumfluktuation eine Krafteinwirkung erfahren. Dieser "CASIMIR Effekt" wurde 1958 von Sparnaay bis hin zu den tiefsten erreichbaren Temperaturen durchgeführte und ein verbleibender Krafteintrag konnte nachgewiesen werden.
Dies ist heute als Nullpunktsstrahlung der Quantenfeldfluktuation bekannt.
Begriffe wie Feldoszillationen kamen auf. Auf der einen Seite die Quantenfeldtheorie: kein Problem (darin werden "nur" Energiedifferenzen gemessen), jedoch auf der andderen Seite: in der Gravitationtheorie ergibt sich eine unendliche Energiedichte, folglich eine unendliche Krümmung der Raumzeit. Das steht zunächt im Widerspruch zur Minkowski (4-dimensinal) Raumzeit. Diese ist flach!
Hawing kam mit der der Theorie einer Teilchenenstehung beim Sternkollaps: der HAWKING Effekt. Damit sprach er: eine zeitabhängige Raumzeit ist verantwortlich für eine spontane Teilchenerzeugung. Und diese so erzeugten Teilchen wechselwirken wieder zurück eben mit der Raumzeit. Ist damit eine Gravitationswelle durch eine Singularität erzeugbar oder wird diese durch eine Quantelung der Raumzeit unterdrückt?
Ferner kommen Probleme der Renormierbarkeit, besser der Nicht-Renormierbarkeit ins Spiel. Damit wurde eine Verbesserung des beschreibbaren Zugangs zu den Gravitonen eröffnet. Problemkreis ist der "nicht-ablesche" Eichansatz. Mathematisch äußerst kompliziert und verbunden mit nichtphysikalischn Freiheitsgraden!
Ergo: wackelige Theorie...
Noch verstärkend wird ausgesagt, dass Gravitonen untereinander wechselwirken. Bedeutung: die Gravitation ist nichtlinear!!!!
Es wird eine unendliche Reihe an Termen der Lagrange-Dichte benötigt. Die resultierenden Störungsreihen sind in aller Regel divergent und müssen als eigenständige asymptotische Entwicklung betrachtet werden. Das macht das Leben nicht wirklich einfacher!
Das führte zu Renormierungen um damit eine mathematische Korrektur dieser Seltsamheiten durchführen zu können. Also auch wieder ein künstlich aufgeblähter Ansatz eines Erklärungsversuchs bzw. einer Theorie.
Dann aber kam ein toller Ansatz
das Pfadintegral
Damit wurde die Fortpflanzung der Gravitation, der Garivitations-Propagator" sowie die Vernetzung der Gravitation, der "Gravitation-Vertex" eingeführt.
Die Kernfrage ist dabei:
Warum wollen wir eigentlich die Gravitation unbedingt quanteln?
Die Beantwortung dieser Frage folgt dem gleichen Prinzip, wie die elektromagenitsche Wechselwirkung gequantelt beschreibbar wurde.
Ende des 19. Jahrhunderts gab es 2 Modelle für die Wärmestrahlung eines Schwarzen Körpers:
Modell 1 bechreibt den niedrigen
Modell 2 beschreibt den hohen
Frequenzbereich des Strahlungsspektrums.
Kirchhoff und Wien seien da genannt. Wien gab für den hohen Frequenzbereich bereits eine zunächst schwach begründete Beziehung an.
Rayleigh und Jeans vervollkommenten die Theorie mit Hilfe des klassischen Gleichverteilungssatzes. Im thermodynamischen Gleichgewicht entfällt auf jeden Freiheitsgrad der Bewegung die Energie 1/2 kT.
Dann die Betrachtung der "Ultraviolettkatastrophe" und das Spektrum eines Schwarzen Körpers war erklärbar.
Nun ist aber der Punkt jener:
Es kann kein thermodynamisches Gleichgewicht erreicht werden, folglich auch keine Ultraviolettkatastrophe vorkommen. Das bedeutet: wir können nicht auf eine Quantisierung schliessen und Planck folgen, der dies bei der elektrromagnetischen Strahlung tat.
Die Transformation jeder Form der Energie in Gravitationsstrahlung ist ein für immer irreversibler Prozess. Es ist also auch nicht möglich, die Strahlung vollständig zu absorbieren Das muss eine drastische Auswirkung auf die Quantenbeschreibung haben: stets geht ein Teil verloren.
Damit verlieren wir Informationsinhalt. Das bedeutet:
Eine Messung kann daher nicht entscheiden, ob ein ein reiner oder gemischter Zustand vorliegt!
Konsequenz:
Es gibt keinen Detektor mit dem der Quantenzustand des Gravitationsfelds entdeckbar werden kann
Ist das der Zusammbruch der Quantenfeldtheorie????
Das oben genannte basiert auf auf der Linearisierung der ART!!
In der Nähe starker Raumkrümmungen darf diese Linearisierung offensichtlich nicht direkt angewendet werden, sondern dort nur für von außen nach innen eng begrenzte Gebiete (eventuell??) linearisiert dargestellt werden.
Heisst das, die Nichtlienare ART beschreibt ein physikalisch existentes Medium, welches Gravitationsstrahlung völlig absorbeirt, die linearisierte ART kann dieses nicht??
Liebe Freunde, vieleicht habe ich mich verrannt, aber die Beschäftigung mit Ashtekar, die ich einfach nicht verstehe hat mich auf diese Abwege geführt.
Wo bitte stehe ich mit meinen Gedanken???? Bestimmt habe ich einiges etwas durcheinander erzählt, das jedoch zeigt meine derzeitige Verwirrung und ich hoffe Ihr könnt das etwas nachvollziehen.
Netten Gruß
Wilfried
) schlimme Rechtschreib- und Grammatikfehler. 
