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Frage zur Hawking Strahlung

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 19. Sep 2016, 12:00

Siebenstein hat geschrieben:Die Relativitätstheorie (RT) ... besteht aus der SRT und der ART.

Die ART wurde aus der SRT abgeleitet. Okay!

Die SRT lässt unendlich viele gleichwertige Bezugssysteme (Inertialsysteme) zu, unendlich ausgedehnt und ohne Anfangsbedingungen (Historie).

Die ART impliziert einen Urknall mit einem Anfang von Raum und Zeit, also mit Anfangsbedingung.

Wie kann eine Theorie (Menge) mit unendlich vielen und unendlich ausgedehnten Bezugssystemen ohne Anfangsbedingungen in einer Theorie mit Anfangsbedingunge (mengentheoretisch) enthalten sein?
Die SRT gilt für eine spezielle, flache Minkowski-Raumzeit. Auf dieser kann man verschiedene Koordinatensysteme (kartesisch, …) und verschiedene Beobachter - untereinander verknüpft mittels Poincare-Transformationen - definieren. Die physikalischen Gesetze sind form-invariant, die jeweiligen Beobachtungen (je Beobachter) können ebenfalls mittels der o.g. Poincare-Transformationenineinander überführt werden.

Die ART gilt dagegen für beliebige Raumzeiten, die die Einsteinschen Feldgleichungen lösen. Dabei ist die o.g. Minkowski-Raumzeit lediglich eine spezielle Lösung - von unendlich viele möglichen Lösungen. Auf jeder einzelnen Raumzeit kann man wiederum verschiedene Koordinatensysteme sowie wiederum verschiedene Beobachter definieren. Diese sind untereinander mittels Diffeomorphismen = verallgemeinerten Koordinatentransformationen verknüpft. Der Spezialfall der o.g. Poincare-Transformationen muss zunächst auf Lorentz-Transformationen eingeschränkt werden; dieser gilt außerdem nur noch im Spezialfall lokaler Lorentz-Transformationen, d.h. für zwei verschiedene Beobachter am selben Raumzeitpunkt. Beobachter an verschiedenen Raumzeitpunkten sind nicht mehr mittels verknüpf. Die physikalischen Gesetze sind jedoch wiederum form-invariant unter den o.g. Diffeomorphismen.

D.h. die Eigenschaften der SRT gelten weiterhin, jedoch immer nur bezogen auf eine lokale Umgebung eines speziellen Punktes in einer speziellen Raumzeit.

Die ART ist eine Theorie der Dynamik aller Raumzeiten, die SRT dagegen eine Theorie der Kinematik von Beobachtern in einer speziellen, fest vorgegebenen Raumzeit.
Gruß
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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Siebenstein » 19. Sep 2016, 21:13

Der Urknall ist doch eine logische Folge der Allgemeinen Relativitätstheorie und zwar ohne Einbeziehung der "kosmologischen Konstante", die Einstein immerhin mal als die "größte Eselei" seines Lebens bezeichnet hatte!

Die "kosmologische Konstante" beschreibt nur die kürzlich gemessene beschleunigte Ausdehnung des Universums, für die niemand eine wirklich plausible Erklärung hat, außer die, eine abstruse "Dunkle Energie" zu postulieren, die entgegengesetzt zur Gravitation wirkt.

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Siebenstein » 19. Sep 2016, 21:50

Mein vorgehender Betrag bezieht sich nur auf den letzten Beitrag von positronium.

Ich habe mal in einem modernen und aktuellen Lehrbuch zur Quantenfeldtheorie nachgeschlagen, was da über die SRT steht:

"Als Ausgangspunkt der speziellen Relativitätstheorie (SRT) kann man annehmen, dass die Naturgesetze in jedem unbeschleunigten Bezugssystem gleich sein sollen, einschließlich der Geschwindigkeit aller masselosen Teilchen und insbesondere der Photonen. Die Translationen und Drehungen, die auch in der klassischen Mechanik den Geschwindigkeitsbetrag von Objekten nicht verändern, bleiben in der SRT gleich.
Die "Boosts" hingegen, die den Wechsel zwischen Bezugssystemen mit Relativgeschwindigkeit beschreiben, müssen in der SRT auch die Zeit mittransformieren, um die Lichtgeschwindigkeit im neuen Bezugssystem wieder gleich erscheinen zu lassen. Die drei Drehungen, drei Boosts und vier Raumzeit-Translationen werden "Poincaré-Transformationen" genannt, die 6 Transformationen ohne Raumzeit-Translationen heißen "Lorentz-Tansformationen".

So weit so gut.

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 20. Sep 2016, 08:22

Ja.

Ist damit deine o.g. Frage beantwortet?
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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von deltaxp » 20. Sep 2016, 14:44

Siebenstein hat geschrieben:Der Urknall ist doch eine logische Folge der Allgemeinen Relativitätstheorie und zwar ohne Einbeziehung der "kosmologischen Konstante", die Einstein immerhin mal als die "größte Eselei" seines Lebens bezeichnet hatte!
auch mit einer kosmologischen konstanten gibt es eine anfangssingularität. Das Einstein sie wieder rausgeschmissen hat, lag daran dass man ÜBERHAUPT eine Expansion entdeckt hat. er hatte sie ja eingeführt zur Erhaltung eines statischen Universums. in die Zukunft sehen, was moderne Messtechnik auf Skalen die das gesamte sichtbare Universum erfassen und nicht nur den kleinen Vorhof an Erkenntnissen bringen wird, konnte der gute albert auch nicht. ist immer sone Sache mit 80 jährigen zitaten, die den damaligen Kenntnisstand ensprachen auf aktuelle Ergebnisse zu beziehen.
siebenstein hat geschrieben: Die "kosmologische Konstante" beschreibt nur die kürzlich gemessene beschleunigte Ausdehnung des Universums, für die niemand eine wirklich plausible Erklärung hat, außer die, eine abstruse "Dunkle Energie" zu postulieren, die entgegengesetzt zur Gravitation wirkt.
ja und nein. die annahme einer konstante ist erstmal das einfachste was man annehmen kann. es gibt durchaus modelle, wo man keine konstante annimmt sondern ein Feld, mit sich langsam verändernder vacuum-energie. (wiederrum gibt es noch andere Theorien wie Mond oder das man in einer kosmologischen postion ist, die das vorgaukelt, inmitten einer grossen void z.b. wurde irgendwie alles diskutiert. ich weiss nicht was von den alternativen ansätzen noch so übrig ist, was mit den messungen übereinstimmt.

man misst dort den sogenannten w-Parameter. der das Verhältnis von druck zu energiedichte angibt. ist sozusage eine allgemeine zustands Gleichung . für eine wahre kosmologiesche konstante also konstante energiedichte sollte w=-1 wegen .

Und die messungen sind soweit ich weiss mit -1 verträglich, aber mit einer Tendenz etwas kleiner w=-1.10+-0.14 oder so.
aber das misst man weiter. auch ob sich w ändert über die zeit, weiss man wohl nicht genau. sieht immo nicht danach aus. so der so. liegt der wert in einem Bereich, den man eher mit einer vacuum-energie verbinden muss, als mit was anderem (ausser man modifiziert art und/oder gibt Homogenität/Isotropie auf, aber das ist alles viel komplizierter als eine energie-annahme).

insofern ist es nicht "abstruss" sondern zu allererst einfach nur ein Name, dem unsere Unkenntnis zugrunde liegt, ähnlich wie "black box". Ob das jetzt ne wirkliche konstante ist, oder sie sich doch langsam ändert. dass müssen weitere messungen ans Tageslicht führen. aber das dauert. ich kann eben leider nicht einfach sagen. ich will 1000 supernovae typ 1a Explosionen pro nacht in meinem beobachtungswinkel um schnell auf bessere Statistik zu kommen. ich muss das nehmen in der Kosmologie, was mir die Natur schenkt.

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Siebenstein » 21. Sep 2016, 03:29

Okay, das ist soweit verstanden!

Aber was ich noch nicht so recht verstanden habe:

Ordnet sich die Physik der Mathematik unter, oder umgekehrt?

Ich bin immer noch der Meinung, daß die richtige Modellvorstellung die Physik richtig beschreiben kann und nicht irgendwelche mathematischen Formalismen.

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 21. Sep 2016, 07:08

Siebenstein hat geschrieben:Ordnet sich die Physik der Mathematik unter, oder umgekehrt?
Wenn du Physik betreibst, dann Ordner sich die Mathematik der Physik unter. Die Physiker konstruieren eine oder mehrere Theorien = mathematische Modelle und testen sie. Die Konstruktion beruht auf bekannten experimentellen Ergebnissen, existierenden Theorien, die z.B. erweitert werden, Forderungen nach mathematischer Konsistenz usw. Aber letztlich ist die Mathematik das Werkzeug, um eine physikalische Theorie zu formulieren.
Siebenstein hat geschrieben:Ich bin immer noch der Meinung, daß die richtige Modellvorstellung die Physik richtig beschreiben kann und nicht irgendwelche mathematischen Formalismen.
Die mathematisch formulierte Idee Theorie ist das Modell.

Was du evtl. meinst sind anschauliche Formulierungen, vereinfachende Bilder etc. Diese dienen evtl. als Startpunkt, um eine Idee zu formulieren; dann müssen jedoch quantitative Aussagen formuliert werden, und dazu benötigt man Mathematik. Oder sie dienen dazu, eine sehr komplizierte, mathematisch formulierte Theorie ansatzweise bzw. für Laien anschaulich zu erklären; dabei handelt es sich jedoch immer um starke Vereinfachungen, rein qualitative Aussagen, grobe Ideen u.ä.

Die physikalische Therie ist und bleibt ein mathenatisch ausformuliertes Modell (seit Newton über Maxwell, Planck, Einstein, ... weiter zu Heisenberg, Schrödinger, Dirac, ... und weiter zu Feynman, Weinberg, Higgs, ... ).

EDIT: hier exemplarisch Arbeiten von Englert, Brout und Higgs:
http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103 ... ett.13.321
Https://journals.aps.org/prl/pdf/10.110 ... ett.13.508
Gruß
Tom

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Skeltek » 21. Sep 2016, 18:19

tomS hat geschrieben:
Siebenstein hat geschrieben:Ich bin immer noch der Meinung, daß die richtige Modellvorstellung die Physik richtig beschreiben kann und nicht irgendwelche mathematischen Formalismen.
Die mathematisch formulierte Idee Theorie ist das Modell.
Das einfachere Model ist der einfacheren mathematischen Beschreibung vorzuziehen.
Meist führt das einfachere Model zu einfacheren Formeln - das ist jedoch nicht die Regel: Einfache geometrische Zusammenhänge führen manchmal eben doch zu komplizierteren Formeln als komplizierte geometrische Erklärungen welche teilweise einfache Formeln bieten.
Trotzdem bleiben Formeln lediglich eine Methode modelhafte Zusammenhänge aufzuschreiben. Die Mathematik stellt (zunächst völlig Zahlen- und Formel-los) lediglich das logische Schlussfolgern und kombinieren zur Verwendung.

Als Vergleich könnte man auch das geozentrische und das koppernikanische Weltbild nehmen. Bei ersterem waren die Formeln deutlich einfacher und trafen mit nur marginalen Fehlern die Wirklichkeit richtig - konnten auch Vorhersagen bis zu einem gewissen Grad machen.
Das koppernikanische Weltbild war geometrisch einfacher, führte aber zu teilweise viel komplizierteren Formeln.
Zuletzt geändert von Skeltek am 21. Sep 2016, 23:56, insgesamt 1-mal geändert.
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

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

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von FKM » 21. Sep 2016, 19:50

Skeltek hat geschrieben: Als Vergleich könnte man auch das heliozentrische und das koppernikanische Weltbild nehmen. Bei ersterem waren die Formeln deutlich einfacher und trafen mit nur marginalen Fehlern die Wirklichkeit richtig - konnten auch Vorhersagen bis zu einem gewissen Grad machen.
Das koppernikanische Weltbild war geometrisch einfacher, führte aber zu teilweise viel komplizierteren Formeln.
:? Was ist denn der Unterschied zwischen dem heliozentrischen und dem Kopernikanischen Weltbild?

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Skeltek » 21. Sep 2016, 23:56

FKM hat geschrieben:
Skeltek hat geschrieben: Als Vergleich könnte man auch das heliozentrische und das koppernikanische Weltbild nehmen. Bei ersterem waren die Formeln deutlich einfacher und trafen mit nur marginalen Fehlern die Wirklichkeit richtig - konnten auch Vorhersagen bis zu einem gewissen Grad machen.
Das koppernikanische Weltbild war geometrisch einfacher, führte aber zu teilweise viel komplizierteren Formeln.
:? Was ist denn der Unterschied zwischen dem heliozentrischen und dem Kopernikanischen Weltbild?
Keiner natürlich. Meinte geozentrisch und nicht heliozentrisch. Kam nur beim editieren durcheinander.
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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 22. Sep 2016, 06:53

Skeltek hat geschrieben:
tomS hat geschrieben:
Siebenstein hat geschrieben:Ich bin immer noch der Meinung, daß die richtige Modellvorstellung die Physik richtig beschreiben kann und nicht irgendwelche mathematischen Formalismen.
Die mathematisch formulierte Idee Theorie ist das Modell.
Das einfachere Model ist der einfacheren mathematischen Beschreibung vorzuziehen.
Wie denn?

Nochmal: Die mathematische Beschreibung ist das Modell.

Andersherum: kennst du eine moderne physikalische, mathematisch formulierte Theorie, der ein nicht-mathematisches Modell zugrundeliegt?
Gruß
Tom

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von seeker » 22. Sep 2016, 09:25

Wenn ich Skeltek richtig verstehe, meinte er folgendes:

Wenn man verschiedene (mathematische) Modelle für einen Sachverhalt in der Natur hat und nun dem einfachsten Modell den Vorzug geben möchte, welches davon ist dann das 'einfachste' Modell? Woran kann man das messen, festmachen?
Skeltek hat geschrieben:Das koppernikanische Weltbild war geometrisch einfacher, führte aber zu teilweise viel komplizierteren Formeln.
Zu komplizierteren Berechnungen, ja...

Ja, man kann (will) deshalb offenbar 'Einfachheit' nicht so verstehen, dass sie 'einfacher zu berechnen' meint.
Einfachheit ist vielmehr so zu verstehen, dass die (nicht- bzw. vor-mathematischen!) Grundannahmen 'einfacher' im Sinne von sparsamer, symmetrischer, etc. sein sollen.
(Allerdings würde man dann vor einem Problem stehen, wenn eine so festgelegte 'sparsamste Theorie' aus mathematischen und/oder technischen Gründen praktisch überhaupt nicht mehr berechenbar oder anwendbar oder falsifizierbar wäre, also nicht handhabbar und nicht nützlich wäre. Es kann daher sein, dass man auch hier zu Kompromissen gezwungen wird. Und über die 'Wahrheit' einer Theorie kann eben wegen der Forderung nach 'Einfachheit' nichts sagen, nicht einmal, ob man sich einer solchen annähert. Man kann es nur glauben, also postulieren.)

Und Einfachheit/Sparsamkeit kann auch nur eines der Kriterien sein, die eine gute Theorie erfüllen soll. Z.b. Erklärungstiefe und Vorhersagekraft soll die Theorie auch haben, sie soll mit anderen Theorien aus anderen Fachbereichen verträglich sein, sie soll vernünftig sein (was immer das auch bedeuten mag, das ist Paradigma-abhängig) und vieles mehr.

Gruß
seeker
Grüße
seeker


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

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 22. Sep 2016, 10:00

Das Problem ist, dass man es heutzutage immer mit mathematischen Modellen zu tun hat, man also in gewisser Weise mathematsiche Komplexität vergleichen muss. Dies geht stark in Richtung Ockham's razor, d.h. um die "Einfachheit" bzw. "Sparsamkeit" mathematischer Postulate oder Axiome; dies hat jedoch gerade nichts mit umgangssprachlichen Modellen zu tun.
Gruß
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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von deltaxp » 22. Sep 2016, 12:23

beim Thema Kompliziertheit von Berechnungen darf man auch folgendes nicht vergessen. Nur der mensch will Lösungen von Gleichungen haben, wie etwa, wo kommt der stein auf wenn ich ihn so oder so loswerfe. aber der stein weiss nichts von der Lösung. er folgt nur local (im sinne von differentialgleichungen) den gerade wirkenden Kräften. Auch wenn die zugrunde liegenden Gleichungen einfach sind, kann der Lösungsraum und die Lösungen doch recht kompliziert sein. das ist dann aber unser Problem, nicht das der i.a. mathematisch einfacheren (im vgl zur Lösungsberechnung) lokalen Naturgesetze.

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 22. Sep 2016, 14:16

Ja, das ist schon sehr subjektiv.

Nehmen wir als Beispiel die Bewegung eines Teilchens in einem Potential im Rahmen der Newtonschen Mechanik. Die mathematische Formulierung lautet

S = ∫ dt (½ m^v² - U)

wobei damit noch beliebige Potential U möglich sind.

Das selbe Problem im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie wird abgeleitet aus

S = -m ∫ ds

Die bosonische Stringtheorie folgt aus

S = -T0 ∫ dA

Auf Anhieb halte ich die Newtonsche Mechanik für komplizierter, die ART und die ST für gleich einfach :-)
Gruß
Tom

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Siebenstein » 27. Sep 2016, 23:52

Ich möchte tatsächlich unterscheiden zwischen Modellvorstellung und (mathematisches) Modell.

Beispiel für Modell
Die vier Maxwell'schen Gleichungen.
Sie sind ein Modell von den durchgeführten und bis dato bekannten elektromagnetischen Experimenten, hauptsächlich durchgeführt von Faraday.

Der eigentliche Geniestreich hier war die Einführung des sog. Maxwell'schen Verschiebungsstroms im Ampere'schon Gesetz, der die Vorhersage von Elektromagnetischen Wellen erlaubte.
Zu den Maxwell'schen Gleichungen gibt es keine Modellvorstellung.

Beispiel Membranmodellvorstellung der Raumzeit:
Die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie als Modell beschreiben diese Modellvorstellung der Raumzeitkrümmung.

Aber die Messungen der Rotation von Spiralgalaxien erzwingen die Einführung von dunkler Materie und die Messung der beschleunigten Fluchtgeschwindigkeir von Galaxien die Einführung von dunkler Energie.

Beides (vor allem das Modell der kosmologischen Konstanten als Korrekturfaktor) kann die Membranvorstellung nicht wirklich mehr erklären.

Das ist ein großes Problem, oder besser gesagt, eine große Herausforderung aus meiner Sicht.

Wir brauchen neue Modellvorstellungen aus meiner Sicht, um daraus zu neuen Erkenntnissen in Form von neuen marhematischen Modellen in der Physik zu gelangen.

Die große Schwäche bei der Quantenmechanik ist doch die, dass die Matrizen und alles was dazugehört, ein rein mathematisches Modell sind.

Beispiel Modellvorstellung Ort:
Ort und Impuls sind nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmbar.
Ort ist in der Unschärferelation eine eindimensionale Wegstrecke delta s.
Ein Ort ist aber nach meiner Modellvorstellung dreidimensional, also ein Infinitesimaler Würfel oder besser Kugel mit der Dimension m^3.

Auch eine Kraftwirkung auf einen Körper setzt m.E. drei Raumsimensionen voraus.

Ein Ortsvorstellung bezogen nur auf eine eindimensionale Länge, ist physikalisch sinnlos und nur ein rein mathematische und damit auch ein quantenmechanische Modellvorstellung mit all den Schwierigkeiten, die sich zwangsläufig daraus ergeben müssen!

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 28. Sep 2016, 07:14

Siebenstein hat geschrieben:Ich möchte tatsächlich unterscheiden zwischen (anschaulicher) Modellvorstellung und (mathematisches) Modell.
(von mir)
Siebenstein hat geschrieben:Beispiel Membranmodellvorstellung der Raumzeit:
Die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie als Modell beschreiben diese Modellvorstellung der Raumzeitkrümmung.
Wobei die Raumzeitkrümmung unanschaulich ist; populärwissenschaftliche Bilder sind hier irreführend bis falsch; eine Raumzeitkrümmung existiert im Rahmen der ART bereits ohne Einbettung als Membrane in eine höherdimensionalene Raumzeit.
Siebenstein hat geschrieben:Aber die Messungen der Rotation von Spiralgalaxien erzwingen die Einführung von dunkler Materie und die Messung der beschleunigten Fluchtgeschwindigkeit von Galaxien die Einführung von dunkler Energie ...
... oder die Einführungen anderer Modifikationen, z.B. "modified Gravity".
Siebenstein hat geschrieben:Beides (vor allem das Modell der kosmologischen Konstanten als Korrekturfaktor) kann die Membranvorstellung nicht wirklich mehr erklären.
Warum nicht? Es gibt Ansätze zu "Gauge/Gravity Duality" und dS-Raumzeit im Kontext der Branenmodelle.
Siebenstein hat geschrieben:Wir brauchen neue Modellvorstellungen aus meiner Sicht, um daraus zu neuen Erkenntnissen in Form von neuen marhematischen Modellen in der Physik zu gelangen.
Wozu??

Die Vorstellungen waren nie die primären Treiber, sondern immer nur die nachgelagerten (inadäquaten) Veranschaulichungen. Warum sollte sich die Natur anschaulich erklären lassen?

Wir haben heute eher zu viele abenteuerliche Theorien (Strings, Branen, E11, ...) auf dem Markt, und zu wenig bodenständige Arbeiter, die die konservativen Ansätze (MOG, Asymptotic Safety, ...) gründlich untersuchen. Die Asymptotic Safety z.B. erklärt die kosmologische Konstante recht zwanglos ohne Einführung eines anschaulichen Modells und im wesentlichen auf Basis einer etablierten Quantisierungsvorschrift der ART.
Siebenstein hat geschrieben:Die große Schwäche bei der Quantenmechanik ist doch die, dass die Matrizen und alles was dazugehört, ein rein mathematisches Modell sind.
Das ist keine Schwäche!

Im Gegensatz zu "anschaulichen" Ideen wie der Stringtheorie funktioniert die Quantenmechanik als konsistente und bisher nicht-widerlegte Theorie. Das wünsche ich mir von anderen Ansätzen auch. Was nützt eine anschauliches Modellvorstellung, wenn keine überprüfbaren Vorhersagen generiert werden?
Siebenstein hat geschrieben:Beispiel Modellvorstellung Ort:
Ort und Impuls sind nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmbar.
Ort ist in der Unschärferelation eine eindimensionale Wegstrecke delta s.
So ist das nicht.

Es bringt wenig, wenn du Bilder zu Theorien entwirfst oder kritisierst, ohne die Theorien verstanden zu haben.
Gruß
Tom

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von deltaxp » 28. Sep 2016, 12:41

@ siebenstein. Unschärferelationen gelten für komplementäre Größen in jede Raumrichtungen, unter Umständen auch für unterschiedliche raumrichtungskompnenten wie etwea bei drehimpulsen. das lernt man im Quantenmechanik-Grundkurs.

Und ich muss Tom zustimmen. Auch wenn ich ein freund von verbalen Erklärungen, sozusagen dem leben der abstrakten mathematischen Formulierungen bin. muss man eingestehen, dass bisher in der Physik fast immer zuerst die mathematische Formulierung lag und erst später daraus verbale Bezeichnungen und dann Analogien zur Veranschaulichung, die alle ihre schwächen haben, wurden. Gerade das ist ja die Grundlage der modernen physik-Wissenschaft.

Galilei hat bei seinen fall-Experimenten eben rausgefunden dass die der weg proportional zum zeit-Quadrat ist und daraus das Fallgesetz gemacht. Keppler hat dank tycho brahes peniblen Aufzeichnungen die keplerschen Gesetze formulieren können. Newton hat dank der akribischen mathematischen Formulierung letzlich auf die newtonschen gesetze und Gravitationsgesetz schliesssen können.

Als sich Einstein nach der srtt begann mit der art zu beschäftigen hat er vielmehr die invariante Formulierung von Gesetzen in allen Bezugssystemen im kopf gehabt als eine raumzeitkrümmung. Das es darauf hinauslief wurde erst im laufe der arbeit klar.

max Planck hat aufgrund der mathematischen Divergenzen in wienschen und relay-jeanschen strahlungsgesetz aus laute Verzweiflung die diskreten energiequanten eingeführt und so die qm begründet.

sicher spielt physikalische Intuition (gerade bei Einstein z.b.) eine wichtige rolle beim Theorien bauen. aber diese physikalische Intuition ist nicht immer eine Vorstellung aus unser klassischen welt, sondern häufig eine eher abstrakte annahme, die dann fürs Modell mathematisch umgesetzt wird. ohne mathematische Formulierung kann man eine Theorie im Experiment nicht falsifizieren oder das vertrauen in sie erhöhen. denn man muss ja quantitaive vorhersagen machen, die man drch Experimente bestätigen oder widerlegen kann. und das geht nur über Mathematik.

ist das gut oder schlecht ? unerheblich. die Natur ist so. wäre sie ohne quantitative Kausalität würde es uns nicht geben, um darüber zu diskutieren. man stelle sich nur vor, yo, aufeinmal ohne eine quantitive klare Ursache fällt die erde auf die sonne zu. das wär schon Sch... ... für uns zumindest.

wenn wir uns mit Theorien in Bereiche bewegen, die weitab unser alltags-Vorstellung sind, sollte es uns nicht wundern, dass es zunehmend schwieriger wird, Analogien zu finden, die unserer Vorstellungswelt entsprechen. jemandem von Geburt an blinden eine Vorstellung von rot,grün und blau zu vermitteln ist eben schlicht nicht möglich. aber wir können ihm erklären das gesunde menschenaugen 3 verschiedene Frequenzbereiche wahrnehmen können, die wir mit rot grün blau bezeichnen und Mischungen dieser mit anderen begriffen bezeichnet werden. das hilft ihmm in seiner vorstellung aber nicht weiter. Wir könnten versuchen eine Analogie mit verschiedenen Ton-Höhen aufzubauen, die man räumlich anordnen kann und laut eben hell und leise eben dunkel bedeuted. diese Analogie mag ihm helfen herauszufinden was sehen bedeuted, aber kann er sich ein bild wie wir es sehen dadurch vorstellen ?

mit den mathematischen Formulierungen und den verbalen Analogien ist halt nicht anders. das ist aber keine schwäche, sondern eine ungemeine stärke, denn es bedeutet, dass wir uns mittles der mathematischen Abstraktion über unsere Limitierungen hinwegsetzen können. und darüber kann ich eigentlich nur staunen.

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Job » 28. Sep 2016, 19:59

tomS hat geschrieben:
Siebenstein hat geschrieben:Wir brauchen neue Modellvorstellungen aus meiner Sicht, um daraus zu neuen Erkenntnissen in Form von neuen marhematischen Modellen in der Physik zu gelangen.
Wozu??

Die Vorstellungen waren nie die primären Treiber, sondern immer nur die nachgelagerten (inadäquaten) Veranschaulichungen. Warum sollte sich die Natur anschaulich erklären lassen?
Ich finde Eure Diskussion sehr interessant und auch sehr wichtig. Tom, Deine Aussage, dass die Vorstellungen nie die primären Treiber waren, gilt aus meiner Sicht nur für die letzten ca. 80 Jahre und das ist ja genau das Problem, das Siebenstein und ich auch ansprechen möchten.

Siebenstein hat geschrieben:Der eigentliche Geniestreich hier war die Einführung des sog. Maxwell'schen Verschiebungsstroms im Ampere'schon Gesetz, der die Vorhersage von Elektromagnetischen Wellen erlaubte.
Zu den Maxwell'schen Gleichungen gibt es keine Modellvorstellung.
Das ist so nicht ganz richtig, sondern trägt schon ein wenig den Geist der letzten 80 Jahre in sich. Maxwell hatte sehr wohl eine Modellvorstellung als er seine Gleichungen aufgestellt hat und es war sogar eine mechanische Modellvorstellung. Ohne diese Modellvorstellung hätte er den Verschiebestrom womöglich gar nicht „gefunden“. Die Herleitung der elektromagnetischen Wellen direkt aus den Feldgleichungen statt aus dem mechanischen Modell hat er erst etwas später veröffentlicht. Dies ist dann zum Mainstream geworden und seine ursprüngliche mechanische Modellvorstellung ist in Vergessenheit geraten.
Siebenstein hat geschrieben: Wir brauchen neue Modellvorstellungen aus meiner Sicht, um daraus zu neuen Erkenntnissen in Form von neuen marhematischen Modellen in der Physik zu gelangen.
Siebenstein, ich glaube nicht, dass wir neue Modellvorstellungen brauchen, um neue mathematische Modelle zu bekommen. Es reicht m.E. aus, für die bestehenden mathematischen Modelle überhaupt erstmal eine anschauliche Modellvorstellung zu haben. Ich stimme mit Tom überein, dass wir keine neuen mathematischen Modelle brauchen, ich stimme mit Dir überein, dass wir eine anschauliche Modellvorstellung dazu brauchen. Die meisten sind heute davon überzeugt, dass es so eine anschauliche Modellvorstellung für die QM, SRT und ART gar nicht geben kann und suchen daher auch nicht danach, so dass sich die Überzeugung Jahr um Jahr bestätigt und immer größer wird. Wir glauben nicht mehr daran, dass es so etwas geben kann. Bewiesen ist es aber nicht. Im Gegenteil. Irgendetwas muss sich ja in der Natur so verhalten, wie die Gleichungen es abbilden. Die Mathematik schreibt der Natur nicht vor, wie sie sich zu verhalten hat, sondern kann höchstens möglichst gut abbilden, was die Natur ihr vorgibt.

Auf der einen Seite haben wir gewaltige Fortschritte gemacht und können viele Phänomene inzwischen berechnen und auch praktisch nutzen. Auf der anderen Seite haben wir zum Teil keine Idee, was wir denn da eigentlich genau beschreiben und wir wissen auch nicht, warum unsere Modelle eigentlich so gut funktionieren. Über die grundlegende Natur der Dinge wissen wir im Grunde nur wenig. Und es ist aus meiner Sicht sogar so, dass wir uns in den letzten Jahrzehnten eher weiter von Antworten auf diese Fragen entfernt haben als dass wir ihnen näher gekommen wären.

Was ich damit meine, möchte ich am Beispiel Masse etwas erläutern. Ich habe viele Aussagen im Folgenden nicht im Konjunktiv gemacht, weil es sich so besser liest. Die meisten (sachlichen) Aussagen selbst sind aber keine reine Spekulation, in dem Sinne, dass sie einfach nur so Behauptungen sind. Sie ergeben sich (auch formal) aus einem relativ einfachen anschaulichen Grundmodell. Dieses Grundmodell ist keine Alternative zu QM, SRT, ART, sondern soll erklären, woraus sich deren Postulate ergeben und was sie eigentlich beschreiben. Ob dieses Grundmodell der Natur schon sehr nahe kommt, weiß ich natürlich nicht. Wir können grundsätzlich bei einem Modell eigentlich immer nur sagen: Die Natur verhält sich so, als ob sie aus den Strukturen und Wechselwirkungen eines Modells bestehen würde. Da diese Strukturen und ihre Wechselwirkungen auf einer tiefen Ebene für uns nicht mehr direkt einzeln messbar sind (zu klein), werden wir wohl nie wirklich wissen, wie es ausserhalb des uns messtechnisch zugänglichen Teils wirklich aussieht. Damit müssen wir wohl leben.

Ich kann hier auf keine Einzelheiten eingehen, da es wohl eh schon zu lang ist (sorry), sondern versuche, die Implikationen des Modells auf einige heutige Sichtweisen und Interpretationen aufzuzeigen. Ich hoffe auch, dass dabei ein wenig klar wird, warum ein anschauliches Modell so wichtig wäre.

Was ist Masse?

Früher hatte man intuitiv den Begriff Masse mit den Eigenschaften zum Beispiel einer Metallkugel verbunden. Schwere, Form, Struktur, Ausdehnung, etc. sind damit verbunden. Heute ist uns der Begriff Masse mehr und mehr im wahrsten Sinne des Wortes zwischen den Fingern zerronnen. Dafür gibt es auch zweifellos gute Gründe. Dies liegt zum Beispiel daran, dass wir das Proton nun im Detail etwas besser kennen und dort experimentell nachweisbar ist, dass die drei Hauptbausteine (Quarks) nicht annähernd die Gesamtmasse des Protons ausmachen, sondern der Löwenanteil aus, nennen wir es dynamischer Masse, bestehen muss.

Da wir nicht wissen, was diese dynamische Masse ist, haben wir Einsteins Gleichung E = mc2 genommen und trösten uns oft mit der Aussage, dass Masse im Grunde Energie ist. Damit haben wir aber nur einen Begriff (Masse), den wir noch nicht verstanden haben, durch einen anderen Begriff (Energie) substituiert, den wir im Grunde genommen genau sowenig verstehen wie den Begriff, den wir damit erklären wollen. Keiner weiss heute, was Energie wirklich ist. Bei Masse haben wir makroskopisch gesehen zumindest ein Pendant in der Natur. Die entscheidende Frage ist dabei, was denn das primäre ist, die Masse oder die Energie? Oder anders gefragt: Leitet sich die Masse aus der Energie ab (was wir heute favorisieren) oder leitet sich die Energie aus der Masse ab.

Heute interpretieren wir Einsteins Gleichung sehr oft so, dass wir die Gleichung so sehen: m = E/c2. c2 hat dabei lediglich die Bedeutung eines Umrechnungsfaktors und wird physikalisch nicht weiter interpretiert. Wenn wir die Gleichung einmal wörtlich so nehmen wie sie ist, besagt sie aber auch: Energie ist Masse in Bewegung und die Geschwindigkeit dieser Bewegung ist c. Oder anders ausgedrückt, was der Traum mancher Physiker des 19. Jahrhunderts war: Energie ist kinetischer Natur.

Bei dieser Sichtweise wäre dann klar, was Energie ist, wenn wir wüssten, was Masse ist und warum sie sich (im Durchschnitt) mit c bewegt.

Diesen Fragen geht heute kaum einer nach, weil wir die Masse durch einige weitere Annahmen immer weiter „klein“ gemacht haben und der Energie den Vortritt lassen. Dem Elektron zum Beispiel wird im Standardmodell keine Ausdehnung und damit auch keine Struktur zugestanden. Die Annahme, dass das Elektron ein Punktteilchen ist, ist aber eine Annahme, die nicht bewiesen ist. Es gibt zugegeben durchaus Gründe für diese Annahme, aber zwingend sind sie nicht.

Sonst gäbe es ja auch nicht den Ansatz der Stringtheorie. Sie gesteht dem Elektron zumindest eine Dimension zu. Man hätte sich meiner Meinung nach aber viel Mühe sparen können, wenn man gleich 3 Dimensionen genommen hätte und das Elektron nicht als schwingenden String (was auch immer das sein soll), sondern als (mit c) oszillierendes (schwingendes) 3-dimensionales Teilchen betrachtet hätte. Die Geschwindigkeit c ist dabei nicht als eine gerichtete Geschwindigkeit zu interpretieren, sondern als mittlere quadratische Geschwindigkeit, so wie sie auch in der Thermodynamik benutzt wird.

Der Ansatz der Stringtheorie, das Elektron nicht mehr als Punktteilchen zu betrachten, ist aus meiner Sicht goldrichtig. Auch die Annahme, dass es schwingt und die Frequenz und die Art der Schwingung von großer Bedeutung sind, ist goldrichtig. Ein Pendant in der QM ist die Zitterbewegung des Elektrons, die Schrödinger aus der Dirac-Gleichung abgeleitet hat. Dies wiederum kann man als quantenmechanischen harmonischen Oszillator auffassen. Dessen Lösungen wiederum sind die Hermitefunktionen, die wiederum eine Orthonormalbasis für den quantenmechanischen Hilbertraum bilden. Dies bedeutet, dass ich Zustände als „Summe" von einzelnen Oszillatoren darstellen kann. Es reicht also im Wesentlichen, die Natur der Oszillatoren zu verstehen. Dieser Ansatz findet sich auch bei Bohm zum Teil wieder, weil das harmonische Potential in geeigneter Form die Basis für sein Quantenpotential wäre. Und es wird auch erkennbar, dass der Pfadintegralansatz von Richard Feynman im Grunde bereits eine anschauliche Interpretation ist, die man auch verstehen kann und die die Realität (fast beliebige mögliche (zufällige) Bahnen der Zitterbewegung) im Gegensatz zu Bohms Ansatz (deterministische Bahnen) besser widerspiegelt, mit einer großen Ausnahme (s.u.).

Kommen wir zur Frage, was ein Elektron dazu bewegt, auf eine ganz bestimmte Art zu oszillieren. Die Antwort darauf lautet: Die Kräfte des Vakuums in Verbindung mit der Struktur und den Eigenschaften (u.a. Spin) des Elektrons. An dieser Stelle kommt der Zufall ins Spiel. Die Geschwindigkeit c, mit der das Elektron auf Grund der Vakuumkräfte oszilliert ist keine feste Geschwindigkeit, sondern folgt einer Maxwell-Boltzmann Geschwindigkeitsverteilung mit Varianz c2, die sich auch als stationäre Lösung des quantenmechanischen Oszillators ergibt (Impulsdarstellung). Hierdurch kommt die Thermodynamik ins Spiel, da Elektron und Vakuum zusammen ein (durchaus sehr komplexes) thermodynamisches System bilden. Man kann daher dem Elektron auch eine Temperatur (Temperatur des unmittelbaren Umfeldes) zuweisen, da das Vakuum als eine Art komplexes und dynamisches Wärmebad angesehen werden kann.

Eine mittlere quadratische Geschwindigkeit von c widerspricht nicht der SRT, weil der Lorentzfaktor von der „klassischen“ Impulsgeschwindigkeit v = <v> < c abhängt und nicht von der thermischen Geschwindigkeit <v2> = c2. Ein Elektron "in Ruhe" hat keinen Eigenimpuls, da mv = m<v> = 0, aber trotzdem eine thermische Geschwindigkeit Wurzel <v2> = c. Auch Überlichtgeschwindigkeit für sehr kurze Zeiträume (ergibt sich aus der Maxwell-Boltzmann Verteilung) steht damit nicht im Widerspruch zur SRT und ist z.B. die Ursache des Tunneleffekts. In der heutigen Thermodynamik betrachten wir nur die <v> Geschwindigkeiten, da wir das Vakuum nicht mit in Betracht ziehen. Das Vakuum macht aber auch ein „ruhendes“ Elektron immer zu einem (mit Wurzel <v2> = c) bewegten Elektron. Ein „ruhendes" Elektron befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht mit dem Vakuum. Der Energiebeitrag des ruhenden Elektrons wird heute in der Thermodynamik nicht berücksichtigt, sondern nur die zusätzliche kinetische Energie durch einen Eigenimpuls (v = <v>).

Die Reise eines Elektrons mit einer „konstanten" Geschwindigkeit <v> von A nach B ist dann keine Gerade mehr wie in der klassischen Physik angenommen, sondern das Elektron bewegt sich durch die ständigen Zitterbewegungen (Schwingungen) von A nach B in einem Polygonzug (Pfad). Dieser Polygonzug ist nicht deterministisch (wie Bohm es annimmt), sondern es ist zufällig (Einfluss des Vakuums), welchen Polygonzug das Teilchen in einem konkreten Fall von A nach B gerade nimmt. Der entscheidende Unterschied zur heutigen Interpretation (Pfadintegral) ist, dass das Elektron nicht alle möglichen Pfade von A nach B gleichzeitig durchläuft, sondern dass genau ein konkreter Pfad durch Zufall aus der Menge aller möglichen zufälligen Pfade realisiert wird. Beim Startpunkt A kann das Elektron noch potentiell alle möglichen Pfade durchlaufen. Wenn es in B angekommen ist, hat es aber genau einen davon auch tatsächlich durchlaufen. Daher besteht auch keine Notwendigkeit, irgendeinen Kollaps oder viele Welten zu bemühen, da das Elektron zu jeder Zeit real existiert und real genau einen Pfad durchläuft. Wir können nur nicht genau sagen, welche der möglichen Pfade es jeweils nimmt und damit auch nicht, wo es sich genau aufhält und welchen Impuls es gerade hat, da dies von der stochastischen Verteilung der wirkenden Vakuumkräfte (Zufall) abhängig ist. Wir können nur Aussagen darüber machen, welche Pfade wahrscheinlicher sind als andere.

Newtons 1. Axiom
„Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig geradlinigen Translation, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird.“
wird dadurch nicht falsch, aber diese Kräfte sind durch die Auswirkungen des Vakuums auf die Bewegungen der Teilchen permanent am wirken. Die durchschnittliche Anzahl diese Krafteinwirkungen pro Sekunde bilden wir heute über Frequenzen ab. Beim ruhenden Elektron ist dies seine Compton Frequenz. Ein ruhendes Elektron zittert also im Durchschnitt ca. 1020 mal in der Sekunde. Nur zwischen zwei Krafteinwirkungen bewegt sich ein Elektron tatsächlich auf einer Geraden. Es gibt also keinen absoluten Raum, in dem ein Teilchen auf ewig ohne Krafteinwirkung einer Geraden folgen könnte, sondern der Inhalt des Raumes (Vakuum) hat einen permanenten Einfluss auf seine Bewegung, die wiederum Einfluss auf den Zustand des Raums in seiner näheren Umgebung hat. Ist ein Teilchen makroskopisch groß, ist die Amplitude dieser Zitterbewegungen für uns nicht messbar, da sie von der Gesamtmasse abhängt und bei größeren Massen winzig klein ist. Dann können wir in Annäherung wie bei Newton von einer Geraden ausgehen. Bei Elementarteilchen wie dem Elektron, ist die Auswirkung wegen ihrer geringen Masse aber erheblich und die (durchschnittliche = Standardabweichung) Amplitude bei einem ruhenden Elektron zum Beispiel entspricht dabei seiner Compton Wellenlänge (= mittlere freie Weglänge). Das Problem des Übergangs von Quantenmechanik zu klassischer Mechanik wäre damit gar kein Problem. Auch ein klassisches Teilchen gehorcht der Quantenmechanik und zittert, allerdings für uns nicht messbar. Eine 1 kg schwere Metallkugel zum Beispiel hat eine Amplitude von ca. 10-42 m.

Unter diesen Umständen ist die Bewegung eines Elektrons von A nach B real ein irreversibler Prozess. Am nächsten kommt dabei der Realität noch der Pfadintegralansatz von Richard Feynman. Die Interpretation, dass ein Elektron dann alle Pfade von A nach B gleichzeitig durchläuft, oder dass sich bei jedem Knoten des Pfades eine neue Welt neben anderen etabliert (Viele Welten) ist hier aber das Problem, das zu einer für mich nicht glaubwürdigen Aussage führt. Weder das eine noch das andere hat die Natur als Konstruktionsprinzip. Die Natur folgt logischen und kausalen Prinzipien (so wie sie sich auch in Newtons Gesetzen wiederfinden) und kann daher auch durch die Mathematik so gut repräsentiert werden. Wir hätten hier sogar den Fall, wo die Natur „logischer“ ist als wir heute annehmen. Die Grundkonstruktion kann nämlich eine grundlegende Frage der Mathematik (Gültigkeitsbereich des Auswahlaxioms) beantworten. Das Auswahlaxiom in seiner schärfsten Formulierung (für beliebige Mengen) wäre demnach in der Natur nicht realisiert. Die Natur vermeidet damit Paradoxien wie das Banach-Tarski-Theorem. Unendlichkeiten spielen aber trotzdem eine entscheidende Rolle.

Bemerkenswert ist, dass man das Vakuum (und damit auch unseren Raum und unsere Zeit) nur dann logisch und kausal verstehen kann, wenn man bestimmte Unendlichkeiten zulässt. Das hat auch Bezüge zu den Grundaxiomen der Mathematik und zum Unvollständigkeitssatz von Gödel. Dass in der QM Unendlichkeiten auftreten (auch ohne, dass man das Elektron als Punktteilchen betrachtet) hat durchaus einen realen Hintergrund. Sie sind Bestandteil der Natur. Überhaupt schimmert in der ganzen Konstruktion der QM über Hilberträume mit abzählbar unendlichen Orthonormalbasen das Wesen der Natur durch. Das kann man aber nur dann erkennen, wenn die Ontologie des Vakuums und der Materie bekannt ist.

Bitte versteht mich nicht falsch. Ich finde die QM genial und ich könnte diese Zeilen ja auch gar nicht schreiben, wenn es sie nicht gäbe. Es geht mir darum, sie physikalisch zu verstehen. Und das ist möglich, wenn man es wirklich will.

Man kann daraus folgern, dass Einsteins Gleichungen E = mc2 und E = vh bei geeigneter Interpretation (<v>h = <E> = mc2 = m <v2> = 3kT) bereits einige grundlegenden Eigenschaften der Quantenmechanik enthalten und man kann auch zeigen, dass die SRT und ein Teil der QM (Heisenbergsche Unschärferalation) dieselben physikalischen Wurzeln haben. Auch der Antwort auf die Frage „Was ist Zeit?“ kommt man damit ein gutes Stück näher.

Das eigentlich geniale der QM für mich ist aber die Fähigkeit, das Verhalten von Mehrteilchensystemen zu beschreiben und in diesem Zusammenhang das Phänomen der Superposition. Auch dies kann man anschaulich erklären und hat seine Ursache ebenfalls in der Beschaffenheit des Vakuums. Das Vakuum (und damit auch der Raum unseres Universums) wird dabei zu einem komplexen dynamischen Counterpart der Teilchen, die wir kennen und sorgt dafür, dass die Bewegungsgleichungen mehrerer Teilchen nicht unabhängig von einander sind wie in der klassischen Physik angenommen, sondern verzahnt. Andere „Teilchen" können in diesem Sinne natürlich auch Messapparate oder ein Doppelspalt sein. Die Interferenzen, die beim Doppelspalt eine Rolle spielen, sind dann nicht Interferenzen des Photons oder des Elektrons selbst (das sind Teilchen, keine Wellen), sondern Interferenzen im Vakuum, die selbst aber wieder Einfluss auf die Bewegungen des Photons und des Elektrons haben. Die Analogie zu Einsteins ART, wo Raum und Masse sich gegenseitig beeinflussen, ist nicht zufällig. Der dynamische Raum ist auch bei der ART ein Grundbestandteil. Hier haben QM und ART sehr viel gemeinsam.

Der Ansatz der Stringtheorie ist für mich eigentlich ein Grund zur Freude, da er in die Richtung geht, die Dinge konkreter zu machen. Der Ansatz, dass Materie aus oszillierenden Teilchen (mit einer Ausdehnung > 0) besteht, ist m.E. goldrichtig. Die Stringtheorie hat aus meiner Sicht aber zwei große Probleme. Zum einen die Wahl von „eindimensionalen oszillierenden Strings“ als Teilchenrepräsentanz (statt „normale“ Teilchen mit 3 Dimensionen) und deren Interpretationen. Zum anderen, und dieses Problem findet man auch in der SRT und ART wieder, die Interpretation der zusätzlichen Dimensionen, die in den mathematischen Modellen auftauchen.

Diese zusätzlichen (mathematischen) Dimensionen (die 4. bei SRT und ART, die 5. bei Kaluza-Klein), haben durchaus eine physikalische Bedeutung. Sie haben aber nichts mit zusätzlichen Raumdimensionen zu tun. Der Raum ist 3 dimensional. Unser Universum ist keine Hyperfläche in einem 4-dimensionalen Raum. Das ist lediglich eine Fehlinterpretation, was die 4. mathematische Dimension eigentlich physikalisch bedeutet. Wir wissen heute nicht, was das Linienelement im Minkowski Raum zum Beispiel physikalisch bedeutet und daher kann man natürlich auf diese Ideen kommen. Sie entsprechen aber nicht der Realität. Auch die Vorstellung, der Raum sei in einem Bereich gekrümmt, hat nichts mit einer 4. Raumdimension zu tun, sondern lediglich mit dem Zustand des Vakuums in diesem 3 dimensionalen Raumabschnitt.

Kaum einer würde auf die Idee kommen, zu behaupten, dass ein Ball, der einer gekrümmten Bahn folgt, weil er in einen Wasserstrudel gerät, dies tut, weil der Raum hier gekrümmt ist. Wir würden sagen, dass er einer gekrümmten Bahn folgt, weil der Inhalt des Raumes (Wasserstrudel) an dieser Stelle ihn dazu zwingt. Natürlich kann dieses Beispiel mathematisch auch in mehr als 3 Dimensionen modelliert werden, in dem man die Kräfte des Strudels in den 3 Dimensionen entfernt und durch zusätzliche Dimensionen abbildet. Trotzdem würde dann kein Physiker behaupten, dass sich der Ball physikalisch in einer Hyperfläche eines n-dimensionalen Raumes bewegt. Wenn man also weiß, was man eigentlich modelliert, wird man die reale Situation als Interpretation wählen, auch wenn das mathematische Modell dies nicht eins zu eins abbildet. Wenn man das mathematische Modell zuerst hat, und nicht weiß, was es eigentlich repräsentiert, kann es schwierig werden. Denn es gibt nur eine Lösung in der Natur, aber viele verschiedene mathematische Modelle mit zum Teil unendlich vielen Lösungen dazu. Wir haben es hier mit einer 1:N Beziehung zu tun. Unser Problem heute ist, dass wir (im übertragenen Sinn) diesen „Wasserstrudel" nicht sehen können. Der Raum scheint für uns leer, ist es aber nicht. Wir haben zwar die Mittel zur Hand, die gekrümmte Bahn des Balles zu berechnen, wir wissen aber nicht, was die Ursache ist und sind auf die Interpretation unserer mathematischen Modelle angewiesen. Diese Interpretationen müssen dann wegen der 1:N Problematik nicht unbedingt immer zutreffen. Wenn wir diese Interpretationen allgemein akzeptieren und nicht mehr hinterfragen, können sie uns davon abhalten, nach den wahren Ursachen zu suchen.

Aus wahrscheinlich unterschiedlichsten Gründen ist aus meiner Sicht ein Trend in der theoretischen Physik entstanden, nicht mehr nach diesen natürlichen Ursachen zu suchen, sondern bestimmte mathematische Modelle wörtlich zu nehmen, auch wenn daraus Interpretationen resultieren, die keiner mehr „begreifen“ kann. Dies soll nicht als Vorwurf an die einzelnen Physiker verstanden werden. Es ist wohl eher eine Frage des Systems, das kaum noch Spielraum für diese Art von Forschung zulässt, wenn man Lee Smolin in seinem Buch „Die Zukunft der Physik“ in Kapitel 18 Glauben schenkt.

Meine Bewunderung für die Physik ist in den letzten Jahren ständig gewachsen. In diesem Punkt (Interpretationen) allerdings kann ich ihnen nicht folgen. Bei der QM haben diese Interpretationen kaum direkte (praktische) Auswirkungen, ausser, dass sie im Grunde keiner begreifen kann. Die Interpretation der 4. Dimension bei der ART hat aber Auswirkungen auf das Verständnis unseres Universums, die uns zum Teil auf eine falsche Fährte lockt.

Letztendlich repräsentieren diese zusätzlichen Dimensionen zusätzliche Freiheitsgrade und damit verbunden Kräfte, die durch die Struktur und Dynamik des Vakuums bedingt sind. Sie haben also durchaus einen Bezug zum Raum selbst, aber nur in Form von zusätzlichen Freiheitsgraden. Es ist ähnlich wie in der Thermodynamik, aber noch ein wenig „verwobener“. Der Raum als leerer (absoluter) Raum existiert nicht. Der Raum unseres Universums ist im Prinzip das emergente Resultat seines komplexen und dynamischen Inhaltes. Ohne Inhalt, kein Raum. Man kann aber auch nicht wirklich sagen, der Inhalt ist der Raum. Der Raum ist ein Grenzwert seines Inhalts, so etwas wie eine aktual Unendlichkeit. Das Resultat ist 3 dimensional und kontinuierlich. Der Inhalt ist ontologisch gesehen diskret. An dieser Stelle (beim Übergang) versagen allerdings meine Vorstellungskräfte. Man kann das Konstruktionsprinzip des Inhalts (Vakuum) und das Resultat (Raum) ohne Probleme verstehen und begreifen. Was da aber genau vor sich geht, wie also aus dem Inhalt dann tatsächlich der Raum emergiert, bleibt für mich ein Geheimnis. Die Zustände des Inhaltes sind vielschichtig und untereinander verwoben. Eine grosse Masse oder eine Bewegung eines Teilchens zum Beispiel, beeinflussen diesen Inhalt in der näheren Umgebung und führen zu verschiedenen Strukturänderungen, die auch lokale Rotationen des Inhaltes (Lense-Thirring Effekt) oder lokale Über- und Unterdrücke sein können. Dies kann man dann zum Teil durchaus auch als „Raumkrümmung“ interpretieren, wenn man will, aber ohne, dass zusätzliche Raum-Dimensionen notwendig wären.

Die SRT in ihrer modernen Form (in Einsteins Arbeit von 1905 kommt keine 4. Dimension vor) bildet einen Aspekt dieser Vakuumkräfte über eine 4. Dimension ab. Dieser eine Aspekt der Vakuumkräfte führt zu einem zusätzlichem Freiheitsgrad (= zusätzliche Kraft orthogonal zum klassischen Geschwindigkeitsvektor) bei den Bewegungsgleichungen und ist bei der klassischen Schrödingergleichung implizit durch das i berücksichtigt. Letztere hat damit bereits einen Teil der SRT unbewusst im Bauch. Die Version von Kaluza Klein bildet einen weiteren zweiten Aspekt dieser Vakuum-Zustände über eine zusätzliche 5.Dimension ab. Das kann man machen, führt aber auch hier zunächst zu dem Problem, dass man diese zusätzliche 5. Dimension zum Beispiel experimentell nicht nachweisen kann. Man hat bei Kaluza-Klein ein Verfahren angewendet, dass man diese 5. Dimension kompaktifiziert und so „aufrollt“, dass sie extrem klein und für uns nicht mehr messbar ist. Ich bin immer wieder fasziniert und das meine ich wirklich sehr positiv und mit großem Respekt, dass es den Physikern gelingt, aus diesen abstrakten und komplexen Modellen dann doch noch etwas heraus zu kitzeln, was wieder in der Natur verankert ist, ohne zu wissen, was es wirklich repräsentiert. Es wäre aber vieles einfacher, wenn man wüsste, was die Grundbausteine und ihre Wechselwirkungen sind. Diese so aufgerollte 5. Dimension repräsentiert (wie die 4. auch) bestimmte Teilchenarten des Vakuums, die wir bisher noch nicht auf dem Schirm haben.

Diese Teilchen leben nicht in einer anderen Dimension, sondern teilen sich den 3 dimensionalen Raum mit den anderen Teilchen, die wir schon kennen. Sie umgeben und durchdringen uns ständig und wechselwirken mit den uns bekannten Teilchen und auch untereinander. Sie sind mit dafür verantwortlich, dass wir überhaupt existieren, dass Kräfte übertragen werden, etc. Die 4. und 5. mathematische Dimension ist im Grunde ein Kniff, um die Kräfte, die in 3 Dimensionen auf verschiedenen Ebenen herrschen, mathematisch zusammen mit Ihren Auswirkungen (Metriken, Tensoren, etc.) kompakt abzubilden. Etwas vereinfacht kann man sagen, dass die 4. und 5. Dimension Teilchen des Vakuums und ihre Wechselwirkungen und damit verbundenen Kräfte repräsentieren, aus denen zum einen auch die Magnetfelder aufgebaut sind, die bei der SRT eine entscheidende Rolle spielen und zum anderen die elektrischen Felder bestehen. Wie wir durch die Maxwellgleichungen wissen, sind beide durch ihre Wechselwirkungen sehr eng miteinander verbunden, und obwohl sich sowohl die verschiedenen Teilchen als auch ihre individuellen grundlegenden Wechselwirkungen relativ einfach beschreiben lassen, ist die Dynamik, die sich daraus ergibt, äusserst komplex. Unsere Gleichungen sind korrekt, ihre Interpretation in Bezug auf den Raum nicht.

Da Kräfte grundsätzlich nur über Teilchen des Vakuums übertragen werden können und die Teilchen, die wir kennen, Konglomerate (Kondensate) dieser Vakuumteilchen sind, ist einsichtig, warum bestimmte physikalische Grundwerte wie Masse, Energie, Ladung in diskreter Form auftauchen. Die Quantenmechanik kann dies zum Teil mathematisch aus den Gleichungen herleiten, weiß aber nicht, was wirklich der Grund dafür ist. Das gleiche gilt auch für bestimmte Felder. Die Träger der Feldeigenschaften sind die Vakuumteilchen. Auch einige Erhaltungssätze, die wir heute nur postulieren können, ergeben sich kanonisch aus dieser Grundkonstruktion.

Wir stehen m.E. heute vor einem ähnlichen Dilemma, wie im 19. Jahrhundert diejenigen, die versuchten, eine Erklärung für die Brownsche Bewegung zu finden, ohne zu wissen, wie die untergelagerte Ebene (damals Atome, heute Vakuum) beschaffen ist, deren Verständnis für eine Erklärung jedoch zwingend notwendig ist. Erst 1905 und 1906 haben Einstein und Smoluchowski für die Erklärung der Brownschen Bewegung eine Lösung gefunden, ca. 80 Jahre nach ihrer Entdeckung. Über das Vakuum haben wir heute noch unzureichende Vorstellungen. Was dazu u.a. aus dem Grundmodell ableitbar ist, möchte ich aus meiner Sicht kurz kommentieren:.

Das Vakuum ist nicht leer —> richtig

Es gibt so etwas wie Vakuumfluktuationen —> richtig

Aus dem reinen Vakuum heraus (ohne sonstige Materie in der Nähe) können heute kurzfristig „virtuelle“ Teilchen entstehen (insb. Elektronen und Positronen) —> nicht richtig.
Das ist zwar nicht völlig ausgeschlossen, aber so unwahrscheinlich, dass es heute nicht mehr stattfindet. Zum Entstehungszeitpunkt unseres Universum war das anders. Dort ist genau das passiert. Es herrschten aber andere Verhältnisse als heute.

In der Nähe von uns bekannten Teilchen können aus dem Vakuum heraus kurzfristig „virtuelle“ Teilchen entstehen —> richtig.
Sie sind sogar real, nicht nur virtuell oder fiktiv. Für die Erzeugung solcher Teilchen aus dem Vakuum heraus sind „Kondensationskerne" in Form von Elektronen oder anderer Teilchen notwendig. Das reine Vakuum kann heute ohne diese Kondensationskerne nicht spontan kondensieren und damit auch keine neuen Teilchen hervorbringen (s.o.).

Wechselwirkungen werden von virtuellen Teilchen vermittelt. —> richtig.
Genauer: Wechselwirkungen und alle Kräfte werden von realen Vakuumteilchen in verschiedener Form übertragen.

Aus dem Vakuum kann ich mir beliebig viel Energie „borgen“, wenn der Zeitraum nur hinreichend kurz ist. —> nicht richtig.
Dies hat verschiedene Gründe. Einer davon ist das heutige Verständnis von Zeit.

Das Vakuum hat grundsätzlich eine Entropie von null —> nicht richtig (ist vom Modell abhängig)

Dem Vakuum kann ich grundsätzlich keine Temperatur zuweisen —> nicht richtig (ist vom Modell abhängig)

Die Energiedichte des Vakuums ist unendlich —> richtig.
Das mag überraschen, ist aber ein Schlüssel für die kausalen Zusammenhänge und auch für das Verständnis des Raumes.

Die daher notwendige Renormierung „funktioniert“ —> richtig.

Aus der Renormierung folgt, dass einige Naturkonstanten nicht unbedingt Konstanten sind, sondern nur in Bezug auf eine bestimmte Energieskala. —> richtig.
Allerdings bedeutet dies etwas anderes, als wie wir dies heute interpretieren. Dieses Ergebnis der Renormierung ist wohl der wichtigste Erkenntnisbaustein zum Verständnis des Vakuums. Früher habe ich die Renormierung als notwendiges Übel und eher als Krücke betrachtet, heute kann ich vor dieser Leistung nur den Hut ziehen.

Die kosmologische Konstante hat direkt etwas mit der Energiedichte des reinen Vakuums zu tun. —> nicht richtig.

Die kosmologische Konstante könnte theoretisch durch Zustände in der QM abgebildet werden —> richtig

Die QM hat das Potential, unser Universum zumindest theoretisch vollständig zu beschreiben —> wahrscheinlich richtig

Die heutigen Interpretationen und Ansätze sind dazu geeignet. —> nicht richtig.
Dies gilt auch für die Ansätze in der Schleifenquantengravitation. Den Ansatz, mit einem sehr konkreten Modell zu starten, finde ich sehr gut. Und ich glaube auch, dass man hieraus einige wertvolle Erkenntnisse ableiten kann. Für einen Durchbruch ist er aber noch zu einfach und trifft im Detail nicht wirklich den Grundaufbau von Raum und Zeit.


Die Rolle des Vakuums kann man in anschaulicher Form auch für die ART beschreiben und man kann dann erkennen, wo die Gemeinsamkeiten mit der QM liegen und wo die ART noch einen neuen Aspekt hineinbringt, der in der QM heute noch nicht vorhanden ist. QM und ART werden dadurch nicht ungültig, sondern es wird lediglich klar, was sie beschreiben und worauf sie basieren. Es wird auch klar, dass eine Vereinigung der beiden Theorien für bestimmte extreme Situationen (z.B. Planckmassen im Volumen der Plancklänge) gar nicht möglich ist, weil es diese in der Natur in dieser extremen Form nicht geben kann. Schwarze Löcher gibt es zwar, aber erst ab einer schweren Masse von ca. 4 Millionen Sonnenmassen. Sie sind alle am Anfang unseres Universums zusammen mit den Elektronen und Protonen entstanden. Darunter gibt es zwar ultrakompakte Objekte, die z.B. durch Sternenkollaps entstehen, deren Ereignishorizont ist aber kleiner als ihr Radius. Masse kann nicht beliebig verdichtet werden. Daher haben auch schwarze Löcher eine Ausdehnung > 0. Singularitäten gibt es in der Natur nicht. Die maximal mögliche Dichte (ca. 107 mal dichter als ein Neutronenstern) ist dabei um viele Größenordnungen kleiner als die Dichte, die sich aus Planckmasse und Plancklänge ergibt, aber trotzdem beeindruckend.

Die Planckeinheiten haben bis auf die Plancklänge (und das ist reiner Zufall und auch nur annähernd richtig (ca. Faktor 10 zu klein)) nichts mit irgendwelchen Größen zu tun, die in der Natur tatsächlich vorkommen (auch nicht beim Urknall). Das liegt daran, dass man ausser h und c auch G zur Definition herangezogen hat. G hat zum Zeitpunkt des Urknalls noch keine Bedeutung, sondern ist eine emergente Naturkonstante, die erst ein wenig später „entsteht“. Während h und c direkt etwas mit den Grundbausteinen zu tun haben, ergibt sich G aus der Gesamtkonstruktion (Geometrie, Topologie und Inhalt) unseres Universums. Oder etwas salopper ausgedrückt: G ist nicht eine Ursache für die globale Struktur unseres Universums, sondern die globale Struktur unseres Universums ist die Ursache für G. Die Idee der Planckeinheiten ist aber trotzdem super. Man muss G nur durch etwas Geeigneteres ersetzen. Dann beschreiben die so entstehenden Planckeinheiten direkt einen für uns wesentlichen Teil des Vakuums und bekommen eine ganz konkrete Bedeutung.

Was ist nun Masse?
Masse ist verdrängter Raum. Und das hat sowohl einen statischen Aspekt (Teilchen oder Teilchenkonglomerat mit einer Ausdehnung > 0) als auch einen dynamischen (ständig in Bewegung).

Zu Schwarzen Löchern kann man u.a. folgendes ableiten:

Es gibt Schwarze Löcher —> richtig

Es gibt stellare Schwarze Löcher —> nicht richtig.
Alle Schwarzen Löcher sind supermassiv und zu Beginn unseres Universums zur gleichen Zeit wie die Elektronen und Protonen entstanden. Heute können keine Schwarzen Löcher mehr entstehen

Schwarze Löcher haben eine Singularität im Zentrum —> nicht richtig.
Schwarze Löcher sind massive Kugeln mit einem Radius > 0. Sie bestehen aus Vakuumteilchen (Klasse1). Die Dichte ist ca. 107 mal dichter als die eines Neutronensterns.

Schwarze Löcher können verdampfen —> nicht richtig.
Sie wachsen langsam durch Absorption von Vakuumteilchen (Klasse1), auch wenn keine klassische Materie hineinfällt. Dies hat große Bedeutung für die Entwicklung unseres Universums. Trotzdem verlassen Schwarze Löcher auch wieder „Informationen". s.u.

Schwarze Löcher rotieren —> richtig.
Und zwar zwingend. Es besteht eine Korrelation zwischen Radius und Rotationsgeschwindigkeit. Letztere ist > c. Das geht, weil die SRT innerhalb des EH in ihrer jetzigen Form nicht mehr gültig ist.

Schwarze Löcher haben eine Ladung und ein Magnetfeld —> richtig.

Ein Elektron (wir lassen hier mal den Aspekt, dass ein Elektron eine Ladung hat, wegen des Magnetfeldes der Einfachheit weg) überquert den Ereignishorizont mit Geschwindigkeit c —> richtig.
Danach wird es auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt und in Rotation (Spirale) um den massiven Kern des Schwarzen Loches versetzt. Dies liegt daran, dass eine bestimmte Teilchenart (Klasse 2) des Vakuums durch die Rotation des Schwarzen Loches ebenfalls in Rotation um das Schwarze Loch versetzt wird und die Bewegung des Elektrons von diesen Teilchen beeinflusst wird. Wir nennen dies heute manchmal „verdrillte“ Raumzeit und unser Wasserstrudel ist dafür zumindest eine brauchbare Analogie. Kurz vor dem Kern des Schwarzen Loches wird das Elektron durch Gezeitenkräfte zerrissen und zerfällt in seine Einzelbausteine (Vakuumteilchen Klasse 1). Diese treffen tangential auf das Schwarze Loch, werden von diesem aufgenommen und erhöhen dabei sowohl seine Masse (Radius) als auch seine Rotationsgeschwindigkeit.

Die Zeit bleibt am Ereignishorizont stehen —> richtig und nicht richtig.
Eine Atomuhr, also unsere Möglichkeit, Zeit zu messen, bleibt am EH tatsächlich stehen und tickt auch nicht mehr, wenn sie den EH überschritten hat. Atome hören mit Annäherung an den EH auf zu schwingen, was der Grund für die gravitative Zeitdilatation ist, die aber eine andere physikalische Ursache hat als die in der SRT. Die Uhr wird innerhalb des EH irgendwann in ihre Einzelbausteine (Vakuumteilchen) zerfallen. Damit bleibt die Zeit aus unserer Perspektive „stehen“. Wir könnten sie mit unseren Mitteln (vor Ort) nicht mehr messen. Unsere Uhren funktionieren nicht mehr. Die Zeit hat aber damit nicht ausgedient. Man betritt innerhalb des EH eine andere „Zeitzone", die Zeitzone der Vakuumteilchen Klasse2. Dies näher auszuführen, würde hier aber den Rahmen sprengen, hat aber auch etwas mit den Ergebnissen der Renormierung zu tun (unterschiedliche Naturkonstanten und Energieniveaus) und, dass sich Klasse 2 Teilchen mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen.

Beim Überqueren des EH gehen Informationen verloren —> richtig und nicht richtig.
Auf der einen Seite wird jedes Materieteilchen und auch jedes Photon in der Nähe des Kerns in seine Bestandteile (Teilchen Klasse 1) zerlegt und diese enden dann im Kern. Dort gibt es keine Informationen mehr, woraus der Kern einmal entstanden ist. Er ist einfach eine massive Kugel ohne weitere zusätzliche Struktur. Trotzdem ist diese Information nicht unbedingt verloren, denn jede beschleunigte Bewegung eines Klasse 1 Teilchens (und auch deren Konglomerate wie Elektronen, etc.) löst Wellen innerhalb der Klasse 2 Teilchen aus, die diese Information implizit enthalten. Die Wellen bewegen sich mit Überlichtgeschwindigkeit und können somit den EH auch von innen wieder überqueren. Man kann also sagen, dass die Information, was mit einem Elektron passiert, wenn es in das Schwarze Loch fällt, im Universum in Form von Vakuum-Wellen noch vorhanden ist. Es sind vom Charakter her die gleichen Wellen, die auch in der QM für Superpositionen und die Nichtlokalität verantwortlich sind. Die Unruh Gleichung hat hier auch ihre Heimat. ART und QM beschreiben das gleiche Vakuum, nur aus anderen Perspektiven heraus. Die ART hat zusätzlich noch einen speziellen Partialdruck im Bauch (Gravitation), der in der QM heute nicht modelliert ist. Die ART hat einen effektiven, kontinuierlichen Ansatz und kennt nicht die einzelnen untergelagerten Bausteine. Insbesondere kennt sie auch keine Vakuum-Kondensate, so dass Singularitäten vorkommen können, die es real aber nicht geben kann. Die QM könnte es besser, weil sie diese Bausteine implizit im Bauch hat. Die QM wäre sogar noch besser in der Lage, die schwarzen Löcher und ihre Dynamik zu beschreiben, da es sich hier um große rotierende Fermikugeln handelt, und die QM im Grunde schon alles mitbringt, was notwendig ist. Die QM müsste aber zusätzliche Potentiale berücksichtigen und ihre Zustände besser verstehen und mit der Realität in Verbindung bringen.

Ein Schwarzes Loch hat irgendetwas mit einer 4. Dimension zu tun —> nicht richtig.
Ein Schwarzes Loch und seine Umgebung sind 3 dimensional. Die 4. Dimension ist lediglich eine mathematische Möglichkeit, den Beitrag des Vakuums zur Dynamik abzubilden. Das ist auch ok, nur ist die Interpretation der 4. Dimension heute ein großes Problem für unser Verständnis, das uns auch bei der Suche nach der Struktur unseres Universums zum Teil auf eine falsche Fährte lockt. Dies gilt sowohl für unser Verständnis vom Urknall, als auch, was die Zukunft des Universums angeht.

Wenn man das Vakuum (und damit die QM, SRT, ART) und unser Universum verstehen möchte, muss man bereit sein, einige scheinbar unumstößliche „Wahrheiten“ in Zweifel zu ziehen:

Keine Wirkung kann mit Überlichtgeschwindigkeit erfolgen.
Das Universum expandiert heute.

Für die meisten ist ein Zweifel an diesen beiden Aussagen lächerlich und daher werden Versuche in dieser Richtung oft von vornherein als „Unsinn“ eingestuft und man befasst sich erst gar nicht damit. Und wenn, dann nur, um Gegenargumente zu finden (was natürlich legitim und willkommen ist) aber nicht, einmal darüber nachzudenken, ob es nicht doch gute Argumente für diese Zweifel gibt. Es würde sich lohnen. Und was soll ich sagen, ich kann sie sogar verstehen. Ich ertappe mich selbst immer wieder dabei, dass ich in vergleichbaren Fällen ausserhalb der Physik, ähnlich reagiere. Fest verwurzelte Überzeugungen kann man mit Argumenten kaum erschüttern.

Keine dieser beiden Zweifel würde übrigens gegen unsere heutigen Gleichungen verstoßen. Die Zweifel berühren nur unsere heutigen Interpretationen, Verallgemeinerungen und Lösungsansätze.

Keine Wirkung kann mit Überlichtgeschwindigkeit erfolgen. Diese Aussage gilt nur für die Kondensate des Vakuums wie Photonen, Elektronen, Protonen, etc. Sie gilt nicht für die Vakuumteilchen. Wenn man sich die Arbeit von Einstein aus dem Jahre 1905 genau ansieht, stellt man fest, dass sie bzgl. der Definition von Zeit und Signalgeschwindigkeiten eine unendliche Anzahl von verschiedenen Bezugssystemen mit unterschiedlichen Signalgeschwindigkeiten zulässt, ohne dass die Prinzipien dabei verletzt werden. Nur eine davon hat Einstein in seiner Arbeit auch ausformuliert (es war damals nicht mehr bekannt): Die Klasse der uns bekannten Teilchen in Verbindung mit den zugehörigen Maxwellgleichungen. Und nur für die gilt die SRT in ihrer konkreten Formulierung mit Signalgeschwindigkeit = c. In der 4 dimensionalen Formulierung von Minkowski ist von den anderen Möglichkeiten gar kein Hinweis mehr zu erkennen. Man nimmt implizit an (Verallgemeinerung), dass es nur diese eine Klasse geben kann und das hat sich im Laufe der Jahrzehnte dann zu einer allgemein akzeptierten „Wahrheit“ gemausert. Das ist aber zu kurz gesprungen. Die Nichtlokalität der QM ist keine mysteriöse Laune der Natur, sondern eine Bestätigung, dass sich Wirkungen auch mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreiten können.

Das Universum expandiert heute beschleunigt. Nein,das Universum kontrahiert heute beschleunigt. Dies ist auch eine mögliche Lösung der Friedmann Gleichungen, die heute aber komplett ausgeschlossen wird, aus Gründen, die man durchaus nachvollziehen kann. Sonst hätte sich dies auch nicht so hartnäckig festsetzen können. Die Expansion ist heute so etwas wie eine unumstössliche Gewissheit, obwohl sie eigentlich nur Probleme mit sich bringt. t = 0 ist dann nicht der Zeitpunkt des Urknalls, sondern der Zeitpunkt, zu dem unser Universum nach dem Urknall (den hat es tatsächlich gegeben) komplett ausgebildet war (ein paar Stunden nach dem Urknall nach unser heutigen Zeitrechnung). t = 0 bedeutet daher auch nicht den Beginn von Raum, Zeit und Materie an sich, sondern nur den Beginn unseres Universums, Stunden nach dem Urknall. Ab diesem Zeitpunkt beschreibt die ART den Verlauf der nach Ausbildung sofort einsetzenden Kontraktion und das macht sie hervorragend. Das Ende wiederum kann sie genau wie den Urknall nicht beschreiben, da es hier wieder wie bei den schwarzen Löchern zu Singularitäten kommen würde. Die letzte Meile sozusagen kennt sie nicht. Hierzu bräuchte man die QM. Die dunkle Energie ist nicht abstrus wie Siebenstein es mal formuliert hat, weil sie keine entgegengesetzte Kraft zur Gravitation ist (das ist bei einem kontrahierenden Universum nicht notwendig), sondern real existent. Sie hat eine ganz konkrete physikalische Bedeutung, und der von ihr erzeugte Druck ist die Gravitation.

Es ist wahrscheinlich, dass ich mir diese Zeilen aus oben genannten Gründe wohl eher hätte sparen können. Aber manchmal packt es mich einfach und ich hoffe, ich nerve Euch nicht zu sehr damit. Ich bin nämlich gerne in diesem Forum, da ich hier schon viel gelernt habe, viele Anregungen bekommen habe und der Umgangston beispielhaft ist. Gravi, da hast Du (und viele andere) einen super Job (ich meine nicht mich :-) ) gemacht. Ich habe nur wenig Zeit, mich aktiv an den Diskussionen zu beteiligen, verfolge aber das Forum, so gut es geht. Eure Beiträge haben mir geholfen, mein „Weltbild“ weiter zu verbessern und zu erweitern. Vielen Dank!

Viele Grüße
Job


PS. Tom, ich habe mir mal ansehen, was Deine letzen Forschungsgebiete sind (vorausgesetzt, Google hat sich nicht geirrt :-) ) Das hat zum Teil einiges mit dem zu tun, was sich meiner Meinung nach in unserem Universum auf unteren Ebenen abspielt.
Alles ist einfacher, als man denken kann, zugleich verschränkter, als zu begreifen ist.
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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Siebenstein » 29. Sep 2016, 01:07

Vielen Dank für diesen fundierten und umfassenden Schnellkurs durch die moderne Physik, denn das ist wirklich eine geistige Goldgrube für mich!

Vielen Dank auch für alle bisherigen und hoffentlich auch künftigen Kommentare und auch konstruktive Kritik zu meinen Beiträgen hier!

Als Ingenieur (Elektrotechnik) bin ich eher Pragmatiker und denke einfach anders als Mathematiker und theoretische Physiker.

Ich hoffe, dass das kein prinzipieller Nachteil ist.

Ich stimme mit Job überein, dass h und c die eigentlichen Naturkonstanten in der Physik sind und G vermutlich eher eine abgeleitete Größe ist.

c = Plancklänge / Planckzeit

Wenn man das anerkennt, dann kann man durch Bildung eines Quotienten schnell zu diesem Ergebnis gelangen:

(dt / H_) / (rot H_) = {c ; c ; c}

(dt / E_) / (rot E_) = {c; c; c}

Dies führt zum theoretischen Term

rot E_ = - O,5 c x mue0 x J_

und könnte in der betreffenden Maxwell'schen Gleichung, nach meiner Modellvorstellung eine Art "Verschiebungsinduktion" im fernwirkenden Empfangsdipol bedeuten, der das Magnetfeld in der Schwingkreisspule rückwirkend dämpft.

Ob man diesen Term auch durch das Noether-Theorem erklären kann, welches besagt, dass eine 1:1 - Korrespondenz zwischen kontinuierlichen Symmetrien einer Theorie und ihren Erhaltunggrößen besteht, vermag ich nicht zu beurteilen.

Für mich ist der Strom im Empfangsdipol keine abgestrahlte, sondern eine Erhaltungsgröße und die dazwischen liegende elektromagnetische Strahlung (Photonen) eine Reaktion der Raumzeit oder des Vakuums.

Mir ist bewusst, dass dies eine radikale Vorstellung ist, und den Begriff von Ursache und Wirkung auf den Kopf stellt.

In jeder Diplomprüfungsfrage zu den Maxwell'schen Gleichungen würde ich durchfallen mit Pauken und Trompeten mit so einer Vorstellung, das ist mir bewusst!

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 29. Sep 2016, 15:50

Die von Job und 7stein gemachten Aussagen sind ein Sammelsurium an Wahrheiten, wolkigen oder irreführenden Ideen und teilweise falschen Behauptungen.

Ich weiß nicht, was man dazu sagen soll.
Gruß
Tom

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von seeker » 30. Sep 2016, 11:35

Nun ja, ich sehe Menschen, die nach Erklärungen suchen, denen das wichtig ist und die sich angestrengt Gedanken machen, an welchen Stellen man vielleicht manche Dinge zukünftig noch besser erklären könnte, welche Alterantiven zur Standardfolklore es geben könnte, etc. und die das diskutieren möchten.

Job, du hast dich ja nun einmal getraut, einfach alles herauszulassen, was dir so im Kopf herumschwirrt... :)
Das war mutig.

Es ist nur sehr viel auf einmal gewesen, da sind einigige interessante Sachen dabei, maches stimmt mich auch sehr skeptisch.
Man könnte wahrscheinlich 100 Threads daraus machen, um das zu diskutieren (und das könnte man auch Stück für Stück angehen, falls jemand Initiative zeigt).

Gruß
seeker
Grüße
seeker


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

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von tomS » 30. Sep 2016, 13:37

Man müsste das ganze irgendwie zergliedern.

Da es so viel ist, schlage ich einen neuen Thread mit einer kurzen Fragenliste vor (nur Stichpunkte); dann sehen wir, ob ein Thread, oder 10, oder ...
Gruß
Tom

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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von deltaxp » 30. Sep 2016, 23:56

yo. ich bin zwar auch ein langschreiber, siebenstein, aber das iost in eine, post auch für mich zu viel. das was ich gelesen habe hört sich für mich nachdenkenswürdig ab, aber ich brauche es in kleineren einheiten, oder halt als pdf in ruhe ausformuliert. man sieht aber deutlich, dass sich da jemand schon seit langem mit tiefen Gedanken rumschlägt.

Kurt
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Re: Frage zur Hawking Strahlung

Beitrag von Kurt » 1. Okt 2016, 18:42

Job hat geschrieben: Es ist wahrscheinlich, dass ich mir diese Zeilen aus oben genannten Gründe wohl eher hätte sparen können. Aber manchmal packt es mich einfach und ich hoffe, ich nerve Euch nicht zu sehr damit.
Hallo Job,
bin hier gestern reingestolpert und habe deinen interessanten Beitrag gesehen.
Du hast was von Vakuum als irgendetwas "Wirkendes" angedeutet. Kannst du mir ein wenig darlegen wie du das gemeint hast was das Vakuum ist?

Kurt

(übrigens: (Hinweis/Warnung) meine Ansichten wie die Natur funktioniert sind "anders", sehr viel anders als das was jetzt unter "Physik" läuft)


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Wir werden erst begreifen wie genial die Natur ist wenn wir erkennen wie einfach sie funktioniert

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