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Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständig?

Einstein über die Schulter geschaut: Fragestellungen zur Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie, mathematische Methoden, Bedeutung und Interpretation
HelmutHansen
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Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständig?

Beitrag von HelmutHansen » 21. Mai 2012, 17:31

Ist die speziell-relativistische Beschreibung der Wirklichkeit unvollständig?


Am 20. Mai 1912 schrieb Albert Einstein an seinen Freund Heinrich Zangger, je mehr Erfolge die Quantentheorie habe, desto dümmer sähe sie aus – eine ebenso bemerkenswerte wie harsche Erklärung für einen Mann, der als der bedeutendste Physiker in die Geschichte des 20. Jahrhunderts eingehen sollte, denn der experimentelle Erfolg gilt in letzter Instanz als das eigentlich entscheidende erkenntnistheoretische Kriterium einer physikalischen Theorie.

Von diesem drastischen Vorbehalt gegenüber der Quantentheorie sollte Einstein zeit seines Lebens nicht mehr abrücken. Erst nach intensiven Auseinandersetzungen mit anderen Physikern, speziell mit Niels Bohr, räumte er widerstrebend ein, dass die Quantentheorie eine phänomenologisch erfolgreiche Theorie sei. Die Quantentheorie sei, wie er zugab, in der Lage, alle relevanten Phänomene auf eine zutreffende Weise zu beschreiben.

Dieses Eingeständnis hielt ihn jedoch nicht davon ab, die Quantentheorie mit Blick auf die Realität als Ganzes für unvollständig zu halten. Er war davon überzeugt, dass es gewisse Elemente der Realität gab, die durch sie nicht beschrieben werden konnten.

1935 glaubte er, gemeinsam mit seinen Kollegen Boris Podolsky und Nathan Rosen, solche Elemente entdeckt und die Unvollständigkeit der Quantentheorie „bewiesen“ zu haben. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? (Phys. Rev. 47, 777–780 (1935)).

Die Physiker waren durch Einstein’s beharrliche Kritik an der Quantentheorie mehr als irritiert. Robert J. Oppenheimer quittierte diese Hartnäckigkeit sogar mit den Worten, Einstein habe einen Vogel.

Heute wissen wir, dass diese Kritik Einsteins wesentlich durch das Festhalten an einem speziellen Realitätsbild begründet ist. So hielt Einstein den "Grundsatz der Lokalität" für ein unverzichtbares Element dieses Realitätsbildes.

Diesem Grundsatz zufolge sind zwei räumlich entfernte Ereignisse, von denen das eine das andere verursacht, auch zeitlich getrennt. Ursache dieser Trennung ist die Lichtgeschwindigkeit. Sie gilt, entsprechend der Speziellen Relativitätstheorie, als die maximale Geschwindigkeit, mit der sich Wirkungen ausbreiten können – und da sie endlich ist, wird Zeit benötigt, um räumlich getrennte Ereignisse miteinander zu »verbinden«. Eben diesem Grundsatz widerspricht die Quantenmechanik: Das von ihr beschriebene Realitätsbild ist nicht-lokaler Natur . Es zeigt, dass quantenmechanische Systeme auch dann signifikant korreliert bleiben, wenn sie räumlich getrennt sind. Einstein kritisierte diesen nicht-lokalen Aspekt der von der Quantentheorie beschriebenen Realität als „spukhafte Fernwirkung“.

Obwohl sich auch diese Kritik als experimentell haltlos erweisen sollte, sind die Physiker fast kollektiv darum bemüht, diesen Widerspruch zwischen Quantenmechanik und Spezieller Relativitätstheorie „herunterzuspielen“. Das häufig zitierte Standardargument lautet: Da die Quantenebene probabilitistischer Natur ist, lässt sich dieser nicht-lokale „Realitätskanal“ nicht für eine Signalübermittlung mit Überlichtgeschwindigkeit nutzen.

Doch die Existenz eines überlichtschnellen Übertragungsschemas ist damit nicht prinzipiell ausgeschlossen. Auch wenn miteinander verschränkte Teilchenpaare dem Zufallsdiktat der Quantenmechanik unterworfen sind, so bleiben sie so weit „in Kontakt“, dass, ganz gleich, was das eine tut, das andere es instantan ebenfalls tut. Dies würde, so der Physiker Brian Greene, den Gedanken nahe legen, dass es irgendein zwischen ihnen operierendes überlichtschnelles Etwas gibt. (Der Stoff, aus dem der Kosmos ist, S. 144)

Würden die Physiker mit der speziellen Relativitätstheorie psychologisch in derselben Weise verfahren, wie Einstein zeit seines Lebens mit der Quantenmechanik verfahren ist, dann müsste die entsprechende Gegenfrage zwangsläufig lauten:

Can Relativistic Description of Physical Reality Be Considered Complete?


Wenn man den nicht-lokalen Aspekt der Quantenmechanik auf die Existenz eines verborgenen überlichtschnellen Übertragungsschemas zurückführen würde, dann würde es sich bei der Speziellen Relativitätstheorie um eine unvollständige Theorie handeln.

Wir wären zwar – so wie einst auch Einstein – gezwungen, zuzugeben, dass die Spezielle Relativitätstheorie eine phänomenologisch sehr erfolgreiche Theorie ist, die alle Phänomene experimentell auf eine zutreffende Weise zu beschreiben gestattet, aber wir könnten – unter Berufung auf die faktisch erwiesenen nicht-lokalen Realitätselemente - mit derselben Hartnäckigkeit, mit der Einstein gegen die Quantenmechanik opponierte, gegen seine Theorie opponieren und deutlich machen, dass es Elemente der Realität gibt, die durch sie offenbar nicht beschrieben werden können.

Wenn wir diese Haltung einnehmen und für gerechtfertigt halten, dann drängt sich die Schlussfolgerung auf, dass es einen Zusammenhang zwischen Quantentheorie und spezieller Relativitätstheorie gibt, der weit über das uns bekannte Maß hinausgeht.

Seltsamerweise ist ein solcher inniger Zusammenhang bis heute nie systematisch untersucht worden. Es lässt sich zeigen, dass Einstein selbst maßgeblich zu dieser Entwicklung beigetragen hat. Es ist, wie Abraham Pais in seiner Einstein-Biographie konstatiert, ein auffälliger Zug von Einstein frühen wissenschaftlichen Schriften, dass er die Relativitätstheorie selbst dann von der Quantentheorie getrennt hielt, wenn es natürlich gewesen wäre, zwischen beiden einen Zusammenhang herzustellen. Diese Trennung sei bereits in seiner allerersten Arbeit über die Spezielle Relativitätstheorie offenkundig, in der er bemerkt hatte, dass sich die Energie und die Frequenz eines Lichtkomplexes nach demselben Gesetz mit dem Bewegungszustand des Beobachters ändern würde. Hier war, wie Pais betont, eine offensichtliche Gelegenheit, auf die Beziehung E = hf in seiner Arbeit über Lichtquanten zu verweisen, die er nur wenige Monate zuvor vollendet hatte, was Einstein jedoch nicht tat.

Es stellt sich daher die Frage: Hat Einstein’s frühester Widerstand gegen die Quantentheorie womöglich weit mehr zur Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie beigetragen als ihm selbst bewusst war? Hat sein bisweilen irrational wirkender Widerstand ihn womöglich in eine Theorieentwicklung getrieben, die sich später – mit seiner Suche nach einer einheitlichen Feldtheorie – als eine Sackgasse erweisen sollte?

Mit herzlichen Grüssen
Helmut

HelmutHansen
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 22. Mai 2012, 06:23

Yukterez

Du hast natürlich mit Deinen Ausführungen recht.

Es ging mir jedoch nicht um das Verhältnis zwischen Spezieller und Allgemeiner Relativitätstheorie, sondern um das Verhältnis zwischen Spezieller Relativitätstheorie und Quantentheorie. Dieses Verhältnis ist durchaus problematisch und aktuell. Es ist in der Tat, seit dem Nachweis nicht-lokaler Effekte, ein Thema moderner physikalischer Forschung.

Es ist sicherlich möglich, die Haltung einzunehmen, dass es ausreichend ist, wenn Quantentheorie und spezielle Relativitätstheorie friedlich nebeneinander koexistieren können, doch die Erfahrung lehrt, dass sich menschliches Wahrheitsstreben hierdurch nicht beruhigen lässt.

So hat Einstein die Position, dass der quantentheoretische Indeterminismus keiner weiteren Begründung bedürfe, als "Beruhigungsphilosophie" bezeichnet. Die von Dir eingenommene Haltung erinnert mich in sehr hohem Maße an eine solche Philosophie; eine Philosophie, die ich ausdrücklich nicht teile.

Ich bin vielmehr davon überzeugt, dass Nicht-Lokalität auf die Existenz eines verborgenen überlichtschnellen Übertragungsschemas hinweist, auch wenn ich einstweilen zur Verteidigung dieser Überzeugung nicht mehr vorzubringen vermag als philosophische Gründe.

Helmut

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 22. Mai 2012, 07:36

Ich denke, dass es zwei grundsätzliche Positionen gibt:
1) der Positivismus (und diverse Spielarten und andere -ismen) versucht, ohne Begriffe wie "Realität" usw. auszukommen und fokussiert sich ausschließlich auf Berechnungen, Vorhersagen von Phänomenen und experimentelle Überprüfungen; der Formalismus dient dabei rein pragmatisch als "Kochrezept" ohne Anspruch von "Wahrheit", "Realität" usw.; in seiner extremsten Form ist dies das Feynmansche "shut up and calculate"
2) der Platonismus (und diverse Spielarten) geht dagegen von einer "Realität hinter den Erscheinungen" aus, auch wenn dies möglicherweise nicht erkennbar sein mag

Beide Positionen haben nun ihre jeweils eigenen Probleme:
1) kann nicht erklären, warum die (mathematischen) Erklärungsmuster auf die Naturerscheinungen passen und warum sie insbs. extrapolierbar sind; Bsp.: die in den 20iger Jahren aufgestellte Quantentheorie hatte letztlich durch Dirac, Neumann etc. ihre endgültige mathematische Ausformulierung erfahren; interessanterweise sagt sie Phänomene voraus (und diese werden auch experimentell nachgewiesen!) ohne dass am grundlegendne Formalismus etwas geändert werden musste; dies ist ein starker Hinweis, dass dem Formalismus eben doch mehr "Realität" zukommt, als "nur" eine Art Kochrezept (wenn ein Koch heute ein Schweinebratenrezept aufschreibt, wird das morgen für Schwarzwälder Kirschtorte nicht mehr funktionieren - nicht einmal mehr in seinen Grundzügen); der Positivismus kann und will dieses Dilemma nicht lösen und lehtn die "warum"-Frage als ungültig ab.
2) Kant hat ja herausgearbeitet, in welcher Weise wir nur eingeschränkt hinter die Erscheinungen schauen können, in dem Sinne, dass jede von uns gesetzte "Realität" immer den Ballast unserer (mentalen) Konstruktion mit sich herumträgt; insofern ist eine "Realität hinter den Erscheinungen" nie "rein erkennbar"; das trifft nun sicher auf dier Mathematik zu (existieren Primzahlen unabhängig von unserer Anschauung?) auf die theoretische Physik (beschreibt die Wellenfunktion der QM die Realität?) auf die Experimentalphysik (existiert ein Quantenobjekt, oder ist nur das Ereignis im Detektor real?).

Ich denke, sowohl die Positionen 1) und 2) als auch die jeweiligen Probleme sind recht umfassend gültig und stellen die zentralen Diskussionsgegenstände der Metaphysik und der Erkenntnistheorie dar - insofern sich die Philosophen und Physiker nicht davonstehlen und die Fragen für unzulässig erklären ;-)

Einstein war nun einem bestimmten Realitätsbegriff verhaftet, der im Rahmen der Quantentheorie mathematisch beweisbar und experimentell überprüfbar falsch sein muss! Andererseits hat jedoch die QM, insbs. die Kopenhagener Schule, sich teilweise von einem umfassend gültigen Realitätsanspruch verabschiedet und gibt sich mit Teilaspekten zufrieden. Während der Kollaps der Wellenfunktion im Widerspruch zur SRT zu stehen scheint (er tut es nicht, da die Vorhersagen und Experimente der SRT nicht widersprechen - Achtung: Positivismus!) wird der Kollaps in der Kopenhagener Interpretation zu etwas Außerphysikalischem, das die QM gerade nicht erklärt.

Damit sind beide Positionen m.E. auch gar nicht unbedingt direkt vergleichbar und stehen auch nicht in einem direkten Widerspruch, sondern mogeln sich um ihre jeweils eigenen Probleme und die Diskussionspunkte herum. Die Kopenhagener Interpretation der QM weißt den Einsteinschen Realitätsbegriff um den Preis einer Einschränkung der Realität zurück, in dem sie den Kollaps als außerphysikalisch nicht zur Diskussion stellt. Einstein beharrt auf einem umfassenderen, an klassischen Konzepten orientierten Realitätsbegriff, obwohl dieser nachweislich (allerdings erst nach Einstein ;-) widerlegbar ist (Bell, Kochen-Specker u.a.).

Ich plädiere an dieser Stelle für eine Art „negativen Realitätsbegriff“; wir können die Wirklichkeit sozusagen umzingeln, einkreisen, befragen, auf die Probe stellen. Sie wird sich wehren, sie wird zu bestimmten Thesen „Nein“ sagen, sie wird bestimmte Interpretationen nicht zulassen usw. Insofern ist es tatsächlich so, dass die Physik nicht sagen kann, wie die Natur ist, sie kann allerdings zu verlässlichen Aussagen kommen, wie die Natur nicht ist.

Noch ein Nachsatz zur Frage „Hat Einstein’s frühester Widerstand gegen die Quantentheorie womöglich weit mehr zur Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie beigetragen als ihm selbst bewusst war?“ Sicher nein. Einsteins Widerstand gegen die QM entstand in den 20iger Jahren parallel zur Ausformulierung der „neuen“ QM. Seine eigenen Arbeiten zur „frühen“ QM und zur SRT datieren dagegen insbs. auf das erste Jahrzehnt. Zu Beginn der 20iger Jahre war die SRT (und letztlich sogar die ART) abgeschlossen und musste nur noch angewandt werden. Im Rahmen der „frühen“ QM waren die später von Einstein abgelehnten probabilistischen Züge jedoch noch nicht erkennbar.
Gruß
Tom

«Hier konnte niemand sonst Einlaß erhalten, denn dieser Eingang war nur für dich bestimmt. Ich gehe jetzt und schließe ihn.»

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 22. Mai 2012, 12:40

Die hier von TomS geschilderte Vorgehensweise - die Natur/Wirklichkeit verschiedenen Fragestellungen auszusetzen, um sie zu entsprechenden Antworten zu nötigen - entspricht zweifellos allgemeiner Wissenschaftspraxis. Letztlich ist auch die Quantenmechanik auf diese Weise entstanden: im engen Wechselspiel zwischen Theorie und Praxis.

Ich möchte allerdings an das von mir gemachte Eingangszitat erinnern, wonach Einstein bereits 1912 - in einem Brief an H. Zangger - erklärt hat, dass ihm die Quantentheorie umso dümmer vorkomme, je erfolgreicher sie sei. Einsteins Widerstand gegen die Quantentheorie ist also nachweislich nicht erst in den 20er Jahren erwacht, sondern schon sehr viel früher. Es ist daher auch durchaus denkbar, dass seine Vorbehalte gegenüber der frühen Quantentheorie schon die Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie mehr beeinflusst haben könnte als wir dies gegenwärtig wahrzunehmen vermögen.

Was diese Annahme stützt, ist der Umstand, dass Einstein seine Lichtquantenhypothese bereits einige Monate vor der Speziellen Relativitätstheorie (i.e. seiner Elektrodynamik bewegter Körper) veröffentlicht hat. Als er dann in den darauffolgenden Monaten - im Zuge der Entwicklung der SRT - neuerlich auf diese Hypothese stieß, verzichtete er jedoch darauf, einen Zusammenhang zur Speziellen Relativitätstheorie herzustellen, obwohl es, wie der Physiker Abraham Pais in seiner Einstein-Biographie „Raffiniert ist der Herrgott ...“ betont, natürlich gewesen wäre, einen solchen Zusammenhang herzustellen.

Tatsächlich hatte Einstein entdeckt, dass sich die Energie eines „Lichtkomplexes“ (i.e. das in einem Volumen vorhandene elektromagnetische Feld) nicht nur nach demselben Gesetz transformierte wie die Frequenz (i.e. Proportionalität von Energie und Frequenz), sondern dass es das gleiche Transformationsgesetz (i.e. die Lorentz-Transformation) war, was er in seinem kinematischen Teil hergeleitet hatte. (Siehe: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, S. 914)

Dass er um die Bedeutung dieser Entdeckung wusste, darf man annehmen, denn er bezeichnete sie selbst als „bemerkenswert“. Gleichwohl hat er in seiner Elektrodynamik mit keinem Wort darauf Bezug genommen, dass es offenbar einen Zusammenhang zwischen Lorentzinvarianz und Quantenhypothese gab.

Wir können natürlich nur darüber spekulieren, warum er darauf verzichtete, auf diesen Zusammenhang explizit hinzuweisen. Pais zufolge muss Einstein das Relativitätsprinzip in einem solchen Ausmaß als erwiesene Wahrheit empfunden haben, dass ihm die provisorische Quantentheorie noch nicht reif genug, vielleicht aber auch nicht wertvoll genug schien, um mit Argumenten aus der speziellen Relativitätstheorie in Kontakt gebracht zu werden. (Pais, ebenda S. 470).

Dass Einstein mit diesem Verzicht eine wegweisende Entscheidung für die Physik der kommenden Jahrzehnte getroffen haben könnte, ist angesichts der Entwicklung, die die Physik dann genommen hat, kaum noch zu erkennen. Gleichwohl spüren wir – wenn wir die wissenschaftshistorische Entwicklung von 1905 bis 1928 verfolgen – die durch diese Entscheidung begründeten Bruchstellen und Spannungen. So erwies sich die Vereinheitlichung von Speziellen Relativitätstheorie und Quantentheorie später als ein außerordentlich herausforderndes Unternehmen mit kaum zu bewältigenden Widersprüchen.

Da es den Physikern jedoch am Ende gelang, eine sehr leistungsfähige Theorie (i.e. die QED) auf die Beine zu stellen, sind die wissenschaftstheoretischen Folgen des Einstein’schen Verzichtes heute so wenig spürbar, dass man hierin – so wie es Pais tat – kaum noch einen auffälligen Zug von Einsteins frühen wissenschaftlichen Schriften erkennen kann.

Doch dieser Eindruck ändert sich dramatisch, wenn man annimmt, dass die Lorentzinvarianz gar nicht einer Begründung durch das von Einstein formulierte Relativitätsprinzip bedarf, sondern dass sie in realiter eine intrinsische Eigenschaft der Quantenmechanik ist.

Hält man diese Annahme für denkbar, dann könnte Einsteins Vorbehalt gegenüber der Quantentheorie die Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie sehr wohl maßgeblich beeinflusst haben – und mit ihr die gesamte Geschichte der Physik, denn die Lorentzinvarianz ist eine der zentralen Symmetrien der modernen Physik. Ihre exklusive Verknüpfung mit dem speziellen Relativitätsprinzip bringt erkenntnistheoretische Forderungen, wie z.B. die Forderung, physikalische Theorien müssten dem Grundsatz der Lokalität genügen, ins Spiel, die möglicherweise physikalisch restriktiver sind als sie sein müssten.

Gruss
Helmut

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seeker
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von seeker » 22. Mai 2012, 23:45

Hallo Helmut,

zunächt möchte ich noch einmal sagen, dass mir dein geschichtlicher Blick auf die Physik gut gefällt und sich erfrischend und interessant liest.
Das ist mal eine neue Perspektive, die wir so noch nicht im Forum hatten. Danke dafür!
(Natürlich lässt sich auch da über Details unterschiedlicher Meinung sein. Darum geht es mir hier gar nicht. Es geht mir darum, dass wir nun auch diese Perspektive kennenlernen.)

Nun zu den anderen Dingen:

Ich stimme dir zu, wenn du vermutest, dass die QM grundlegender als die RT ist. Wahrscheinlich werden diesem Punkt viele Leute zustimmen.

Die Sache mit Einstein ist nun schon ein paar Jahre her. Du kannst sicher sein, dass in den Jahrzehnten danach sehr viele Denker, Querdenker und Andersdenker die RT theoretisch und experimentell von allen Seiten abgeklopft haben und nach Angriffsstellen gesucht haben - und zwar sicher zumindest zum Teil auch völlig unabhängig davon, was Einstein gesagt, getan oder gewollt hat. So funktioniert nunmal Wissenschaft: Sie lebt vom Zweifel.
Bis heute hat die RT all das überlebt. Falls es also noch Lücken gibt, dann müssen die von sehr spezieller, verborgener Natur sein und mit hoher Wahrscheinlichkeit mit der QM zu tun haben (bzw. mit einer GUT).
Bis hierher wirst du mir vermutlich zustimmen.

Das Lokalitätsprinzip haben wir kürzlich wieder in dem gerade aktiven QM-Thread auch angesprochen. Vielleicht hast du da mitgelesen:

Es sieht so aus, als ob das Lokalitätsprinzip nur dann gilt, wenn Informationen übertragen werden sollen.
Nicht-Information (was immer das auch sein mag und wenn man es so ausdrücken will) kann aber mit effektiv unendlich großer Geschwindigkeit, also instantan übertragen werden bzw. zwei Ereignisse verbinden - zumindest stellt es sich so dar, als ob es so wäre bzw. kann so interpretiert werden.
Mit den verschiedenen Interpretationen wirst du vermutlich auch vertraut sein.
In diesem Zusammenhang fragt es sich, was "Information" und "Realität" denn wirklich sind oder zumindest, was diese Begriffe meinen oder meinen sollten.
(Das wäre ein Ansatzpunkt.)

Nun hat man schon alles Mögliche versucht, um c als Grenzgeschwindigkeit experimentell abzuklopfen. Gefunden hat man nur wenig:

Es gibt diese Tunnelexperimente (z.B. von Herrn Nimtz), deren Interpretation aber strittig ist und bei der zumindest sehr viel Information verlorengeht um nur ein klein wenig Information zu übertragen.

Es gibt die spukhafte Fernwirkung, die aber dem Prinzip der "Lokalität von Information" nicht widerspricht.

Überraschenderweise gibt es noch eine weitere, aber kleine Lücke: Haben Photonen eine Ruhemasse?
Das wird tatsächlich auch heute noch untersucht. Das Problem dabei scheint mir zu sein, dass ein Nachweis "m(Photon) = exakt Null" gar nicht experimentell möglich ist. Man konnte das aber schon sehr eingrenzen und nachweisen, dass eine evtl. Ruhemasse von Photonen (falls existent) sehr sehr klein sein muss.
Immerhin: Sollten Photonen auch nur eine minimalste Ruhemasse ungleich Null haben, so würden sie sich nicht mit der Grenzgeschwindigkeit dieses Universums bewegen und ich glaube sogar: In dem Fall gäbe es ein BS, in dem Photonen ruhen (was aber wiederum sehr problematisch wäre, weil es nicht nur der derzeitigen Fassung der RT, sondern auch Maxwell widersprechen würde). Daher glaubt daran m.E. niemand so wirklich, aber man weiß nie...

Weiterhin kennt man bisher kein Teilchen, das sich mit >c bewegt (von der Neutrino-Sensationsmeldung möchte ich im Moment mal absehen, das war vermutlich eine Ente).

Tachyonen? Man hat keine gefunden. Sie müssten sich auch rückwärts in der Zeit bewegen. Wobei ich mir da nicht sicher bin, ob man die theoretischen Schlussfolgerungen aus der RT hier zu weit treibt. Denkbar wäre für mich auch, dass die gegenwärtige SRT bei V>c ihre Gültigkeit verliert und sich solche Teilchen daher dennoch vorwärts in der Zeit bewegen könnten. Aber da stecke ich zu wenig drin, um das wirklich klar begründen zu können. Wie gesagt: Man hat sowieso nichts gefunden.
Ansonsten bleiben aus experimenteller Sicht nur noch exotische Teilchen, die praktisch nicht wechselwirken.

Du siehst: Das wird schwierig. Wo soll man noch suchen?

Was an der RT (u.a.) fehlt? Sie erklärt nicht, warum ausgerechnet 299.792,458 km/s die Grenzgeschwindigkeit des Universums ist und nicht irgendein anderer Wert oder gar kein Wert.

Beste Grüße
seeker
Grüße
seeker


Mache nie eine Theorie zu DEINER Theorie!
Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

HelmutHansen
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 23. Mai 2012, 08:06

Lieber Seeker,

vielen Dank für das Lob. Tatsächlich interessieren mich die menschlichen Geschichten hinter den Gleichungen ebenso sehr wie die Gleichungen selbst – vielleicht manchmal sogar mehr, was, wie ich zugeben muss, sicherlich auch meinem Mangel an formaler Ausbildung zuzuschreiben ist. Geschichten über Menschen sind allgemein zugänglicher als komplizierte Gleichungen höherer Ordnung.

Was Deine experimentelle Bilanz bezüglich der SRT anbelangt, hast Du zweifellos recht. Es wäre unsinnig, dagegen zu argumentieren. Aber das wirklich bemerkenswerte ist, dass man ungeachtet dieser unbestreitbaren Erfolgen mit Blick auf die SRT ebenso all jene Empfindungen haben kann, die Einstein mit Blick auf die Quantentheorie hatte. Um ein besonders drastisches Beispiel zu nennen, könnte man – in Anlehnung an Einstein’s Bemerkung seinem Freund H. Zangger gegenüber – erklären, dass die SRT umso dümmer erscheint, je erfolgreicher sie ist. Das hätte Einstein sicherlich nicht gefallen, so wenig wie es anderen Physikern gefallen hat, dass er gegenüber der Quantentheorie zeit seines Lebens so schroff eingestellt war.

Der Physiker Lewis Carroll Epstein hat in seinem Buch „Relativitätstheorie – anschaulich dargestellt“ die Ursache dieses Empfindens auf eine sehr eindrückliche Weise eingefangen.

Die von ihm geäußerte Kritik ist in der Tat die vielleicht am häufigsten genannte Kritik an der SRT: Die Tatsache, dass Einstein Raum und Zeit gerade so modifizierte, dass sie zu dem Faktum der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit passte, erschien sogar manchem konservativen Physiker als eine höchst verdächtige Vorgehensweise.

Epstein gibt dieser Kritik eine sehr anschauliche Form: Epstein sagt, Einstein habe darauf verzichtet, zu erklären, warum die Lichtgeschwindigkeit immer dieselbe ist. Dieser habe nicht im Verständnis des Lichtes selbst das Problem gesehen, sondern in dem Begriff der Geschwindigkeit. Da Geschwindigkeit der Quotient aus einem Raummaß und einem Zeitmaß ist, sei Einstein, wie Epstein ausführt, zu der Überzeugung gekommen, dass irgend etwas an den Grundvorstellungen von Raum und Zeit geändert werden muss.

Dies sei jedoch, wie Epstein nachdrücklich betont, im allgemeinen keine sinnvolle Lösungsstrategie. Er beschreibt dies in recht drastischen Worten:

„Wenn bei einer Sache ein Problem auftritt, was ist dann meistens die Ursache? Das, was am ehesten schief gehen kann. Wenn der Staubsauger nicht läuft, woran liegt es dann in der Regel? Er kriegt keinen Strom. Kaum ein normaler Menschen wird auf die Idee kommen, die Kupferwicklung des Motors hätte sich aufgedröselt. Wenn irgendwo im Haus eine Tür nicht richtig schließt, kann man zweierlei machen. Man kann die Tür abhobeln oder Ringe in den Angeln unterlegen, man kann aber auch das ganze Haus mit Hilfe von Hydraulikpressen, die auf den Fundamenten aufsitzen, so lange anheben oder leicht kippen, bis die Tür wieder schließt. Wenn ein solches Vorhaben überhaupt gelingt, werden anschließend selbstverständlich alle Fenster und die übrigen Türen des Hauses klemmen. Somit erweist sich dieser Versuch als ziemlich aussichtslos.“

Einstein sei jedoch genau so vorgegangen, weswegen Epstein in der SRT auch die Realisierung eines verrückten Plans sieht; einen Plan, den er – wie folgt - beschreibt: „Raum und Zeit sind die Fundamente der Physik. Sie liegen jedem Aspekt der Physik zugrunde: der Mechanik, Thermodynamik, Elektrizität und dem Magnetismus ebenso wie der Optik. Aber nur in der Optik und nur in einem ihrer Teilbereiche - der Lichtgeschwindigkeit - gab es das Problem. Nehmen wir an, Raum und Zeit ließen sich ebenfalls anhebeln, um das Problem der Lichtgeschwindigkeit zu lösen. Wie könnte dann die neue Auffassung von Raum und Zeit mit all den übrigen Aspekten der Physik in Übereinstimmung gebracht werden, die bislang reibungslos funktionierten. Das Herumfummeln an Raum und Zeit bedeutete das Öffnen einer Büchse der Pandora, angefüllt mit einer Vielzahl unvorhergesehener Folgen.“

Angesichts dieser massiven Kritik fragt man sich unwillkürlich, welche Lösung denn Epstein selbst vorgezogen hätte. Auch hierauf gibt er eine Antwort: „Wäre ich 1900 ein Naturwissenschaftler gewesen, so hätte ich versucht, mir selbst etwas so Verrücktes wie das Licht auszudenken, um erklären zu können, warum dessen Geschwindigkeit immer dieselbe zu sein scheint. Ich hätte mir vielleicht überlegt, wenn die Geschwindigkeit des Lichtes etwas Merkwürdiges an sich hat, dann muss auch das Licht selbst eine Absonderlichkeit aufweisen. Eine Seite zuvor hat er den Leser wissen lassen, was er für einen möglichen absonderlichen Aspekt des Lichtes hält: Es ist in der Tat der Welle-Teilchen-Dualismus. Und ich denke, dass er damit richtig liegt...

Eben dies ist der Kern meiner These: Die Lichtgeschwindigkeit ist ebenso janusköpfig wie das Licht selbst, d.h. sie liegt geometrisch in zwei Versionen vor.

Die Tatsache, dass die beiden geometrischen Matrizen von einem gewissen mathematischen Standpunkt aus ununterscheidbar sind, erklärt, warum die SRT so erfolgreich ist, denn kraft des Relativitätsprinzips ist es möglich, beide Gesichter der Lichtgeschwindigkeit auf einen Schlag zu erfassen (wenn auch nicht in der letztgültigen Weise).

Dass viele Physiker in der SRT einen Geniestreich Einstein’s sahen und sehen, ist – so verstanden – mehr als begründet: Es war und es ist ein Geniestreich! Durch das spezielle Relativitätsprinzip war es Einstein möglich, die Lichtgeschwindigkeit c offenbar so abzubilden, dass ihrem verborgenen dualen quantenmechanischen Kern Genüge getan war. Und genau in diesem geglückten Geniestreich liegt das Problem: Er macht es fast unmöglich, hinter die Kulissen zu blicken. Er liefert - von experimenteller Warte her - ein Hochglanzbild von der Wirklichkeit. Dieses Bild ist so überzeugend, dass wir ihm glauben, während es in Wahrheit eine Täuschung ist.

Es ist klar, dass sich diese These von der Dualen Parametrisierung der Lichtgeschwindigkeit am Ende experimentell unter Beweis zu stellen hat. Auch wenn mir hierzu noch ein schlüssiger Beweis fehlt, so lässt sich jedoch eines schon jetzt sagen: Selbst arrivierte Experimentalphysiker, wie z.B. A. Brillet, geben zu, dass dies eine originelle Idee sei.


Immerhin...


Referenz: A. Brillet and J. Hall, Improved Laser Test of the Isotropy of Space. Physical Review Letters, Bd. 42 (1979), S. 549 - 552

Persönlich habe ich keinerlei Zweifel daran, dass diese Idee richtig ist - und deswegen bin ich bemüht, von ihr mit den bescheidenen intellektuellen Mitteln, die mir zur Verfügung stehen, ein immer klareres Bild zu zeichnen.

Mit herzlichen Grüssen
Helmut

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 23. Mai 2012, 08:51

Eine historische Anmerkung: die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen (die durch Lorentz-, nicht Galilei-Transformation auseinander hervorgehen) folgte bereits Jahrzehnte vor Einstein aus der Dynamik des el.-mag. Feldes, d.h. den Maxwellschen Gleichungen. Einstein hat sozusagen 'nur' den geometrischen Rahmen eingeführt bzw. herausgearbeitet, der in den Maxwellschen Gleichungen bereits ohnehin verborgen war. Aus den Maxwellschen Gleichungen folgt letztlich in einfacher mathematischer Weise, dass eine punktförmige Anregung des el.-mag. Feldes (wie ein Stein, der ins Wasser fällt) zu einer sich mit v=c ausbreitenden Kugelwelle führt. Mehr kann die Physik hier nicht leisten:
a) eine Theorie präsentieren, die experimentell überprüfbare Vorhersagen macht (Maxwellsche Theorie, SRT)
b) einen konzeptionell möglichst einfachen und eleganten Rahmen dafür schaffen (Minkowski-Raumzeit, Eichtheorie) - evtl. eingedenkt Ockhams razor

Anmerkung: Einsteins Ablehnung der Quantentheorie um 1912 kann sich nur auf einen völlig überholten Status derselben beziehen; zu diesem Zeitpunkt gab es gerade einmal das Bohrsche Modell, von Wellenfunktionen, Wahrscheinlichkeitsinterpretation derselben, verschränkten Zuständen, Nichtlokalität usw. war damals nicht die Rede. Das ist so, wie wenn sich jemand über den mangelnden Komfort bei Fernreisen beklagt, und man im nachhinein feststellt, dass er die Postkutsche im 19 Jh. meinte, nicht aber den Airbus A 380. Wenn dieser Mensch einige hundert Jahre lebt und im hohen Alter Flugangst bekommt, sollte man dennoch die beiden Kritiken nicht miteinander vermischen, die haben nicht wirklich etwas miteinander zu tun. Die einzige Konstanz scheint zu hier sein, dass sie von der selben Person geäußert wurden.

Zur Unvollständigkeit der SRT: Die SRT ist im Sinne der modernen Physik nicht wirklich unvollständig. Sie enthält zwar nicht die Quantenaspekte der Natur, aber sie widerspricht diesen auch nicht. Im Gegenteil: die moderne Quantenfeldtheorie als Erweiterung der Quantenmechanik basiert explizit auf mathematischen und geometrischen Methoden der SRT. Das ist also in etwa so wie wenn man Newtons Mechanik als unvollständig bezeichnet, weil sie keine Flugzeuge 'enthält'. Nun ja, das tut sie in ihrer ursprünglichen Formulierung nicht explizit, allerdings dient sie dem modernen Flugzeugbau durchaus als vollständiges (!) mathematisches Rüstzeug. Die Unvollständigkeit, über die hier diskutiuert wird, steckt im engeren Sinne nicht in den physikalischen Theorien (SRT, QM) sondern in deren ontologischen Interpretationen. Das sollte man streng außeinanderhalten!
Gruß
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von Hawkwind » 23. Mai 2012, 11:52

HelmutHansen hat geschrieben: ...
Epstein gibt dieser Kritik eine sehr anschauliche Form: Epstein sagt, Einstein habe darauf verzichtet, zu erklären, warum die Lichtgeschwindigkeit immer dieselbe ist. Dieser habe nicht im Verständnis des Lichtes selbst das Problem gesehen, sondern in dem Begriff der Geschwindigkeit. Da Geschwindigkeit der Quotient aus einem Raummaß und einem Zeitmaß ist, sei Einstein, wie Epstein ausführt, zu der Überzeugung gekommen, dass irgend etwas an den Grundvorstellungen von Raum und Zeit geändert werden muss.

Dies sei jedoch, wie Epstein nachdrücklich betont, im allgemeinen keine sinnvolle Lösungsstrategie. Er beschreibt dies in recht drastischen Worten:

„Wenn bei einer Sache ein Problem auftritt, was ist dann meistens die Ursache? Das, was am ehesten schief gehen kann. Wenn der Staubsauger nicht läuft, woran liegt es dann in der Regel? Er kriegt keinen Strom. Kaum ein normaler Menschen wird auf die Idee kommen, die Kupferwicklung des Motors hätte sich aufgedröselt. Wenn irgendwo im Haus eine Tür nicht richtig schließt, kann man zweierlei machen. Man kann die Tür abhobeln oder Ringe in den Angeln unterlegen, man kann aber auch das ganze Haus mit Hilfe von Hydraulikpressen, die auf den Fundamenten aufsitzen, so lange anheben oder leicht kippen, bis die Tür wieder schließt. Wenn ein solches Vorhaben überhaupt gelingt, werden anschließend selbstverständlich alle Fenster und die übrigen Türen des Hauses klemmen. Somit erweist sich dieser Versuch als ziemlich aussichtslos.“
...
Letztlich geht es in der Physik um die Erklärung von Beobachtungen und die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist so eine Beobachtung.
Die Berücksichtigung einer solchen Beobachtung ist nicht "töricht", nur weil sie nicht den "Vorurteilen" von Epstein entspricht.
Da helfen all seine Polemik und unangemessene Vergleiche mit dem Staubsauger nichts. :)

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 23. Mai 2012, 12:25

Vielen Dank für die scharfsinnigen Anmerkungen.

Zum Historischen:
Ich denke, dass es in diesem Fall – wie auch von TomS selbst herausgestellt – von Bedeutung ist, dass es 1912 wie auch 1925 und später ein- und dieselbe Person ist, die ihre Schwierigkeiten mit der sich entwickelnden Quantentheorie zum Ausdruck gebracht hat, nämlich Einstein – und dass seine Haltung gegenüber dieser Theorie die Entwicklung der SRT maßgeblich beeinflusst hat.

Nachlesbar ist dies in seinem Aufsatz Autobiographisches in Schilpp’s Sammelband: Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher. Dort schildert Einstein in seinem Nekrolog, dass ihm schon kurz nach 1900, also kurz nach der Veröffentlichung von Planck's Strahlungsformel, klar geworden sei, dass weder die Mechanik noch die Elektrodynamik exakte Gültigkeit beanspruchen konnten.

Bei dem Versuch, die wahren Gesetze durch auf bekannte Tatsachen sich stützende konstruktive Bemühungen herauszufinden, sei er nach und nach in Verzweifelung geraten. An einem speziellen Punkt sei er dann zu der Überzeugung gelangt, dass nur die Auffindung eines allgemeinen formalen Prinzips zu gesicherten Ergebnissen führen könnte. Dies war der Geburtsgedanke des speziellen Relativitätsprinzips.

Wie diese persönliche Schilderung Einsteins zeigt, hat bereits die Entdeckung der Quanten durch Planck im Jahre 1900 die Entwicklung der speziellen Relativitätstheorie maßgeblich beeinflusst. Es bedurfte also weder der expliziten Kenntnis nicht-lokaler Zustände noch war das Wissen um den inhärenten Indeterminismus der späteren Quantenmechanik vonnöten.

Zum Physikalischen: Dass die Quantenfeldtheorie, insbesondere die QED, ganz explizit auf den geometrischen und mathematischen Methoden der SRT basiert, ist - wie ich behaupten möchte - gerade die tiefere Ursache für die nach wie vor ungelöste Unvereinbarkeit von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie.

Man kann sich natürlich auf den Standpunkt stellen, dass die QED experimentell außerordentlich erfolgreich ist. Es gibt jedoch Physiker, die nach wie vor das Gefühl haben, dass mit der Renormierung unendlicher Größen die eigentlichen Schwierigkeiten unter den Teppich gekehrt sind. Paul Dirac – einer der Urväter dieser Theorie - hat deutlich gemacht, dass es zwar Sinn macht, kleine und sehr kleine Größen für vernachlässigbar zu halten, es sei aber unhaltbar, unendlich große Größen einfach unter den Tisch fallen zu lassen. Er lehnte daher das Renormierungsverfahren zeit seines Lebens ab.

Die von TomS formulierte These, wonach die Unvollständigkeit nicht den physikalischen Theorien (SRT, QM) anzulasten sei, sondern deren ontologischen Interpretationen, ist meines Erachtens nicht zielführend, denn Ontologie ist ja mit dem befasst, was ist. Daher gilt: Wenn eine Theorie ontologisch unvollständig ist, dann ist sie auch physikalisch unvollständig. Sie bildet gewisse Aspekte der physikalische Realität nur unvollständig ab.

In diesem Fall ist es allerdings, wie ich unumwunden einräume, außerordentlich schwierig, diesen Nachweis der Unvollständigkeit in physikalischer Hinsicht zu führen, denn die SRT, die QM wie auch QED sind experimentell außerordentlich erfolgreiche Theorien.

Deswegen kann die Suche nach vermeintlichen Lücken im Weltbild der modernen Physik zweifellos in einer Don Quichotterie enden. Beispiele dafür gibt es genug... Es ist daher in der Tat ein Wagnis, sich auf eine solche Suche begeben..

Gruss
Helmut

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 23. Mai 2012, 17:35

Hawkwind:

Deine Kritik an C.L. Epstein ist unberechtigt. Tatsächlich ist er von der SRT ebenso überzeugt wie Du es bist. Wenn der Eindruck entstanden ist, er sei ein entschiedender Kritiker dieser Theorie, dann liegt das an der von mir getroffenen Auswahl.

Epstein's Buch "Relativitätstheorie - anschaulich dargestellt" ist ganz entschieden der Aufgabe gewidmet, die SRT einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Das würde er sicherlich nicht tun, wenn er nicht von ihrer Gültigkeit überzeugt wäre.

Dennoch entstammt die von mir getroffene Auswahl aus seiner Feder. Es ist also keine allzu freie Auslegung seiner Kritik im Spiel.

Es gab jedoch eine Begegnung zwischen Werner Heisenberg und Albert Einstein, die Epstein's Kritik an der SRT in einem sehr viel milderen Licht erscheinen lässt. In dieser Begegnung rechtfertigt Heisenberg seine Matrizenmechanik mit dem Hinweis, dass er bestrebt war, nur solche Größen in seine Theorie aufzunehmen, die beobachtet werden konnten. Er war daher überrascht, dass Einstein diese Vorgehensweise kritisierte, obwohl er ihr bei der Entwicklung der SRT selbst gefolgt. Einstein antwortete daraufhin: "Vielleicht habe ich diese Art von Philosophie benützt, aber sie ist trotzdem Unsinn." Es sei, wie er weiter ausführte, vom prinzipiellen Standpunkt aus ganz falsch, eine Theorie nur auf beobachtbare Größen gründen zu wollen, denn in Wirklichkeit sei es genau umgekehrt: "Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann."


Daher gebe ich zu bedenken, ob das Beispiel mit dem Staubsauger nicht vielleicht sogar von Einstein selbst hätte stammen können...

Gruss
Helmut

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 23. Mai 2012, 18:39

HelmutHansen hat geschrieben:... nämlich Einstein – und dass seine Haltung gegenüber dieser Theorie die Entwicklung der SRT maßgeblich beeinflusst hat.
Sicher nein. Die SRT war 1905 mit einem Paper letztlich abgeschlossen.
HelmutHansen hat geschrieben:Wie diese persönliche Schilderung Einsteins zeigt, hat bereits die Entdeckung der Quanten durch Planck im Jahre 1900 die Entwicklung der speziellen Relativitätstheorie maßgeblich beeinflusst.
Einstein selbst wurde sicher beeinflusst, die SRT selbst strukturell sicher nicht, denn
- diese war implizit bereits seit Jahrzehnten in der Maxwellschen Theorie vorhanden
- andere Physiker wie Lorentz, Poincare und später Hilbert (ART - Mathematiker) waren von der QM sicher nicht beeinflusst
HelmutHansen hat geschrieben:Es bedurfte also weder der expliziten Kenntnis nicht-lokaler Zustände noch war das Wissen um den inhärenten Indeterminismus der späteren Quantenmechanik vonnöten.
Doch. Um 1900 - 1912 kritisiert Einstein die Postkutsche, 1925 dann den Airbus. Einstein in allen Ehren, aber die Zeit für die SRT war 'reif'. Sie wäre auch ohne Einstein in diesen Jahren gefunden worden.
HelmutHansen hat geschrieben:Dass die Quantenfeldtheorie, insbesondere die QED, ganz explizit auf den geometrischen und mathematischen Methoden der SRT basiert, ist - wie ich behaupten möchte - gerade die tiefere Ursache für die nach wie vor ungelöste Unvereinbarkeit von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie.
Jein. OK, zunächst ja! Aber man kennt inzwischen Methoden, QFTs auf gekrümmten Mannigfaltigkeiten sowie die ART selbst zu quantisieren. Die Unvereinbarkeit ist heute eher ein technischen und mathematisches Problem sowie ein Problem der fehlenden experimentellen Überprüfbarkeit, jedenfalls kein konzeptionelles Problem
HelmutHansen hat geschrieben:Die von TomS formulierte These, wonach die Unvollständigkeit nicht den physikalischen Theorien (SRT, QM) anzulasten sei, sondern deren ontologischen Interpretationen, ist meines Erachtens nicht zielführend, denn Ontologie ist ja mit dem befasst, was ist. Daher gilt: Wenn eine Theorie ontologisch unvollständig ist, dann ist sie auch physikalisch unvollständig. Sie bildet gewisse Aspekte der physikalische Realität nur unvollständig ab.
Du weißt aber ohne Theorie gar nicht, was real "ist". Du hast weder Begriffe und Definitionen, noch Experimente, um das, was "ist", einzukreisen, wenn du keine Theorie formulieren kannst. Du kannst die Realität nicht "außerhalb" einer Theorie formulieren. Was ich sagen wollte ist, dass es zwei Ebenen gibt, nämlich die Defintion dessen, was gemäß einer Theorie minimal "real ist" (QM: Observable, Eigenwerte, Messwerte, ...) und dem, was du "on top" hineininterpretierst (Trajektorie, Wellenfunktion und/oder Zustand, Eigenschaften/Attribute ohne Messung, ...). In diesem Sinne bezieht sich die Unvollständigkeit eben eher auf letzteres.

Gemeinhin nimmt man an, dass ein klassisches Objekt gleichzeitig definierten Ort und Impuls "hat". Das ist aber nicht nachprüfbar; jede Messung oder Beobachtung stört das Objekt. Es ist nur so, dass die Annahme der gleichzeitigen Existenz von scharfem Ort und Impuls in der klassischen Mechanik nicht zu einem Widerspruch führt bzw. dass dafür keine experimentelle Widerlegung existiert. Darsu kann jedoch logisch nicht gefolgert werden, dass tatsächlich eine gleichzeitige Existenz vorliegt. In der QM kann dieser Widerspruch konstruiert werden. Insofern ist die QM restriktiver als die klassische Physik, was sie an "realer Existenz" zulässt. Daraus folgt aber doch nicht, dass das, was nach der klassischen Physik existieren könnte, auch zwangsläufig existiert. Insofern erscheint die QM unvollständiger als die klassische Physik - aber diese ist nicht der Maßstab, sondern die eigtl."Realität". Wir können uns diese nach zwei Gesichtspunkten "konstruieren" oder denken, dem klassischen oder dem quantenmechanischen. Wir können experimentell nicht belegen, dass die Realität ihre "klassischen Möglichkeiten" bzgl. "Existenz" ausschöpft. Wir können aber beweisen, dass die Realität ganz konkret gewissen klassischen Vorstellungen widerspricht. Die Konsequenz kann dann sein, dass man seine klassisch konstruierte Vorstellung bzgl. "Existenz" bzw. "Realität" reduziert.

Ich wiederhole nochmal, was ich oben geschrieben habe: Ich plädiere an dieser Stelle für eine Art „negativen Realitätsbegriff“; wir können die Wirklichkeit sozusagen umzingeln, einkreisen, befragen, auf die Probe stellen. Sie wird sich wehren, sie wird zu bestimmten Thesen „Nein“ sagen, sie wird bestimmte Interpretationen nicht zulassen usw. Insofern ist es tatsächlich so, dass die Physik nicht sagen kann, wie die Natur ist, sie kann allerdings zu verlässlichen Aussagen kommen, wie die Natur nicht ist!

Wenn ich diese Herangehensweise befolge (und ich sehe keine Grund, warum die negative Charakterisierung schlechter sein solte als die positive), dann ist nicht die QM unvollständig, sondern die klassische Physik wird bzgl. ihres Realitätsgehaltes überinterpretiert.
Gruß
Tom

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von seeker » 23. Mai 2012, 21:51

HelmutHansen hat geschrieben:Es sei, wie er weiter ausführte, vom prinzipiellen Standpunkt aus ganz falsch, eine Theorie nur auf beobachtbare Größen gründen zu wollen, denn in Wirklichkeit sei es genau umgekehrt: "Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann."
Diesen Satz möchte ich zum weiteren Nachdenken festhalten. Er erscheint mir wichtig.
tomS hat geschrieben:
HelmutHansen hat geschrieben:Die von TomS formulierte These, wonach die Unvollständigkeit nicht den physikalischen Theorien (SRT, QM) anzulasten sei, sondern deren ontologischen Interpretationen, ist meines Erachtens nicht zielführend, denn Ontologie ist ja mit dem befasst, was ist. Daher gilt: Wenn eine Theorie ontologisch unvollständig ist, dann ist sie auch physikalisch unvollständig. Sie bildet gewisse Aspekte der physikalische Realität nur unvollständig ab.
Du weißt aber ohne Theorie gar nicht, was real "ist". Du hast weder Begriffe und Definitionen, noch Experimente, um das, was "ist", einzukreisen, wenn du keine Theorie formulieren kannst. Du kannst die Realität nicht "außerhalb" einer Theorie formulieren. Was ich sagen wollte ist, dass es zwei Ebenen gibt, nämlich die Defintion dessen, was gemäß einer Theorie minimal "real ist" (QM: Observable, Eigenwerte, Messwerte, ...) und dem, was du "on top" hineininterpretierst (Trajektorie, Wellenfunktion und/oder Zustand, Eigenschaften/Attribute ohne Messung, ...). In diesem Sinne bezieht sich die Unvollständigkeit eben eher auf letzteres.
Diese Diskussion hört sich für mich ein wenig nach "Henne-Ei" an. Ich denke, wir haben hier ein Dilemma gefunden.

Speziell dazu:
tomS hat geschrieben:Was ich sagen wollte ist, dass es zwei Ebenen gibt, nämlich die Defintion dessen, was gemäß einer Theorie minimal "real ist" (QM: Observable, Eigenwerte, Messwerte, ...) und dem, was du "on top" hineininterpretierst (Trajektorie, Wellenfunktion und/oder Zustand, Eigenschaften/Attribute ohne Messung, ...).
Das ist m. E. die erkenntnistheoretische Sichtweise eines Physikers. Was sind denn Messwerte? Es sind Zahlen.
Ich möchte darauf hinweisen, Tom, dass du m. E. mit diesem Denken den Zahlen eine höhere/grundlegendere Realität zugestehst als allem anderen.
Das ist eine Sichtweise, die von gewissen philosophischen Grundannahmen gefärbt ist... und du landest damit direkt wieder beim mathematischen Universum.
Es fragt sich: Willst du da hin oder willst du da nicht hin?

Wir müssen jedenfalls die Reihenfolge zwischen dem unterscheiden, "wie wir die Welt erkennen" bzw. "was wir von der Welt wissen (können)" und "wie die Welt wirklich aufgebaut IST", was nach genau umgekehrten Reihenfolgen aussehen kann.
Schlüssig ist deine Argumentation dennoch. (-> Dilemma)

Weiterhin ist der Kreis "Realität, Theorie, Messung und Messwert" gar nicht so klar zu trennen.
Eine Theorie entsteht ja auch. Sie fällt nicht innerhalb eines Augenblicks vom Himmel, sondern fängt mit einer Idee oder einer Beobachtung an, die zu weiteren Vermutungen führt, die zu weiteren Messungen/Beobachtungen führt, die zu genauerer Ausformulierung der Idee führt, usw.
(Auch hier haben wir nebenbei bemerkt etwas, das in seiner Entstehung zuerst völlig unscharf ist und dann immer schärfer wird.)
tomS hat geschrieben:Ich plädiere an dieser Stelle für eine Art „negativen Realitätsbegriff“; wir können die Wirklichkeit sozusagen umzingeln, einkreisen, befragen, auf die Probe stellen. Sie wird sich wehren, sie wird zu bestimmten Thesen „Nein“ sagen, sie wird bestimmte Interpretationen nicht zulassen usw. Insofern ist es tatsächlich so, dass die Physik nicht sagen kann, wie die Natur ist, sie kann allerdings zu verlässlichen Aussagen kommen, wie die Natur nicht ist!
Auch eine wichtige Aussage.
Ich finde dieses Prinzip auch wichtig. Ganz a la Sherlok Holmes: Wenn man das Unmögliche ausschließt, dann muss in dem was übrig bleibt -so unwahrscheinlich oder unbequem es auch erscheinen mag- die Wahrheit stecken.
Das Problem dabei kann allerdings sein, dass das, was übrig bleibt, immer noch so unüberschaubar viel ist, dass man immer noch kein klares Bild erhaschen kann.
Dies wiederum kann für uns Menschen unbefriedigend sein.

Deshalb ist es vielleicht sinnvoll beide (positive und negative) Realitätsbegriffe zu verfolgen.

Grüße
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 23. Mai 2012, 22:49

Ich glaube, da liegt ein (ganz kleines) Missverständnis vor. Ich will hier weder eine phänomenologische Position einnehmen noch Zahlen (Messwerte) in den Vordergrund stellen.

Du schreibst "Das ist m. E. die erkenntnistheoretische Sichtweise eines Physikers. Was sind denn Messwerte? Es sind Zahlen. ..."

Ich wollte damit nicht die erkenntnistheoretische oder phänomenologische Sichtweise als die "richtige" hinstellen oder gar jede weitere Diskussion über Realität ablehnen, ich wollte lediglich darauf hinweisen, dass es sozusagen eine Minimalontologie gibt, nämlich das "Sein der Erscheinungen". Zumindest diese "existieren" in einer gewissen Weise - und sei es nur rein subjektiv "für den Beobachter". Vielleicht mag dies auf etwas Grundlegenderes zurückführbar sein, auf die "Realität", auf eine "Sein hinter den Erscheinungen", aber es ist zumindest nicht wegdiskutierbar. Das ist nun keine "physikalische Ontologie", nichts was die Natur irgendwie erklärt oder als "Realität" beschreibt, aber wie gesagt, es ist das Minimum dessen, was "ist". Insofern muss auch der Positivismus diese Minimalontologie ankzeptieren.

Ich selbst neige schon einer "realistischen" Position zu, d.h. einer "nicht erkennbaren oder verschleierten Realität hinter den Erscheinungen", auch wenn ich weiß, dass dies nicht beweisbar ist.

Ein Dilemma sehe ich nicht, eher eine Art Dualität.

Mein Ansatz ist recht einfach; letztlich sind es zwei Fragen:
- was existiert gesichert? die Phänomene (sie existieren tatsächlich, wenn auch evtl. nicht "fundamental") und ich (Descartes)
- was existiert definitiv nicht? Eigenschaft eines Objektes, die zu Experimenten in Widerspruch stehen (Heisenberg, Bell, Kochen-Specker, ...)

So - irgendwo dazwischen mag sich die Realität tummeln. Aber diese o.g. Grenzen tut sie (die Realität, die Natur) uns kund; sie sagt uns, was sie nicht "ist", und sie sagt uns, was minimal "ist".

Zum Kontext dieser Diskussion: es sieht so aus, als ob die SRT und die QM hier unterschiedliche Aussagen treffen. Die QM lässt sicher einen gewissen Realitätsbegriff zu bzw. schließt ihn zumindest nicht per Widerspruch aus, aber sie macht doch ganz klar "negative" Aussagen. Die SRT legt einen deutlich erweiterten Realitätsbegriff nahe, wobei sie diese positiven Aussagen eben nur möglich erscheinen lässt, ohne sie abzusichern (eine Trajektorie kann gemäß der SRT real sein, muss sie aber nicht, es gibt keinen Beweis dafür).

Wichtig sind die negativen Aussagen der QM deshalb, weil sie den vermeintlich positiven Aussagen unserer Alltagserfahrung entgegenstehen. Aber Vorsicht: unsere Alkltagserfahrung sagt uns ja eben nicht, was "ist", sondern nur, was "sein kann" (wieder die Trajektorie).

Das Dilemma entsteht dadurch, dass man unvorsichtigerweise Ontologien aus Phänomenen ableitet (gut, nur so kann man beginnen zu argumentieren) und dabei das, was real sein kann, nicht scharf von dem trennt, was tatsächlich gesichert real ist. Die QM lehrt uns, hier vorsichtig zu sein, weil sie uns neue Fragen und Begriffe nahelegt und explizit neue, negative Aussagen macht. Damit bin ich auch wieder bei der Problematik, dass wir den Realitätsbegriff der klassischen Physik - und da muss man SRT und ART hinzurechnen - überinterpretiert.
Gruß
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von seeker » 24. Mai 2012, 22:37

Ok. Ich denke, wir sind im Grunde nahe beisammen.
tomS hat geschrieben:ich wollte lediglich darauf hinweisen, dass es sozusagen eine Minimalontologie gibt, nämlich das "Sein der Erscheinungen". Zumindest diese "existieren" in einer gewissen Weise - und sei es nur rein subjektiv "für den Beobachter". Vielleicht mag dies auf etwas Grundlegenderes zurückführbar sein, auf die "Realität", auf eine "Sein hinter den Erscheinungen", aber es ist zumindest nicht wegdiskutierbar. Das ist nun keine "physikalische Ontologie", nichts was die Natur irgendwie erklärt oder als "Realität" beschreibt, aber wie gesagt, es ist das Minimum dessen, was "ist". Insofern muss auch der Positivismus diese Minimalontologie ankzeptieren.
Hier möchte ich noch etwas klarer formulieren:
Es ist genauer nicht das Minimum, dessen, was "ist", sondern dessen was "scheint" (wenn man von einer grundlegenderen Realität ausgeht).
Insofern ist dieses Minimum leider keine wirkliche Ontologie mehr.
(Ich denke aber, dass du das auch so ähnlich schon durchdacht hast.)

Davon unabhängig ist dein Ansatz m. E. gut.

Noch ein anderer Gedanke:
Die QM beschreibt die beobachtbaren Phänomene sehr gut. Sie sagt uns aber nicht, warum diese Phänomene so sind, wie sie sind.
Wenn ich nun eine grundlegendere "Sub-Realität" annehme, die Ursache dieser QM-Phänomene ist, dann wäre es ja vorstellbar, dass eine Theorie gefunden werden kann, die diese Sub-Realität beschreibt und aus der sich gleichzeitig die QM mitsamt ihren Seltsamkeiten zwanglos (als Teil) ergibt, ganz nach dem Motto: "Erst die Theorie entscheidet darüber, was man beobachten kann."
Ich glaube, die Stringtheorien würden diesen ganz großen Wurf noch nicht leisten können - oder doch?

Beste Grüße
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 24. Mai 2012, 23:35

Ich will hier gar nicht auf diese Details eingehen, weil sie wohl nicht beweisbar sind. Deswegen spreche ich bewusst unscharf vom "Sein der Erscheinungen". Minimal bedeutet, dass es eine minimale Realität geben muss, die zumindest diese Erscheinungen erklärt - oder mit ihnen identisch ist. Weniger geht nicht. Wenn ich - wie es die Phänomenologie tut - die Realität hinter den Erscheinungen negiere, dann ist letztlich die Erscheinung mit dem Sein identisch.

Wichtiger ist mir aber die "negative Ontologie".
Gruß
Tom

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 25. Mai 2012, 07:38

TomS: Einstein selbst wurde sicher [durch die Entdeckung der Quanten durch Planck im Jahre 1900] beeinflusst, die SRT selbst strukturell sicher nicht, denn diese war implizit bereits seit Jahrzehnten in der Maxwellschen Theorie vorhanden

Dieser Einwand suggeriert, dass es Einstein in der Entwicklung der SRT einzig und allein darum gegangen sei, der Elektrodynamik eine möglichst einfache Form zu geben. Dies entspricht jedoch nicht den Tatsachen – und Einstein hat dies nicht nur in seinem Nekrolog deutlich gemacht.

Seine Suche nach dem speziellen Relativitätsprinzip war eine unmittelbare Antwort auf die Konfrontation mit der Quantenstruktur der Wirklichkeit zu Beginn des 20. Jahrhunderts. 1955 schrieb er, befragt auf die Entstehungsgeschichte der SRT, in einem Brief an Carl Seelig:

"[Was an der SRT ] neu war, war die Erkenntnis, dass die Bedeutung der Lorentztransformation über den Zusammenhang mit den maxwellschen Gleichungen hinausging und das Wesen von Raum und Zeit im allgemeinen betraf. Auch war die Einsicht neu, dass die "Lorentz-Invarianz" eine allgemeine Bedingung sei für jede physikalische Theorie. Das war für mich von besonderer Wichtigkeit, weil ich schon früher erkannt hatte, daß die Maxwellsche Theorie die Mikrostruktur der Strahlung nicht darstelle und deshalb nicht allgemein haltbar sei.“

Wie dieses Zitat zeigt, hat er nach einer Theorie gesucht, die fundamental genug war, um auch in bezug auf die gerade entdeckte Quantenstruktur der Wirklichkeit in Geltung zu bleiben. Mit dem speziellen Relativitätsprinzip (inklusive der Lorentz-Invarianz) glaubte er ein entsprechend fundamentales Prinzip gefunden zu haben. Und dieses Prinzip ist nichts, was in irgendeiner Weise auf Maxwells Theorie beschränkt ist, es ist vielmehr, wie auch von Einstein angesprochen, ein Metaprinzip: Es geht weit über diese Theorie hinaus. Es stellt eine Regel dar, die nach Einsteins Auffassung von allen physikalischen Gesetzen erfüllt sein muss, gleichgültig auf welche Phänomene sich die Gesetze beziehen, seien dies nun elektrische und magnetische Erscheinungen oder auch Quantenerscheinungen. (Kip Thorne, Gekrümmter Raum und verbogene Zeit, S. 92)

Die Entwicklung und die Gestalt der speziellen Relativitätstheorie ist also sehr wohl durch die Begegnung mit der Quantenstruktur der Wirklichkeit beeinflusst worden. Sie war für Einstein entscheidender Anlass nach einem fundamentalen Prinzip zu suchen, dass nicht nur den elektromagnetischen Erscheinungen, sondern eben auch den Quantenerscheinungen genügte.

Es stimmt natürlich, dass sich die Quantentheorie 1912 entscheidend von dem Bild entschied, was sie 1925 bot. Doch in beiden Fällen handelte es sich um ein- und dieselbe Wirklichkeitsebene. Und darum ging es mir: Ich wollte zeigen, dass Einsteins Ringen um das Wesen der Wirklichkeit schon sehr früh der Aufklärung ihrer inneren Quantenstruktur galt. Das Ringen mit dieser Struktur sollte für ihn zeit seines Lebens das bestimmende Forschungsthema bleiben.

So hat er sehr bald – nach Veröffentlichung der SRT im Jahre 1905 - einsehen müssen, dass seine auf dem speziellen Relativitätsprinzip gründende SRT selbst keinerlei Hinweise lieferte, wie die Maxwellsche Theorie in natürlicher Weise modifiziert werden müsste, um auch den Quantenerscheinungen gerecht zu werden. Dies war der Startschuss zur Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie, die – mehr oder weniger – in gerader Linie in Einstein’s Suche nach seiner Einheitlichen Feldtheorie einmünden sollte; eine Theorie, die u.a. mit der Hoffnung verknüpft war, über die Vereinheitlichung von Elektromagnetismus und Gravitation auch der Quantenstruktur der Wirklichkeit Herr zu werden, was Einstein jedoch, wie wir wissen, nicht gelang.

Wenn man diese wissenschaftshistorische Sichtweise teilt, dann ist es nicht abwegig zu vermuten, dass Einstein in seinem Bemühen, die Quantenstruktur der Wirklichkeit mit klassischen Mitteln beschreiben zu wollen, zu dieser Struktur gehörige Elemente fehlerhaft oder unzureichend abgebildet hat. Die Lichtgeschwindigkeit ist, wie ich behaupten möchte, eines dieser unzureichend abgebildeten Elemente.

Gruss
Helmut

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 25. Mai 2012, 08:52

Ich habe da zwei Einsprüche.

Unabhängig davon welche Intention Einstein bei der Entwicklung der SRT (und später ART) hatte - andere Forscher hatten diese nicht, haben jedoch fast zeitgleich an ähnlichen (teilw. identischen) Formulierungen gearbeitet. Z.B. ist die "Wirklichkeitsebene" von SRT und ART letztlich identisch. Die ART wurde aber praktisch zeitgleich von David Hilbert entwickelt, der bzgl. Philosophie und Intention (er war außerdem Mathematiker) völlig anders dachte als Einstein. D.h. dass unterschiedliche Zugänge durchaus zu den selben Theorien führen können (weswegen ich z.B. dem Konstruktivismus widerspreche und glaube, dass wir Physiker da eben doch nicht nur etwas konstruieren sondern tatsächlich finden).

Entgegen deiner Aussage ist die Wirklichkeitsebene der QM von 1912 und 1925 völlig verschieden. Erstere ist bzgl. ihrer Beschreibung vollständig in der klassischen Theorie verhaftet (auch wenn klar ist, dass dies eigtl. nicht so sein kann, das Bohrsche Modell physikalsich ist in sich widersprüchlich). Letztere war um 1912 in keinster Weise absehbar!
Gruß
Tom

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 25. Mai 2012, 13:03

Zunächst zu Deinem zweiten Einspruch:

Die Theorien resp. theoretischen Ansätze von 1912 und 1925 waren zweifellos verschieden, aber nicht die Wirklichkeit, auf die sie sich bezogen. Es stimmt, dass das Bohr'sche Modell in hohem Maße klassischen Begriffen verhaftet war, aber die Wirklichkeit, um die es 1912 ging, war die Welt der Quanten - und um genau diese Welt ging es auch 1925.

Das Bohr'sche Postulat, wonach Elektronen nur auf bestimmten, fest definierten Bahnen um den Kern kreisen durften, ist doch keineswegs zufällig als "Bohr'sche Quantenbedingung" in die Geschichte der Physik eingegangen.Das Bohr'sche Modell war trotz seiner Unzulänglichkeiten und Widersprüche der erste Schritt in diese Welt. Sie wird daher wissenschaftshistorisch zu Recht als das Sprungbrett für die noch kommende Quantenmechanik gewürdigt.

Zu Deinem ersten Einspruch: Ich teile Deine Auffassung, dass die Physiker Entdeckungen machen. Deswegen stelle ich auch keineswegs in Abrede, dass in und mit der Speziellen Relativitätstheorie tatsächlich existierende Aspekte der Wirklichkeit entdeckt resp. aufgedeckt worden sind. Doch die SRT liefert meines Erachtens ein "Zerrbild" von der Wirklichkeit - und ein Wesensmerkmal von Zerrbildern ist es, dass sie mit dem, was sie abbilden, etwas gemeinsam haben.

Die SRT ist eine so ungemein raffinierte Theorie, dass es außerordentlich schwierig ist, herauszufinden, warum das von ihr gelieferte Zerrbild so aussieht, als sei es ein entzerrtes Bild.

Doch es gibt eine nicht geringe Zahl von Physikern, die das spüren. Sie konstatieren daher, zumindest wenn ihre Kritik moderat ausfällt, dass die SRT brillant, aber eigenartig sei.Es gibt jedoch auch sehr drastische Stimmen. Albert Abraham Michelson beispielsweise ging so weit, sie als ein Monstrum zu bezeichnen, dem er unfreiwillig auf die Beine geholfen habe - eine Beurteilung, die ich natürlich nicht teile, weil ich glaube, dass die von Einstein als fundamental erkannte Lorentz-Invarianz - um mit Heisenberg zu sprechen - ein echter Zug der Natur ist. Sie ist eine entscheidende Symmetrieigenschaft der Wirklichkeit. Dies aufgedeckt zu haben, ist zweifellos der Verdienst von Einstein.

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 25. Mai 2012, 19:38

HelmutHansen hat geschrieben:Die Theorien resp. theoretischen Ansätze von 1912 und 1925 waren zweifellos verschieden, aber nicht die Wirklichkeit, auf die sie sich bezogen. Es stimmt, dass das Bohr'sche Modell in hohem Maße klassischen Begriffen verhaftet war, aber die Wirklichkeit, um die es 1912 ging, war die Welt der Quanten - und um genau diese Welt ging es auch 1925.
Ich kann dir nicht zustimmen. Die zugrundeliegende Wirklichkeit war natürlich die der Quanten, aber davon war 1912 nichts zu sehen. Alles das, was die klassische Sicht auf Welt und die quantenmechanische Natur der Welt grundlegend unterscheidet, war 1912 unbekannt.
HelmutHansen hat geschrieben:Das Bohr'sche Postulat, wonach Elektronen nur auf bestimmten, fest definierten Bahnen um den Kern kreisen durften, ist doch keineswegs zufällig als "Bohr'sche Quantenbedingung" in die Geschichte der Physik eingegangen.Das Bohr'sche Modell war trotz seiner Unzulänglichkeiten und Widersprüche der erste Schritt in diese Welt. Sie wird daher wissenschaftshistorisch zu Recht als das Sprungbrett für die noch kommende Quantenmechanik gewürdigt.
Korrekt, aber das Bohrsche Modell ist bzgl. seiner Sicht der Realität praktisch ausschließlich klassisch.

Bzgl. der SRT kann ich nur insofern folgen, als du das historisch siehst. Die Realitätssicht der SRT und der ART ist weiterhin ebenfalls klassisch. Der Schritt vom absoluten zum relativen Raum ist verglichen mit dem riesigen Sprung Quantenmechanik ein winziger Hüpfer.
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 26. Mai 2012, 08:22

Zu sagen, 1912 sei nichts von der Welt der Quanten zu sehen gewesen, ist ein seltsames Argument, selbst wenn ich den Standpunkt einnehme, dass das, was gesehen wurde, erst 1925 richtig erkannt worden ist. Es geht mir in meiner Argumentation um FAKTEN, nicht um ihre theoretische Deutung. Dein Argument hingegen bezieht sich in der vor Dir vorgetragenen Striktheit vor allem auf die spätere theoretische Deutung dieser Fakten.

Wenn ich diese rein epistemische Perspektive einnehme, dann könnte ich - wie Du - in der Tat den Standpunkt einnehmen, dass die Physiker nichts von dem, was sie 1912 gesehen haben, wirklich verstanden haben.

Ungenau hier liegen die bis heute anhaltenden Probleme, denn bis heute hat keiner die Quantenmechanik wirklich verstanden - und deswegen weiß auch bis heute keiner verbindlich, welche Fakten der Welt der Quanten zuzurechnen sind und welche nicht - und wie weit die Welt der Quanten überhaupt in den "ontologischen Raum" hineinreicht.

Keiner kennt den Punkt, wo diese Welt möglicherweise endet und einer anderen Welt Platz macht. Ich denke, dass Deine Bemühungen via negativer Ontologie z.T. dem Ziel gelten, dies auszuloten.

Um zu meiner Argumentation zurückzukehren: Mir ging es, um dies noch einmal klar herauszustellen, um FAKTEN, die der Welt der Quanten zuzurechnen sind - und nicht so sehr um ihre theoretische Deutung. Und solche Fakten gab es zweifellos schon 1912, wie z.B. Planck's Wirkungsquantum (1900) und der photoeelektrische Effekt (1905).

Meine These ist, dass das experimentelle Ergebnis des Michelson-Morley-Experimentes (1887) ebenfalls dieser Welt der Quanten zuzurechnen ist. Mit anderen Worten: Als die Physiker zu diesem verblüffenden Nullresultat kamen, hatten sie es in realiter mit einem Faktum zu tun, dass der Welt der Quanten entstammte, ohne dies freilich erkannt zu haben.


Zum Schluss:

"Der Schritt vom absoluten zum relativen Raum ist verglichen mit dem riesigen Sprung Quantenmechanik ein winziger Hüpfer."

Das ist ja gerade das, was ich kritisiere: Dass Einstein versucht hat, quantenmechanische Strukturen und Strukturelemente klassisch zu interpretieren. Er hat den gewaltigen Schritt zur Quantenmechanik nicht vollzogen - und stattdessen in Gestalt der SRT & der ART einige dieser Strukturen und Elemente klassisch zu deuten versucht. An eben diesem Versuch hat er bis zum Schluss festgehalten...Es ist ihm jedoch nie gelungen, die Quantenerscheinungen aus seinen "klassischen" Gleichungen abzuleiten. Deswegen sahen viele Physiker in Einstein auch eine tragische Figur.

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 26. Mai 2012, 08:40

Dein letzter Absatz ist sicher richtig.

Außerdem hast du recht, 1912 waren durchaus einige der seltsamen Quantenphänomene experimentell bekannt. Daraus konnte man z.B. auch einen Welle-Teilchen-Dualismus ableiten (zumindest für Licht).

Dennoch ist es ein gewaltiger Unterschied, ob ich zwei widersprüchliche Theorien habe, die die selben Objekte beschreiben, unterschiedliche Gültigkeitsbereiche haben, ich jedoch hoffen darf eine vereinheitlichte Theorie noch zu finden (1912) - oder ob ich diese vereinheitlichte Theorie habe und damit erkennen muss, dass die o.g. Widersprüche eben gerade nicht meiner Unwissenheit (von 1912) sondern der Natur selbst geschuldet sind.

Insofern ist die Situation 1912 und 1925 tatsächlich völlig unterschiedlich.

Das erkennt man auch an den Diskussionen z.B. bzgl. der Schrödingergleichung, die die konservativen Kräfte praktisch wieder wie eine klassische Gleichungn interpretieren wollten; Heisenbergs Ansatz wurde von Sommerfeld (ich bin mir nicht sicher) deswegenstrikt abgelehnt. Es zeigte sich jedoch in den folgenden Jahren, dass diese "klassische" Interpretation tatsächlich nicht durchzuhalten war.

Was 1912 unbekannt war, waren die "Eigenschaften" der Wellenfunktion bzw. des Quantenzustandes, nämlich insbs. der "Kollaps" (eher eine Interpretationsfrage) sowie insbs. die Verschränkung und nicht-Lokalität.
Gruß
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 26. Mai 2012, 11:35

Ich glaube, Dein Argument zu verstehen, aber es trifft nicht ganz das, was ich sagen will. Was Du meiner Meinung nach sagst, ist dies: 1912 haben die Physiker von der Quantenwelt so wenig gewusst, dass Einsteins Irrtum/Vorhbehalt etc. noch entschuldbar war, während 1925 mit der Entwicklung der Quantenmechanik klar war, dass er mit seinem Festhalten an gewissen klassischen Vorstellungen erkennbar irrte. Insofern besteht in der Tat ein gravierender Unterschied zwischen 1912 und 1925.

Was ich aber sagen will, ist, dass Einstein bereits 1905 irrte, als er glaubte, in Gestalt des speziellen Relativitätsprinzips ein fundamentales Prinzip formuliert zu haben, welches nicht nur den elektromagnetischen Erscheinungen, sondern auch den Quantenerscheinungen genügte.

Mein Argument (was natürlich überhaupt nicht mit dem, was gegenwärtig in der Physik verhandelt wird, konform ist) ist, dass das Nullresultat des Michelson-Morley-Experimentes gar kein experimenteller Beweis für das spezielle Relativitätsprinzip ist, so wie es Einstein später vertrat, sondern dass sich bereits in ihm ein passables Stück Quantenrealität zu erkennen gibt.

Teilt man diese (!) Auffassung, dann irrte Einstein bereits 1905.

Die Quelle unser wechselseitigen Missverständnisses würde ich daher darin sehen, dass Du den gesamten Themenkomplex mehr aus einer innerdisziplinären Perspektive beurteilt, was aufgrund Deiner Ausbildung als Physiker auch naheliegend ist. Ich bin in diesem Punkt ein wenig 'unschuldiger' und daher sicherlich auch ein wenig unbedarfter. Das musst Du mir nachsehen... Es gibt sicherlich, wie ich zugebe, keinen Physiker, der so argumentieren würde wie ich es tue.. Er würde sich sicherlich - so wie Du es auch vertrittst - sehr viel näher an das halten, was in der Physik allgemeiner Konsens ist.

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von tomS » 26. Mai 2012, 15:00

Ich glaube, ich verstehe jetzt noich besser, was du sagen willst, aber ich bin da anderer Meinung. Das Relativitätsprinzip musste bereits im Zuge der ART umformuliert bzw. erweitert werden. In dieser Formulierung ist es weiterhin ein klassisches Prinzip; eine Zusammenführung der ART und der QM verlangt wiederum nach einer Neuformulierung. Aber das ist die übliche Vorgehensweise in der Physik und nicht wirklich falsch (genausowenig wie die Newtonschen Axiome falsch sind, sie sind nur nicht allgemeingültig).

Das Relativitätsprinzip widerspricht übrigesn in keinster Weise der QM (QFT) u.u. - im Gegenteil, die QFT und die RT vertragen sich prächtig. Was nicht so gut passt ist die Quantisierung der Gravitation selbst - und auch da gibt es Anzeichen, dass die Unverträglichkeit keine grundlegende ist, sondern nur dem unvollständigen Verständnis und evtl. sogar "nur" den unzureichenden mathematischen Methoden geschildert ist.

Wie ich bereits sagte, die Problematik spielt sich weniger im Bereich der Physik selbst ab, sondern in ihrer (ontologischen) Interpretation, bzw. in dem Anspruch, die Interpretation möge bestimmten (klassischen) Prinzipien genügen. Wenn man damit in Schwierigkeiten gerät, dan sollte man diese Prinzipien (evtl. könnte man auch im Sinne von Kant von Kategorien sprechen) hinterfragen.

Über dein Argument
HelmutHansen hat geschrieben:... dass das Nullresultat des Michelson-Morley-Experimentes gar kein experimenteller Beweis für das spezielle Relativitätsprinzip ist, so wie es Einstein später vertrat, sondern dass sich bereits in ihm ein passables Stück Quantenrealität zu erkennen gibt.
muss ich noch mal nachdenken. Zunächst mal musst du erklären, in wie weit überhaupt Quanten eine Rolle spielen. Und was meinst du mit 'Nullresultat'? kein Äther?
Gruß
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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von HelmutHansen » 29. Mai 2012, 09:11

TomS:

Zur Verträglichkeit von SRT und QM hier eine kurze Anmerkung:

SRT und QM wären erst dann in befriedigender Weise in Einklang miteinander gebracht, wenn die QM in einer vollständig lorentzinvarianten Weise formuliert wäre. Doch das Messproblem widersetzt sich bislang dieser Möglichkeit. Es ist zwar möglich, die Wahrscheinlichkeitsamplituden und Wahrscheinlichkeiten für die Messergebnisse verschiedener Experimente in einer vollkommen lorentzinvarianten Weise zu berechnen, es ist aber - zumindest nach orthodoxer Auffassung - nicht möglich, in derselben lorentzinvarianten Weise zu beschreiben, wie das eine oder andere bestimmte Ergebnis aus der Fülle der Quantenmöglichkeiten hervorgeht. Durch den Kollaps der Wellenfunktion, der gleichzeitig überall im Raum erfolgt, wird ein bestimmter Beobachter ausgezeichnet, was mit der Kernaussage der speziellen Relativitätstheorie (i.e. der Gleichwertigkeit aller Beobachterstandpunkte) letztlich unverträglich ist.

Dieses bislang nicht befriedigende gelöste Messproblem ist jedoch, wie ich behaupten möchte, nicht allein der QM anzulasten, sondern zu einem großen Teil auch der SRT, insbesondere ihrer Fassung der Lorentz-Invarianz. Diese Fassung ist wesentlich durch das spezielle Relativitätsprinzip geprägt.

Es wäre also naheliegend, wie von Dir beschrieben, dieses Prinzip "kategorial" zu hinterfragen. Doch dieses Hinterfragen des speziellen Relativitätsprinzips gleicht einer Operation am offenen Herzen, denn dieses Prinzip ist tief in die Physik hineingewoben. Es gilt als eines seiner fundamentalsten Prinzipien.

Es bedarf daher sehr präziser Schnitte, um erkennen zu können, was sich hinter ihm verbirgt - und wie es dazu gekommen ist, dass es an die Stelle dessen getreten ist, was es verbirgt.

Um meine Ansichten hierzu nachvollziehen zu können, ist es unverzichtbar, die geometrische Struktur des Mandalas vorauszusetzen. Ich weiß, dass Du schwerste Vorbehalte gegen diese Voraussetzung hegst. Für einen weniger spannungsbeladenen Diskurs wäre es daher sicherlich von Vorteil gewesen, wenn ich an Stelle von archetypisch besetzten geometrischen Strukturen von Gleichungen gesprochen hätte. Gleichungen wirken unpersönlicher als geometrisch gefasste Symbole. Ich wünschte, es wäre so gewesen, aber in diesem Fall ist - wie ich an anderer Stelle dieses Forums schon erklärt habe - die Geometrie den Gleichungen vorausgegangen. Bei der SRT war es ja umgekehrt.Und dass es in diesem Fall anders war, hat natürlich Gründe: Geometrische Muster sind allgemein zugänglicher als es Gleichungen sind.

Auch auf die Gefahr hin, dass ich Dich verschrecke, hier meine Erklärung, inwiefern ich das Nullresultat des MM-Experimentes für ein Stück Quantenrealität halte, dessen Existenz durch das spezielle Relativitätsprinzip nachhaltig "verschleiert" worden ist. Diese Erklärung stützt sich unmittelbar auf dieses geometrische Muster.

Ausgangspunkt ist die durch dieses Muster begründete geometrische "Verschränkung" von Kreis & Quadrat, die beide, was ihre physikalische Semantik anbelangt, denselben internen Parameter aufweisen, nämlich: c = 1.

Diese beiden geometrischen Matrizen besagen, dass die Lichtgeschwindigkeit

a) in allen Geschwindigkeitsrichtungen (= Kreis)

und

b) bei allen Geschwindigkeitsbeiträgen (= Quadrat)

stets dieselbe ist.

Durch das MM-Experiment haben die Physiker die unter dem Buchstaben a) bezeichnete Matrize/Blaupause des Universums entdeckt - und zwar entdeckt im eigentlichen Wortsinne, so wie man einen bis dahin ungesehenen Kontinent entdeckt hat, ohne dies allerdings bis heute bewusst realisiert zu haben. Diese Entdeckung schließt nicht nur sehr spezielle formale Bestimmungen ein, nämlich jene für den Einheitskreis geltenden, sondern auch die Erkenntnis, dass die Lichtgeschwindigkeit in jeder Richtung dieselbe ist.

Gedeutet wurde diese Entdeckung allerdings in einem buchstäblich "negativen" Sinne, weswegen man auch von einem NULL-RESULTAT spricht. Die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit in jeder Geschwindigkeitsrichtung dieselbe ist, wurde im Rahmen der SRT dahingehend interpretiert, dass die Richtung, in der sich ein Beobachter gegenüber dem hypothetisch angenommenen Äther bewegt, keinerlei (!) Rolle spielt. Das MM-Experiment wurde daher von Einstein auch ausdrüchlich als Beweis für die Gültigkeit des speziellen Relativitätsprinzips gedeutet - und nicht als Beweis für die Isotropie der Lichtgeschwindigkeit, so wie es viele andere Physiker getan haben.

Obwohl diese beiden theoretischen Deutungen einander diametral gegenüberstehen, so sind sie experimentell un-unterscheidbar, denn es ist - von außen betrachtet - nicht ohne weiteres einsehbar, ob die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist, die von der Richtung unabhängig ist, oder ob sie, begründet durch eine spezielle geometrische Matrize, in jeder Richtung denselben Wert aufweist, nämlich c = 1.

Was die Lage physikalisch nahezu undurchschaubar macht, ist die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit, vermittelt durch die geometrische Matrize des Quadrats, auch bei jedem Geschwindigkeitsbetrag stets denselben Wert aufweist so wie sie es mit Blick auf die Richtung auch tut, nämlich c = 1. Dies erzeugt unvermeidlich den Eindruck, als sei die Lichtgeschwindigkeit eine Art monolithischer Konstante, die sowohl von der Geschwindigkeitsrichtung als auch dem Geschwindigkeitsbetrag, mit dem sich ein Beobachter gegenüber dem hypothetisch angenommenen Äther bewegt, unabhäng sei, während sie - in Wahrheit - das Ergebnis zweier zusammenwirkender Blaupausen ist.

Dieses tiefgreifende Mißverständnis führt im Kontext eines für fundamental gehaltenen Relativitätsprinzips zu der verhängnisvollen Schlussfolgerung, die Geschwindigkeit sei eine relative Größe, während sie in Wahrheit eine absolute Größe ist.

Hier lauern zweifellos die größten Schwierigkeiten und Herausforderungen einer dieser Idee der "Dualen Parametrisierung von c" folgenden Physik, denn sie werfen unvermeidlich die Frage auf: Wie messen wir diese absolute Geschwindigkeit?

Um das beantworten zu können, bedarf es natürlich eines ausgearbeiteten, auf Gleichungen basierenden Algorithmus, der präzise Vorhersagen darüber erlaubt, wie diese absolute Geschwindigkeit messbar ist.. eine Aufgabe, die meines Erachtens prinzipiell lösbar ist, aber noch aussteht.

Noch zu der Aussage, inwiefern mit dem MM-Experiment ein Stück Quantenrealität aufgedeckt worden ist. Im Kontext dessen, was ich zum gegenwärtigen Zeitpunkt überblicke, stützt sich diese Aussage bislang allein auf den Umstand, dass die beiden geometrischen Matrizen von Kreis & Quadrat nathlos miteinander "verschränkt" sind: Sie zeigen also dieser Lesart zufolge in einer geometrischen Fassung, wie das quantentheoretische Phänomen der Nicht-Lokalität codifiziert ist.

Ich vermute, dass mit der Struktur des Mandalas in toto gezeigt ist, in welchem Umfang vom Mittelpunkt ausgehende Photonenpaare im Zwillingszustand - in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Polarisationsfilters - korreliert sind. Pointiert formuliert könnte man sagen, dass mit den mittlerweile als klassisch geltenden Polarisaionsexperimenten von John Clauser zum Nachweis des Phänomens der Quantenverschränkung aus dem Jahre 1972 diese archetypische Struktur experimentell ausgemessen worden ist.

Dies ist allerdings - wie alles andere auch - bislang nur eine Hypothese. Auch hier bedarf es noch eingehender Analysen.

Gruss
Helmut

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Re: Ist die spez.-rel. Beschr. der Wirklichkeit unvollständi

Beitrag von Hawkwind » 29. Mai 2012, 16:31

HelmutHansen hat geschrieben:TomS:

Zur Verträglichkeit von SRT und QM hier eine kurze Anmerkung:

SRT und QM wären erst dann in befriedigender Weise in Einklang miteinander gebracht, wenn die QM in einer vollständig lorentzinvarianten Weise formuliert wäre. Doch das Messproblem widersetzt sich bislang dieser Möglichkeit. Es ist zwar möglich, die Wahrscheinlichkeitsamplituden und Wahrscheinlichkeiten für die Messergebnisse verschiedener Experimente in einer vollkommen lorentzinvarianten Weise zu berechnen, es ist aber - zumindest nach orthodoxer Auffassung - nicht möglich, in derselben lorentzinvarianten Weise zu beschreiben, wie das eine oder andere bestimmte Ergebnis aus der Fülle der Quantenmöglichkeiten hervorgeht. Durch den Kollaps der Wellenfunktion, der gleichzeitig überall im Raum erfolgt, wird ein bestimmter Beobachter ausgezeichnet, was mit der Kernaussage der speziellen Relativitätstheorie (i.e. der Gleichwertigkeit aller Beobachterstandpunkte) letztlich unverträglich ist.

Dieses bislang nicht befriedigende gelöste Messproblem ist jedoch, wie ich behaupten möchte, nicht allein der QM anzulasten, sondern zu einem großen Teil auch der SRT, insbesondere ihrer Fassung der Lorentz-Invarianz. Diese Fassung ist wesentlich durch das spezielle Relativitätsprinzip geprägt.
Hier soll offenbar angedeutet werden, dass eine SRT ohne Relativitätsprinzip besser mit der Quantentheorie zu "verheiraten" wäre?
Das halte ich für abwegig.
Auch in der historisch letzten - zur SRT physikalisch äquivalenten - Fassung der Lorentzschen Äthertheorie gibt es keine instantanen Fernwirkung.
Die nichtlokalen Eigenschaften der Quantentehorie befinden sich unvermeidbar in einer gewissen "Spannung" (wenn auch nicht im echten Widerspruch) zur klassischen Physik, ganz gleich welche Variante der klassischen Formulierung man vorzieht.

Gruß,
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