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#13 't Hooft über die moderne Physik

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#13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von tomS » 7. Jan 2012, 09:53

Hallo zusammen,

Zeit, diesem Teil des Forums wieder mal gerecht zu werden - und zur Abwechslung lassen wir mal jemand anders zu Wort kommen: Prof. Gerardus 't Hooft

't Hooft hat u.a. die Renormierbarkeit und Anomalienfreiheit nicht-abelscher Eichtheorien bewiesen (dafür auch den Nobelpreis) und somit einen wesentlichen Beitrag zur Konsistenz des Standardmodell geleistet. Auf ihn gehen Arbeiten zur asymptoischen Freiheit, zum Confinement, zu Instantonen = topologischen Strukturen sowie der sog. 'large-N limit' für die QCD (also SU(N) statt SU(3) und Entwicklung in 1/N) zurück, der auch heute in Stringtheorien eine entscheidende Rolle spielt (und an dem ich mich in meienr Diplomarbeit erfreuen durfte). Außerdem arbeitete er später im Bereich der Quantengravitation (holografisches Prinzip zusammen mit Susskind, AdS/CFT) zu neuen oder auch kontroversen Themen - und lässt sich insbs. keine "Lager" zuordnen. Als kritischem Geist sollte man ihm besonders genau zuhören.

http://de.wikipedia.org/wiki/Gerardus_%E2%80%99t_Hooft

http://diepresse.com/home/science/69956 ... erlangt-es

Die Presse: Vom Teilchenbeschleuniger LHC in Genf erwarten sich die Physiker einiges. Vor allem die Entdeckung des Higgs-Teilchens, das anderen Teilchen ihre Masse verleihen soll. Bis jetzt wurde es nicht gefunden, manche unken bereits, dass man es nie finden werde. Was, wenn sie recht haben?

Gerardus 't Hooft: Es ist nicht ganz richtig, dass man unbedingt das Higgs-Feld braucht, um Masse zu bekommen. Masse könnte auch anders eingeführt werden. Doch das Higgs-Teilchen ist die unvermeidliche Konsequenz eines Schemas, das gut funktioniert und mit allen Beobachtungen übereinstimmt. Freilich können wir uns Modifikationen des Standardmodells vorstellen, in denen der „Higgs-Sektor“ komplizierter ist: Es könnte mehrere Higgs-Teilchen geben, etwa drei neutrale und ein geladenes. Wenn der LHC das Higgs nicht innerhalb eines Jahres findet, würden eher an solche Modelle denken.

Wird man im LHC solche Higgs-Teilchen finden, wenn sie existieren?

Ja, aber das wird länger dauern. Wenn in, sagen wir, sechs Jahren nichts gefunden wird, dann haben wir eine neue Situation. Die Wissenschaft war schon in solchen Situationen, und oft haben solche Widersprüche auf ein neues Phänomen gewiesen. Wenn das auch jetzt so ist, wird ein junger Physiker – heute unbekannt, aber morgen berühmt – es für uns finden.

Warum versteckt sich denn das Higgs-Teilchen so gut?

Ich stimme mit Einstein überein: Der Herrgott ist raffiniert, aber nicht bösartig. Das Higgs-Teilchen hat sich als schlauer Gegner erwiesen, aber wir werden es fangen.

Das Higgs wurde doch ursprünglich eingeführt, um eine vereinheitlichte Theorie von schwacher und elektromagnetischer Kraft zu ermöglichen.

Wir suchten nicht nach einer vereinheitlichten Theorie, sondern nach Antworten auf unsere Fragen: Warum wechselwirken alle diese Teilchen auf sehr ähnliche Art, während unsere Rechnungen unterschiedliche Ergebnisse bringen? Die Antwort war, dass wir die schwache und die elektromagnetische Kraft auf einen Nenner bringen mussten – nicht ganz: Wir haben immer noch zwei Kräfte, mit leicht unterschiedlichen Stärken, aber sie sind auf bemerkenswerte Art verschränkt.

Bis heute hoffen Physiker auf eine „Große Vereinheitlichte Theorie“ von drei der vier Grundkräfte: starker, schwacher und elektromagnetischer Kraft. Könnte die Physik damit leben, dass es eine solche Theorie nicht gibt?

Ich glaube schon, aber wir brauchen Antworten auf unsere Fragen! Alle bekannten Teilchen und Kräfte sind Teile desselben Universums, und sie wechselwirken alle miteinander, also müssen sie etwas gemeinsam haben. Vielleicht ist es keine Große Vereinheitlichte Theorie, wie man sie sich heute vorstellt, sondern etwas ganz anderes. Die Superstring-Theorie ist ein nettes Beispiel, aber auch sie basiert auf Annahmen, die nicht wahr sein müssen.

Superstring-Theorien sind „nicht einmal falsch“, sagte der Physiker Peter Woit. Sind sie es doch?

Solche Aussagen sind typisch für Außenseiter, die sich nicht die Mühe gemacht haben, die Details zu studieren. Diese Theorien sind ein ganz interessanter mathematischer Apparat, der alle möglichen Verbindungen mit der Welt, die wir kennen, zeigt. Es gibt einige Berechtigung, diese Formalismen zu studieren. Wenn sie nicht zu festen Vorhersagen führen, dann ist das Pech, aber kein Grund, diese Arbeit als sinnlos abzutun. Tatsache ist, dass diese Theorien etwa die Schwerkraft mit anderen grundlegenden Kräften verbinden, das ist Grund genug für viele meiner Kollegen, tief in dieses Gebiet zu tauchen. Ich selbst hatte stets Bedenken gegen die String-Theorie. Ich konnte nie verstehen, warum die Annahme, dass Teilchen Strings sind, zwingend sein soll.

Stellen Sie sich einen konservativen Kollegen vor, der sagt: Warum sind wir nicht mit dem bisher bekannten Standardmodell der Teilchenphysik zufrieden? Was würden Sie ihm antworten?

Das Standardmodell repräsentiert unser heutiges Verständnis gut, aber nur, weil wir mit beschränkter Genauigkeit messen können. Wenn wir mit unbegrenzter Präzision messen könnten, würden wir etwa Quanteneffekte in der Gravitation beobachten, zu deren Verständnis unsere Theorien heute total unfähig sind.

Warum glauben Sie denn, dass eine Quantenfeldtheorie der Gravitation existieren muss?

Wir nehmen an, dass die Natur durch Regeln beschrieben wird, die unendlich genau durch Mathematik beschrieben werden. Da wir wissen, dass Elektronen, Atome etc. in Quantenzuständen existieren, muss alles, was mit Atomen in Wechselwirkung tritt, auch in solchen Zuständen sein. Die Schwerkraft ist in Wechselwirkung mit diesen Teilchen, daher muss sie in Quanten, in Gravitonen, organisiert sein. Die Logik der Quantenmechanik verlangt das.

Andererseits haben Sie einmal gesagt, dass Sie nicht gewillt sind, die Rolle des Zufalls in der Quantenphysik zu akzeptieren. Haben Sie Ihre Meinung geändert?

Nicht im Geringsten. Ich glaube, dass eine Beschreibung möglich ist, der eine deterministische Logik zugrunde liegt.

Warum müssen die fundamentalen Gesetze der Physik eigentlich so schön und einfach sein?

Sie müssen es nicht sein , aber die Geschichte hat gezeigt, dass sie es oft sind. Sie sind aber oft auf unerwartete Weise schön und einfach. Die Gesetze sind oft anders schön, als man dachte. Denken Sie an die alten Griechen, die glaubten, es gebe nur vier Elemente.

Heute glauben die Kosmologen an eine Dunkle Energie, die zwei Drittel unseres Universums ausmachen soll. Wird diese Theorie bleiben?

Ja.

Immer mehr Physiker reden über ein Multiversum, das aus vielen oder sogar unendlich vielen Universen besteht. Glauben Sie nicht, dass das den Bereich der Wissenschaft sprengt?

Nicht ganz. Die Frage ist: Wie entwirft man ein Modell des Universums, das am besten zu dem passt, was wir über die fundamentalen Gesetze wissen? Es könnte sein, dass das „vernünftigste“ Modell eines ist, bei dem unser Universum nahtlos mit anderen Strukturen verbunden ist. Warum nicht? Allerdings sind solche Spekulationen heute völlig verfrüht. Eine andere Möglichkeit wäre, dass es eine ganze Reihe von Modellen von Universen gibt, wir aber nicht wissen, wie wir jenes identifizieren sollen, das für das Universum gilt, in dem wir leben. Tatsächlich sind wir heute nahe an dieser Situation: Das Standardmodell hat zirka 30 frei adjustierbare Naturkonstanten. Das ergibt ein 30-dimensionales Multiversum, in dem unser Universum nur einen Punkt repräsentiert. Aber das genügt uns nicht: Wir wollen sagen können, warum dieser Punkt so besonders ist, und wir wollen berechnen, wo er ist.

Okay, es gibt eine Reihe von Modellen von Universen. Aber kann man deshalb sagen, dass diese Universen wirklich existieren?

Das ist eine linguistische Frage. Ob man das „Existenz“ nennt oder nicht, macht für mich keinen Unterschied.

Vor einigen Tagen haben CERN-Physiker erklärt, dass Neutrinos, die sie gemessen haben, schneller als Licht reisen. Ist CERN mit solchen Ansagen nicht etwas zu schnell?

Ja. Die Messungen waren extrem heikel, selbst der kleinste Fehler könnte das Resultat zunichtemachen. Aber CERN hatte keine Wahl: Die Experimentatoren kamen mit dieser Behauptung daher. Das CERN-Direktorium tat das Einzige, was es tun konnte: Es verkündete das Ergebnis und die Behauptung, dass die Messung mit aller nötigen Sorgfalt gemacht war, aber offensichtlich weiter von Kollegen geprüft werden muss. Das passiert jetzt. Ich glaube, ich kann vorhersagen, dass die Daten mit konventioneller Physik erklärt werden und dass das Ergebnis sein wird, dass sich die Neutrinos übereinstimmend mit der speziellen Relativitätstheorie verhalten. Nichts, was Information trägt, bewegt sich schneller als Licht.
Gruß
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von rick » 7. Jan 2012, 13:40

Danke für den Beitrag, sehr spannend :)

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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von gravi » 7. Jan 2012, 18:10

Dafür muss auch ich mich bedanken - das liest sich sehr gut.
Vor allem gefällt mir die Lanze, die er für die Stringtheorien gebrochen hat. Viele lehnen diese ja einfach ab, weil sie (noch) keine überprüfbaren Vorhersagen machen. Doch manchmal muss man auch einfach mal was im Raum stehen lassen und nur abwarten.

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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von tomS » 7. Jan 2012, 19:03

't Hooft ist einer der großen Denker - auch wenn er nach den 70igern wenig spektakuläres geleistet hat; und er ist tatsächlich unabhängig und muss weder 'seine' Theorie noch 'seine' Karriere befördern. Ich habe ihn leider nie kennengelernt. Von den wirklich bekannten Physikern kenne ich perönlich nur Roman Jackiw; der hat mich sehr beeindruckt, und ich habe festgestellt, dass diese Leute ganz anders über die Probleme nachdenken als unsereins. 't Hooft ist wohl auch von dem Kaliber.

Man kann das denke ich mit der Sicht eines Großmeisters auf eine Schachposition vergleichen; der Großmeister "sieht" sozusagen die Partie, d.h. sowohl die Entwicklung der ggw. Position als auch die Strategie und Fortführung. Unsereins muss überlegen, was passiert wenn der Bauer hier ...
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von seeker » 8. Jan 2012, 13:53

Sehr interessant!

Um noch einmal auf den Punkt zu kommen, der mich gerade beschäftigt:
Warum glauben Sie denn, dass eine Quantenfeldtheorie der Gravitation existieren muss?

Wir nehmen an, dass die Natur durch Regeln beschrieben wird, die unendlich genau durch Mathematik beschrieben werden. Da wir wissen, dass Elektronen, Atome etc. in Quantenzuständen existieren, muss alles, was mit Atomen in Wechselwirkung tritt, auch in solchen Zuständen sein. Die Schwerkraft ist in Wechselwirkung mit diesen Teilchen, daher muss sie in Quanten, in Gravitonen, organisiert sein. Die Logik der Quantenmechanik verlangt das.
Da steckt wieder diese mir suspekte Unendlichkeit drinne.
"Wir nehmen an"... wie kommen wir dazu?
Genauigkeit auf unendlich vielen Nachkommastellen annehmen mit der Begründung, dass bisher vielleicht 20 Nachkommastellen gepasst haben?
Das scheint mir weit aus dem Fenster gelehnt zu sein.

Vielleicht wäre es besser (und vorsichtiger) zu sagen:

"Wir wissen, dass die Natur in sehr weiten Bereichen durch Regeln beschrieben wird, die sehr genau durch Mathematik beschrieben werden - und wir wollen herausfinden, wie genau und wie weit das geht."

Das wäre mir jedenfalls lieber.
...wobei "sehr genau" natürlich ein sehr relativer Begriff ist, der sich daran misst, was wir Menschen als "sehr genau" empfinden.

Grüße
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von tomS » 8. Jan 2012, 20:56

Hier geht es nicht um die praktische Genauigkeit im Sinne von Nachkommastellen, sondern um Genauigkeit im Sinne von Modellen. Das Problem ist doch, dass wir dioe Inkonsistenz von ART und QFT nur deswegen nicht bemerken, weil wir nicht genau genug messen können. Dem Problem entkommst du nicht, indem du diese scheinbare Unendlichkeit negierst, du hast es bereits, wenn du nur genau genug messen kannst. D.h. auch in diesem schwächeren Sinne ist unsere heutige Physik unvollständig.
Gruß
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von seeker » 9. Jan 2012, 02:15

Da stimme ich dir zu.
Vermutlich hätte ich auch nur den 1. Satz zitieren sollen - denn im Grunde ging es mir hauptsächlich um ihn:
Wir nehmen an, dass die Natur durch Regeln beschrieben wird, die unendlich genau durch Mathematik beschrieben werden.
Man kann die Annahme der unendlich genauen math. Beschreibung treffen oder diese Annahme negieren - es gibt aber noch einen dritten Weg: Neutralität; d.h. wir lassen diese Frage offen und kümmern uns im Rahmen der Physik nicht weiter um sie, weil es gar nicht nötig ist.
...und ich glaube, darauf läuft auch das hinaus, was du gesagt hast:

Die Physik braucht weder diese Annahme noch ihre Negation. Wir können auch ohne sie genauso gute Physik betreiben - vielleicht sogar bessere Physik, weil wir einen unnötigen gedanklichen Ballast loswerden. Im konkreten Fall kann man auch ohne sie eine Quantengravitation fordern bzw. logisch begründen.
Dennoch geistert dieser Gedanke bzw. dieses Mem (wie du willst) der Unendlichkeit auch in dieser hier besprochenen Form in den Köpfen herum - und ich frage mich, warum das so ist und ob man ihn nicht loswerden sollte?

Ist das konsistent was ich da denke oder mache ich einen Fehler?

Beste Grüße
seeker
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von rick » 9. Jan 2012, 07:28

Sprich, dich stört es das der Physiker das Wort "unendlich" in den Mund nimmt, im Zusammenhang mit Physik, wenn es doch nach deiner Meinung, keine Unendlichkeit in der Natur gibt ?
So kommt mir das ganze nämlich gerade vor.

Meine Meinung:
Zu deinen Vorschlag, eine offene Frage ist eben nicht beantwortet. Würden wir bei allen Fragen so handeln, wären wir jetzt wahrscheinlich wissenschaftlich noch nicht mal im 20. Jhr angelangt. Und es gibt keine gute "Vorwarntechnik" wann denn eine Frage links liegen gelassen werden sollte. So was weiß man erst, wenn man sich lange mit Ihr beschäftigt hat. Und wenn es soweit ist, kann man sie auch beantworten.

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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von tomS » 9. Jan 2012, 07:48

Ich bin mir da nicht so sicher; freilich ist es ein hoher Anspruch, zu glauben, die Natur wäre exakt mathematisierbar (siehe andere Thread), aber dieser Anspruch ist doch nur eine Leitlinie und ändert nichts an der konkreten Arbeit. Man wird eben immer versuchen, die Grenzen der Beschreibbarkeit weiter hinauszuschieben. Ob man nun annimmt, dass der nächste oder übernächste Schritt die endgültige Wahrheit oder nur eine bessere Annäherung (Theorie) sein wird, ist doch zweitrangig.

Ich habe in beiden Bereichen gearbeitet (Grundlagen der QCD, d.h. exakte Beschreibung der starken WW - effektive Feldtheorien, d.h. näherungsweise aber dafür einfachere Beschreibung von Baryonen und Mesonen) und kenne daher auch die großen Bereiche der Physik, in denen nicht nach der Weltformel gesucht wird (ich würde sagen, 99% der Physiker suchen nicht nach der Weltformel). Damit funktioniert doch die Physik heute schon so, wie du es einforderst (nur eben ein paar große Geister haben einen höheren Anspruch)
Gruß
Tom

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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von seeker » 9. Jan 2012, 09:23

Vielleicht bin ich auch einfach nur zu pingelig, das ist möglich.
rick hat geschrieben:Zu deinen Vorschlag, eine offene Frage ist eben nicht beantwortet. Würden wir bei allen Fragen so handeln, wären wir jetzt wahrscheinlich wissenschaftlich noch nicht mal im 20. Jhr angelangt.
So meinte ich es aber nicht.

Um an meinem Gedanken noch zu feilen:

Ich denke halt, dass die beste Herangehensweise in diesem Falle wäre, wenn man sagt:

"Hey, wir wissen (heute) nicht, ob die Natur exakt mathematisierbar ist oder nicht!
Also nehmen wir in diesem Punkt (noch) überhaupt nichts an (auch weil wir z.Zt. nicht dazu gezwungen sind), sondern betreiben einfach weiter unsere Forschung - mal sehen, wo das hinführt! So bleiben wir für alle Möglichkeiten offen!"

Ich glaube, dass ihr damit eigentlich einverstanden sein müsstet - oder?

Ich habe nur den Eindruck, dass wir diese Haltung im Alltag immer mal wieder gerne vergessen und uns dann an sie erinnern sollten.
Ich habe auch den Eindruck, dass diese Haltung so nicht immer in der Bevölkerung wahrgenommen wird bzw. zu ihr transportiert wird.
Ich habe auch den Eindruck, dass sich auch manche berühmte Leute in solchen Punkten gelegentlich dazu verführen lassen sich weiter aus dem Fenster lehnen, als gut wäre (Hawking ist für mich das beste Beispiel).
tomS hat geschrieben:ich würde sagen, 99% der Physiker suchen nicht nach der Weltformel
Da hast du mit Sicherheit Recht, 99% ist noch viel zu tief gegriffen! Die meisten Leute sind wohl Materialwissenschaftler und/oder beschäftigen sich mit "handfesteren" Themen.
tomS hat geschrieben: ...aber dieser Anspruch ist doch nur eine Leitlinie und ändert nichts an der konkreten Arbeit.
Vermutlich hast du recht, aber völlig sicher bin ich mir da nicht. Annahmen (auch unnötige/verfrühte), die man im Hinterkopf hat, wirken - manchmal ohne dass man (oder das Kollektiv) es merkt... Ich denke, wir sollten da jedenfalls ein Auge drauf haben.


Viele Grüße
seeker
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von deltaxp » 9. Jan 2012, 16:15

ich häng mich da nicht an der bezeichnung mathematisch unendlich genau auf. das bedeutet für mich lediglich, dass angenommen wird, dass die naturgesetze mathematischen regeln gehorchen.

die meisten physiker verwenden ohnehin näherungen. aber da geht es nicht um das prinzip der mathematischen beschreibung der natur sondern nur um unsere unfähigkeit alle einflüsse mit moderatem aufwand oder auch übernotwendigen nutzen zu bestimmen.

die moderne theoretische physik ist derzeit nunmal leider in der situation, dass die messgenauigkeit nicht ausreicht oder die notwendigen energien in, um der natur experimentell ihre rätsel zu entlocken und eine theorie auf basis von messdaten weiterzuentwickeln.

um weiterzukommen muessen sie nunmal davon ausgehen, dass die grammatischen regeln der natur durch mathematik ausgedrückt werden können. und die bisherige erfahrung zeigt dass es bisher jedenfalls funktionierte. wenn sie das nicht annehmen würden, könnten sie alle urlaub machen für eine lange lange zeit.

ein beweis, das die natur bis in die letzte ecke so funktioniert ist es freilich nicht. deshalb schrieb er auch annahme. aber wenn keine deterministische logik den tiefsten tiefen der natur zuordnen kann, führt das zu weiteren schwierigkeiten: ab wann und wie erwächst dann aus willkürlicher naturgewalt das bekannte regelwerk. wenn es dafür eine regel gibt, ist das ja wieder deterministische logik, was der zugrundeliegenden willkür aber widerspricht. freilich, wenn man eine gottesfügung annimmt, um aus willkürlichem chaos erfassbares ursache-wirkungs-prinzip zu erzeugen, hat man das erkenntnisproblem nicht. aber das ist dann nicht mehr wissenschaftlich sondern philosophisch.

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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von tomS » 9. Jan 2012, 16:59

genau!
Gruß
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von Skeltek » 9. Jan 2012, 19:29

Wieso gerade 6 Jahre? Bei den Parametern die man dem Higgs Teilchen jetzt schon zuordnen kann, ist es doch maximal schwammig eine Zeit dafür festzulegen? Ob es jetzt um 1-3 Zehnerpotenzen wahrscheinlicher ist ein Higgs zu detektieren oder unwahrscheinlicher... es kommt mir irgendwie komisch vor, daß der Aufwand gerade so groß sein soll, daß eines in einer realistischen Zeitspanne detektiert wird, die gerade so noch für uns praktisch verwertbar ist. Wenn es jetzt sagen wir mal alle 6000 Jahre statt 6 Jahre dauert bis eines den Detektor ausschlagen lässt, ist das kein großer Unterschied.

Es ist nur wirtschaftlicher, erstmal ein anderes Model zu betrachten, weil das andere zunächstmal keinen Fortschritt in Aussicht stellen wird...
Selbst wenn sagen wir mal nur alle 60 Jahre im Schnitt eines detektiert wird, braucht man trotzdem mehrere Messereignisse, um die Wahrscheinlichkeit von Fehlerquellen zu minimieren...
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
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Re: #13 't Hooft über die moderne Physik

Beitrag von rick » 9. Jan 2012, 21:29

Ich denke, das wenn das Higgs "detektiert"/bestätigt wird, dann solche Sachen wie Messungenauigkeiten, statistische Fehler usw. schon mitbetrachtet wurden (Was man übrigens auch an den guten Grafiken sieht, die bei den Entdeckungen im Dezember gezeigt wurden)... . Ich glaube du vergisst, dass da sehr viele sehr fähige Leute dran sitzen. Ich denke nicht, dass die solche Fehler machen würden :) .

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