Abenteuer-Universum

Heisenberg war mit Ihr auf dem Holzweg und Einstein hat sich daran die Zähne ausgebissen - auf der Suche nach der Weltformel. Ich möchte unter Weltformel hier eine Gleichung oder ein Gleichungssystem verstehen, welches die bekannten Kräfte vereinigt und aus einem Guss erklären kann.

Wird es die Weltformel irgendwann einmal geben oder gibt es unvereinbare Bereiche in der Physik?

Im Prinzip könnte man eigentlich schon eine "Weltformel" aufstellen:

Man nehme dazu die 4 Wechselwirkungen, flechte ein paar Naturkonstanten mit ein, wie z.B. c, die Ladung des Elektrons, Gravitations- und Boltzmannkonstante, Plancksches Wirkungsquantum, die universelle Gaskonstante und eine Handvoll weitere, und wenn man noch die Unschärferelation oder die Schrödingergleichung hinzu nimmt kann man ganz einfach die gesamte Welt beschreiben!

Nun gut, Einsteins Theorien gehören auch noch dazu, der Tunneleffekt, die Compton- Wellenlänge, die Vakuumenergie, die QED und nicht zu vergessen die ....

Na, wer bastelt nun alles zusammen?

gravi hat geschrieben:Na, wer bastelt nun alles zusammen?

Ich!

Ich habe jetzt die ganzen Formeln ausgedruckt, und alles mit einem Locher zu Konfetti verabreitet. Seit 10 Minuten schüttle ich alles in einem Topf. Laut Quantenphysik ist ja alles möglich, also selbst dass eine Affe auf einer Schreibmaschine zufällig ein Gedicht von Goethe tippt.

*tataaa*

Spannender Moment... Ich öffne den Deckel...

Oh mein Gott... Das gibt es doch nicht!

Am Boden des Topfes steht tatsächlich die Antwort. Die Konfettis aus dem Topf haben tatsächlich eine Antwort gebildet, da steht:

...Zweiundvierzig...

// Geblödel off

Ich denke es gibt sogar die Möglichkeit dass gar keine 'Weltformel' existiert, oder diese von weiteren Faktoren, oder gar Kräften abhängig ist die wir noch nicht kennen.
Ich vermute jedoch dass die Antwort eine andere als 42 ist:

[EllenlangeFormelDieKeineSauVersteht] = 0

Ansonsten wäre der Urknall kaum zu erklären, oder?

(Jetzt bin ich mal gespannt ob überhaupt jemand versteht was ich jetzt geschrieben habe)

Nachdenkliche Grüße vom BauBraun

Das wichtigste ist doch, dass Du Deine Antwort verstehst. Eines ist mir jedenfalls klar, Du reist ab und zu per Anhalter durch die Galaxis.

Das eine Vereinigung einiger Kräfte möglich ist, haben ja schon einige Physiker gezeigt:

Maxwall für die Vereinigung der magnetischen und elektrischen Wechselwirkung zur Elektromagnetischen Wechselwirkung.

Salam-Weinberg für die Vereinigung der Elektromagnetischen Wechselwirkung mit der schwachen zur Elektroschwachen Wechselwirkung.

Das waren sehr gute Ansätze wie ich finde!

@BauBraun:
Schön wärs, wenn das so einfach ginge!
Und wer weiß, ob Du mit Deiner Methode nicht schneller zum Erfolg kommst als die forschende Fachwelt...

Aber Spaß beiseite: Sollte es wirklich damit getan sein, die 4 Wechselwirkungen zur Supersymmetrie zu vereinen? Das allein dürfte zwar schon recht schwierig sein, aber eine Weltformel ist sicher noch weit komplizierter - oder viel einfacher.

Hallo,
ernsthaft fachliche Beiträge habt Ihr hier hoffentlich nicht erwartet, denn damit können ja selbst die absoluten Experten nicht wirklich dienen.
Also bleibt es bei Meinung und Fantasie.

Ich finde es merkwürdig, dass die Menschheit nach knapp 100 Jahren intensiverer Forschung schon das Finale erreicht haben soll. OK, vorher war auch schon was, ja, aber so richtig geht das erst seit 100 Jahren ab.

Solange offene Fragen wie
-1- gibt es zusätzliche Dimensionen
-2- was ist dunkle Materie und dunkle Energie im Detail
-3- was ist eigentlich Gravitation wirklich, gibt es Gravitonen
-4- sind Zeitreisen möglich und was ist Zeit eigentlich

existieren, denke ich mal, wird man ggf. die 4 Grund-Kräfte auf einen Nenner bringen können, aber das würde ich nicht Weltformel nennen.
Martin

@msueper

Ich denke schon, dass die Vereinigung aller Kräfte eine Weltformel ergeben könnte. Schließlich ließe sich damit alles beschreiben (jedenfalls theoretisch, man muss bedenken, dass die Physik nur in der Lage ist, Idealzustände zu beschreiben, niemals die exakte Realität). Und wenn man die Welt mit einer Formel beschreiben kann, ist es eine Weltformel, gelle?

-1- ist eine gute Frage
-2- auch eine sehr gute Frage
-3- das hat Einstein sehr gut beantwortet
-4- hat Einstein auch beantwortet, Zeitreisen = ja, in die Zukunft, und Zeit ist eine Koordinate

AlTheKingBundy hat geschrieben: -3- das hat Einstein sehr gut beantwortet
-4- hat Einstein auch beantwortet, Zeitreisen = ja, in die Zukunft, und Zeit ist eine Koordinate

zu -4-
Nein, das ist keine Antwort die wirklich die Eigenschaften klärt. Das ist eine Definition.
Wenn man Zeit als "Dimension" betrachtet, ähnlich den 3 Raum Dimensionen. Dann wäre die Vergangenheit noch physikalisch vorhanden. Die Zeit als Koordinate zu betrachten ist nur für die Mathematik sinnvoll, nicht für das Verständnis. So sehe zumindest ich das.

zu -3-
meines Wissens nach wurden Gravitonen noch nicht gefunden. Es ist auch unklar, ob es welche gibt. Die Gravitation wird in vielen Theorien deshalb auch immer wieder gerne mal als "höher" dimensional betrachtet.
Wenn man die Graviation als Krümmung des Raumes ansieht, wird sie zu einer Kraft anderer Art. Die anderen 3 Kräfte basieren ja auf sog. Austauschteilchen. Eine Raumeigenschaft benötigt das nicht. Ich denke, dies ist der Widerspruch, warum die Graviation bislang nicht "vereinheitlicht" wurde. Oder?
Martin

Zu beantworten, was Zeit oder Masse oder Energie oder Ladung im anschaulichen Sinne ist, wird wohl keiner können, ohne ins philosophische abzuschweifen. Wir besitzen einfach keine Sinnesorgane für Zeit oder Ladung. Die Zeit ist zwar eine Koordinate, hat in der Metrik aber einen kleinen aber feinen Unterschied zu den Raumkoordinaten, nämlich ein umgekehrtes Vorzeichen! Ich finde das auch nicht weiter tragisch, dass uns ein anschauliches Vertsändnis der Zeit fehlt. Man kann mit ihr wunderbar die Dinge berechnen und vorhersagen, das reicht dem Physiker.

Es stimmt schon, dass sich die Gravitation mit ihrer Rum-Zeit-Krümmungsinterpretation von den anderen Kräften grundlegend unterscheidet. Die Gravitation entspringt einer geometrischen Theorie, die anderen drei Kräfte der Eichtheorie.

Wenn die 4 Kräfte(*) beim Urknall aus der Materie 'kondensierten', so zumindest Lesch, dann sollte die Wiedervereinigung der Kräfte eine Null ergeben, oder eine Eins, oder nicht? Letztlich müsste sich alles zu einem angeknabberten Kreis(**) schließen. Daher meine Formel.

* Wenn es denn nur 4 Kräfte sind, was ich bezweifle. Möglicherweise sind in der Dunklen Materie und der Dunklen Energie bisher verborgene Grundkräfte, die den Kreis schließen würden.

** BauBraun's Erklärung, zugegebenermaßen voller farbiger Metaphern:
Wenn ich in der Quantenphysik aus einem leeren Obst- Korb einen Apfel herausnehme ist im Korb ein Anti- Apfel, wenn ich den Apfel wieder hineinlege ist er wieder leer. Das Universum entstand weil jemand bei diesem Experiment genascht hat , es entstand ein Ungleichgewicht, Materie entstand.
Also dürfte das bei den Kräften doch auch nicht anders sein, oder? Meiner bescheidenen Bauernschläue nach fehlt da noch was.

Ensthaftige Grüße vom BauBraun

Ich denke auch, dass es mit 4 Kräften nicht getan ist. Schauen wir uns die Austauschteilchen der Kräfte, die Austauschbosonen mal genauer an:

Elektromagnetische Wechselwirkung: Photon Spin 1

Starke Wechselwirkung: Gluon Spin 1

Schwache Wechselwirkung: W+/- und Z-Boson: Spin 1

Gravitation: Graviton Spin 2

Ich bin der Meinung, dass es mindestens noch eine Spin-0-Kraft geben muss!

Man muss sich doch wirklich fragen, ob es eine einzige "Weltformel" - sei sie auch noch so umfangreich - wirklich geben kann.

Stringtheorien oder Loop-Quantengravitation mögen vielleicht brauchbare Ansätze sein, könnten jedoch auch in einer Sackgasse enden.

Ich persönlich zweifle ein wenig an einer allumfassenden Formel. Die Gegensätze zwischen Mikro- und Makrokosmos sind m.E. einfach zu groß, als dass man sie unter einen Hut bringen könnte. Ja, braucht man denn unbedingt diese "Weltformel"? Ist unsere bisherige Physik nicht imstande, die Natur völlig richtig und korrekt zu beschreiben? Nur für die Schwarzen Löcher fehlt uns noch eine brauchbare Lösung, aber die wird vielleicht auch noch gefunden...

@gravi

Ich gebe Dir Recht, die Vereinigung von Mikro- und Makrokosmos ist eine verteufelt schwere Sache und stellt wohl die eigentliche Herausforderung dar. Aber ich stelle mir das vor wie einen Grenzübergang der Formel, in etwa n -> unendlich. Dieses Prinzip in der Quantenmechanik gibt es ja schon ansatzweise, dass für große Quantenzahlen ein verschmierter, kontinuierlich-klassischer Zustand erreicht wird.

Jedoch glaube ich auch, dass die Weltformel, sollte sie wirklich existieren, eher ein zierliches Gebilde ist. Man schaue sich den Ansatz für die allgemeine Relativitätstheorie an. Das Wegelement und das Wirkungsprinzip sind in einer kurzen Zeile niedergeschrieben. Die Folgerungen und das Ausrechnen von Konkretem füllt dagegen Bücher.

gravi hat geschrieben: Ja, braucht man denn unbedingt diese "Weltformel"? Ist unsere bisherige Physik nicht imstande, die Natur völlig richtig und korrekt zu beschreiben? Nur für die Schwarzen Löcher fehlt uns noch eine brauchbare Lösung, aber die wird vielleicht auch noch gefunden...

Naja, die Weltformel ist eben das, wonach die Physiker seit jeher jagen. Jetzt zu sagen, wir bräuchten sie ja eigentlich gar nicht, fände ich irgendwie doof, schon allein, weil damit ein Ziel verlorengeht, sei es nun erreichbar, oder nicht.
Also, ich finde, man muss auf jeden Fall so lange weiterforschen, bis man sie entweder entdeckt hat, oder bis man bewiesen hat, dass es keine gibt. Man kann doch nicht einfach mittendrin aufhören.

@breaker

Natürlich braucht man eine Weltformel. Der Physiker sucht immer nach dem Schönen und das Schöne in der Physik ist einfach und kann möglichst viel beschreiben und ist frei von jeder Willkür.

Und, die Physik ist keinesfalls in der Lage, alles zu beschreiben. Die Schwarzen Löcher sind da das kleinste Problem (neben den Makrokosmosfragen nach der dunklen Energie + Materie). Die Quantenphysik beinhaltet unendlich viele Fragezeichen:

- Wie kann man die Elementarteilchenmassen beschreiben?
- Warum gibt es nur 3 Teilchengenerationen oder gibt es mehr?
- Wie lässt sich die starke Wechselwirkung beschreiben? (Die SU(3) gibt nur qualitative Antworten)

und und und....

- Wie kann man die Elementarteilchenmassen beschreiben?

Ist das die Sache mit den Higgs-Teilchen? Das hab ich nie verstanden. Warum kann man nicht einfach sagen: "Dieses Teilchen hat einfach eine Masse" und gut. Wofür braucht man ein Higgs-Feld?

@breaker

Ja, das ist die Sache mit den Higgsteilchen, ein unschöner Klotz am Bein der Eichtheorien, weil völlig willkürlich konstruiert und mit zu vielen freien Parametern behaftet!

Das Higgsteilchen muss nach der Theorie eine verdammt hohe Masse haben (müsste selbst noch mal nachschlagen) und wird für die Generierung der Elementarteilchenmassen (Elektron, Quarks, Austauschteilchen usw.) verantwortlich gemacht.

Ich halte jedoch von diesem kranken Konstrukt nicht besonders viel!

Die Masse soll min. 58,4, max. etwa 600 GeV/c^2 betragen.

Mit Blick auf die Quantengravitation ist die Singularitätenfrage nicht uninteressant. Jedoch glaube ich schon, dass die Natur, bzw. die Physik, welche dieselbe zu beschreiben versucht, sehr gut mit Singularitäten auskommt. Bestes Beispiel ist die Quantenelktrodynamik, die Theorie mit den genauesten (und experimentelle abgesicherten) Vorhersagen. Die QED liefert immer ein paar Stellen hinterm Komma zusätzlich für die Experimentalphysiker

@tensor

ich meinte nicht Koordinatensingularitäten, die sind natürlich trivial (siehe Kugelkoordinaten), sondern z.B. die Singularität einer Punktladung. In der QED kann man mit dieser Singularität hervorragend rechnen. Bis jetzt sind alle detaillierten Vorhersagen durch das Experiment bestätigt worden und zwar mit einer ungalublichen Genauigkeit!

Hallo,

ich habe mich in den letzten Tagen auch mal an diesem Thema versucht (meistens mit den Anschauen von Videos von Prof. Lesch) - alleine der berühmt-berüchtigte Versuch von E. Schrödinger mit der armen Katze zeigt (wenn auch eher Philosophen Tür und Tor öffnend), dass zwischen der Realität und einem kleinen kalten abgeschirmten Atom Welten liegen.

Allerdings gibt es ja eine Art von Hoffnungsschimmer: Falls man eine Brücke zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie schlagen könnte, müsste man sich in der Planck-Welt wiederfinden. Auch zwischen Heisenbergscher Unschärferelation im Kleinen und Schwarzschildradius im Großen gibt es ja - zumindest ähnliche - Gleichnissse.

In einem alten Lehrbuch über Atomphysik ("Verständliche Atomphysik" von Karl-Heinz Biller, 1954, Verlag Neues Leben Berlin - Erbstück von meinem Großvater) hatte man die Welleneigenschaften von Elektronen noch nicht "akzeptiert" und machte die Energieniveaus in den Atomen hauptverantwortlich dafür, dass ein Elektron nicht in den Atomkern stürzt (Atommodel von N. Bohr). Hab das Buch zwar nicht entsorgt aber weit weggepackt

Gruß, Steffen

Bitte das Buch nicht entsorgen, es hat schon historischen Wert und es ist glaube ich zu köstlich, darin zu schmökern