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Kleinste Gravitationskraft gemessen

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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Frank
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Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Frank » 11. Mär 2021, 10:35

Subtile Anziehung: Forscher ist es erstmals gelungen, die Gravitationskraft zwischen sehr kleinen Objekten zu messen. In der Miniaturvariante eines historischen Experiments nutzten sie dafür zwei Millimeter kleine Goldkugeln an einem Pendel als Testmassen. Das Ergebnis bestätigt, dass Newtons Gravitationskonstante auch im Mikrobereich gilt und messbar ist, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“. Gleichzeitig eröffnet die Methode neue Chancen, der Natur der Dunklen Energie auf die Spur zu kommen.
https://www.scinexx.de/news/technik/kle ... -gemessen/

Kann sein das wir in einer sehr spannenden Zeit leben?

Ich frage mich aber gerade, inwieweit Newton dann wirklich messbar ist und die Gravitationskonstante gilt?
Auch hier wird aber die Unmessbarkeit im Mikrokosmos zuschlagen und dann wären wir wieder bei RT vs. Quantenmechanik.... :?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Siebenstein » 18. Mär 2021, 22:02

Vielleicht sollte man sich erst einmal über die ganz grundsätzlichen Dinge einigen...

Wenn die "Gravitationskraft" ausschließlich auf Krümmung der Raumzeit zurückzuführen ist, wäre dann noch die Existenz eines sog. Gravitons notwendig?

Wenn nicht, was sagt das sog. Standardmodell oder andere physikalischen Theorien über die zu erwartende Masse eines Gravitons im Gravitationsfeld?

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Frank » 22. Mär 2021, 09:24

Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2021, 22:02
Vielleicht sollte man sich erst einmal über die ganz grundsätzlichen Dinge einigen...
Ich glaube nicht, dass "WIR" uns einigen sollten, denn die Natur wird uns den Weg schon aufzeigen.
Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2021, 22:02
Wenn die "Gravitationskraft" ausschließlich auf Krümmung der Raumzeit zurückzuführen ist, wäre dann noch die Existenz eines sog. Gravitons notwendig?
Das vielleicht nicht, aber was für "Teilchen" krümmen dann die Raumzeit?
Vielleicht ist die "Zeit" auch selbst ein Teilchen, dass sich ja bekannter weise beeinflussen lässt?
Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2021, 22:02
Wenn nicht, was sagt das sog. Standardmodell oder andere physikalischen Theorien über die zu erwartende Masse eines Gravitons im Gravitationsfeld?
Graviton.png
Graviton.png (18.73 KiB) 1216 mal betrachtet
https://de.wikipedia.org/wiki/Graviton
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von ralfkannenberg » 22. Mär 2021, 11:39

Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2021, 22:02
Vielleicht sollte man sich erst einmal über die ganz grundsätzlichen Dinge einigen...
Hallo Siebenstein,

an dieser Stelle nur eine Frage: ist Dir der Zusammenhang zwischen der elektromagnetischen Wechselwirkung und dem Photon bekannt ? - Naiverweise könnte man da ja eher Teilchen wie das Elektron und das Positron in "Verdacht" haben.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Herr5Senf » 22. Mär 2021, 11:59

Welche Ausdehnung hat ein "Photon", welche Ausdehnung hat ein "Graviton"

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Frank » 22. Mär 2021, 18:28

Herr5Senf hat geschrieben:
22. Mär 2021, 11:59
Welche Ausdehnung hat ein "Photon", welche Ausdehnung hat ein "Graviton"
Erklär das bitte mal für Realschüler :?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Herr5Senf » 22. Mär 2021, 20:57

... wieso, das war doch eine Frage? Ich will 'ne Antwort.

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von ralfkannenberg » 22. Mär 2021, 22:31

Frank hat geschrieben:
22. Mär 2021, 18:28
Herr5Senf hat geschrieben:
22. Mär 2021, 11:59
Welche Ausdehnung hat ein "Photon", welche Ausdehnung hat ein "Graviton"
Erklär das bitte mal für Realschüler :?
Hallo Frank,

ich mache es noch schlimmer und werfe - motiviert durch das Doppelspaltexperiment und dem daraus resultierenden Welle-Teilchen-Dualismus1 noch ein drittes Teilchen in die Runde, das Elektron:
In den bisher möglichen Experimenten zeigen Elektronen weder Ausdehnung noch innere Struktur und können insofern als punktförmig angenommen werden. Die experimentelle Obergrenze für die Größe des Elektrons liegt derzeit bei etwa 10−19 m

Freundliche Grüsse, Ralf


1 Entsprechend sollte auch Licht, also die Photonen Teilchencharakter haben. Für die Entdeckung gab es übrigens einen Nobelpreis, der an Albert Einstein verliehen wurde: der (äussere) Photoelektrische Effekt

Timm
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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Timm » 23. Mär 2021, 17:59

ralfkannenberg hat geschrieben:
22. Mär 2021, 22:31
1 Entsprechend sollte auch Licht, also die Photonen Teilchencharakter haben.
Haben sie auch, wie die lokale Wechselwirkung beim Photoeffekt zeigt. Ein Vergleich mit dem Elektron wäre allerdings irreführend und in der Liste der Elementarteilchen des Standardmodells sucht man das Photon vergeblich. Es hat keine Ladung, ist masselos, was zur invarianten Lichtgeschwindigkeit führt ... .

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von seeker » 23. Mär 2021, 18:18

Na bei den Elementarteilchen des Standardmodells ist das Photon ja schon dabei, es gehört halt zu den Bosonen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Elementar ... les-de.svg
Grüße
seeker


Kritisches Denken bedeutet nicht, sich einseitig nur aus kritischen Quellen zu versorgen und die dortigen Darstellungen unkritisch zu übernehmen. Viele überschätzen ihre eigene Medienkompetenz massiv. Dies wird von Verführern ausgenutzt.

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Timm » 23. Mär 2021, 19:27

seeker hat geschrieben:
23. Mär 2021, 18:18
Na bei den Elementarteilchen des Standardmodells ist das Photon ja schon dabei, es gehört halt zu den Bosonen:
Ja, stimmt, daran hatte ich nicht gedacht.

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von ralfkannenberg » 23. Mär 2021, 20:29

Timm hat geschrieben:
23. Mär 2021, 19:27
seeker hat geschrieben:
23. Mär 2021, 18:18
Na bei den Elementarteilchen des Standardmodells ist das Photon ja schon dabei, es gehört halt zu den Bosonen:
Ja, stimmt, daran hatte ich nicht gedacht.
Hallo Timm,

trotzdem ist der Vergleich zwischen Elektron und Photon natürlich wie Du richtigerweise schreibst irreführend, denn ersteres ist ein "Materie-Teilchen" bzw. ein Fermion, also ein Teilchen mit halbzahligem Spin, und zweiteres ist ein "Austauschteilchen" bzw. ein Boson, also ein Teilchen mit ganzzahligem Spin.

Es ging mir hierbei nur darum, ein bisschen auf den Welle-Teilchen-Dualismus hinzuweisen und da waren historisch der Doppelspaltversuch mit Elektronen, welcher den Wellencharakter eines Teilchens (Elektron), sowie eben der (äussere) Photoelektrische Effekt, welcher den Teilchencharakter einer Welle manifestiert hat, bedeutsam.

Wobei die grundlegende Theorie zum Wellenverhalten von Materie von Louis-Victor de Broglie 1924 erarbeitet wurde, und wenig überraschend gab es für beides den Nobekpreis für Physik.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von seeker » 23. Mär 2021, 23:59

Photon und Elektron, es sind beides Teilchen, halt unterschiedliche.
Man kann nicht sagen, dass das Elektron ein "richtiges" Teilchen sei, das Photon aber nicht.
Das wäre dann irreführend.

Beim Elektron, klassisch als punktförmiges Teilchen gedacht, hätten wir übrigens auch in gewissem Sinne ein 'Singularitätsproblem', nämlich eine unendlich große Ladungsdichte (und damit auch Energiedichte) in diesem Punkt. Ein Elektron ist aber eher kein SL.
Einerseits verhindert das die Unschärfe, deshalb ist sein Wirkungsquerschnitt auch nicht Null, andererseits gibt es Hinweise, dass auch das Vakuum das verhindert: Eine Wolke aus virtuellen Elektronen/Positronen umhüllt nach diesem Vorschlag das Elektron (eine Art der Vakuumpolarisation) und verhindert so, dass die Ladungsdichte über alle Grenzen groß sein kann, indem es die Ladung in dieser Wolke verschmiert.
Hinzu kommt noch, dass per E=mc2 ein Teil der Masse des Elektrons in seinem (ja räumlich ausgedehnten) elektrischen Feld stecken muss. Bei den Elementarteilchen mit Ruhemasse steckt gewöhnlich eh die meiste Masse in diesen Feldern (elektromagnetisches Feld, starke Kernkraft, schwache Kernkraft), die Ruhemasse, die von der Kopplung zum Higgsfeld herrührt, macht da den geringsten Anteil aus.

https://www.spektrum.de/news/eine-winzige-wolke/340433

Jedenfalls ist es etwas kompliziert, was gemeint ist, wenn man von "punktförmigen Teilchen" spricht.
Normalerweise ist damit gemeint, dass keine innere, weitere Struktur mehr in solchen Teilchen gefunden worden ist bzw. wahlweise, dass (nach dem Standardmodell) keine innere Struktur vorhanden ist.
Diese Eigenschaft betrifft aber alle Elementarteilchen des Standardmodells.
Grüße
seeker


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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von seeker » 24. Mär 2021, 00:05

Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2021, 22:02
Wenn die "Gravitationskraft" ausschließlich auf Krümmung der Raumzeit zurückzuführen ist, wäre dann noch die Existenz eines sog. Gravitons notwendig?
Soweit ich weiß, wäre die Exitenz eines Gravitons aus Sicht des Standardmodells zu erwarten.
Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2021, 22:02
was sagt das sog. Standardmodell oder andere physikalischen Theorien über die zu erwartende Masse eines Gravitons im Gravitationsfeld?
Das weiß ich nicht.

Ich weiß nur, dass man bisher kein Graviton nachweisen konnte und dass es auch theoretisch schwer zu handhaben ist.
Außerdem wissen wir, dass das Standardmodell nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann.
Das Standardmodell der Teilchenphysik beinhaltet ja auch nicht die ART bzw. die Gravitation.
Grüße
seeker


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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Timm » 24. Mär 2021, 09:43

ralfkannenberg hat geschrieben:
23. Mär 2021, 20:29
trotzdem ist der Vergleich zwischen Elektron und Photon natürlich wie Du richtigerweise schreibst irreführend, denn ersteres ist ein "Materie-Teilchen" bzw. ein Fermion, also ein Teilchen mit halbzahligem Spin, und zweiteres ist ein "Austauschteilchen" bzw. ein Boson, also ein Teilchen mit ganzzahligem Spin.
Den wesentliche Unterschied zwischen Elektron und Photon sehe ich in der Ruhemasse Null beim Photon. Damit entfällt die Möglichkeit der nicht-relativistische Bewegung. Photonen werden frei emittiert und absorbiert, sodass es keine Erhaltung der Photonenzahl gibt, was die Definition einer Wellenfunktion problematisch macht. - Oder die Energiebetrachtung, ein Photon transportiert die Energie h*f, ein Teilchen mit Ruhemasse hat die Energie mc².

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Siebenstein » 27. Apr 2021, 22:53

Damit bleibt also das Graviton als Träger der Gravitation immer noch "nur" ein hypothetisches Austauschteilchen (Eichboson), solange eine Quantentheorie der Gravitation noch nicht gefunden ist. Interessant.

Der Umkehrschluss ist vermutlich nicht zulässig:
Wenn es eine Quantentheorie der Gravitation nicht gibt, dann gibt es vermutlich auch kein Graviton als Teilchen mit Ruhemasse Null?!

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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von seeker » 28. Apr 2021, 09:51

Siebenstein hat geschrieben:
27. Apr 2021, 22:53
Damit bleibt also das Graviton als Träger der Gravitation immer noch "nur" ein hypothetisches Austauschteilchen (Eichboson), solange eine Quantentheorie der Gravitation noch nicht gefunden ist.
Ich würde sagen, ja. Und auch noch, solange keine empirische Bestätigung vorliegt.
Siebenstein hat geschrieben:
27. Apr 2021, 22:53
Der Umkehrschluss ist vermutlich nicht zulässig:
Wenn es eine Quantentheorie der Gravitation nicht gibt, dann gibt es vermutlich auch kein Graviton als Teilchen mit Ruhemasse Null?!
Hmm... ich würde allgemein so sagen:
Wenn es eine Theorie nicht gibt, dann gibt es ganz grundsätzlich auch alle Objekte, Entitäten (mindestens so) nicht, die im Rahmen dieser Theorie ansonsten beschrieben, erfasst, definiert und gemessen werden könnten.

"Aber vom prinzipiellen Standpunkt aus ist es ganz falsch eineTheorie nur auf beobachtbare Größen gründen zu wollen. Denn es ist ja in Wirklichkeit umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber was man beobachten kann."
Albert Einstein

Allerdings fällt auch keine Theorie vom Himmel und ist auch nicht unveränderlich-fix: Jede Theorie gründet auf zuvor beobachteten Größen, Überlegungen, theoretischen Annahmen und Ausarbeitungen, Bestätigungen, Falsifikationsversuchen, hat also eine nicht-abgeschlossene Evolution hinter sich. Und nur "richtige" Theorien entscheiden prinzipiell darüber, was man beobachten kann und ggf. wird. Ob eine Theorie auch "richtig" ist, weiß man dabei leider immer erst hinterher.

Es ist spricht vieles dafür, dass es eine Quantentheorie der Gravitation geben sollte, auch wenn das nicht ganz sicher ist. Ob wir sie finden und empirisch bestätigen können werden, ist eine andere Frage. Und welche Eigenschaften dann die Austauschteilchen einer solchen Theorie genau haben würden, kann man eben auch erst aus dem Rahmen der Theorie heraus sagen, erst dann, wenn sie gefunden und bestätigt ist.
Grüße
seeker


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Re: Kleinste Gravitationskraft gemessen

Beitrag von Skeltek » 7. Mai 2021, 20:01

seeker hat geschrieben:
28. Apr 2021, 09:51
"Aber vom prinzipiellen Standpunkt aus ist es ganz falsch eineTheorie nur auf beobachtbare Größen gründen zu wollen. Denn es ist ja in Wirklichkeit umgekehrt. Erst die Theorie entscheidet darüber was man beobachten kann."
Albert Einstein
Das wird leider zu oft vergessen, wenn es darum geht, aus unseren 2-dimensionalen Sensor-Arrays die dritte Dimension des Raumzeitvektors an Hand der Rotverschiebung zu ermitteln. Im Grunde genommen hängt hier der dritte Parameter in der Luft. Die Theorie sagt eine Rotverschiebung voraus, die Rotverschiebung legt die Abstände fest und die Abstände untermauern die Theorie - blöderweise hatte man damals die Messergebnisse (Rotverschiebung) zuerst und entwickelte danach erst die Theorie. Daher kann man auch nicht wirklich sagen, daß die Theorie die Rotverschiebung prognostiziert hat und diese im Nachhinein bestätigt wurden.
Bei der Jagd nach dem Graviton wurde auch immer wieder an der Theorie geschraubt, bis man irgendwann mal etwas hatte, was mit den Messungen übereinstimmte. Das halte ich jedenfalls für ein großes Problem des Standardmodels, daß eigentlich fast alle Vorhersagen nur Extrapolationen einer widerholt korrigierten und totgeeichten Meß- und Definitions-Kultur sind.
Man sollte halt nicht 26 von 30 Meßwerten einer Reihe nehmen, an der Theorie 50-60 mal herumschrauben, bis die ersten 26 Messpunkte so gut wie möglich passen, und danach die noch nicht verwendeten letzten 5 Punkte als 'Beweis' der Theorie hinzu zu nehmen, weil diese dann immerhin 30% in derselben Größenordnung liegen wie es die Prognose vorhersagte.

Das große Problem an konkurrierenden Theorien ist, daß die meisten Messwerte bereits Vorabinterpretationen der Wirkung enthalten, welche nach dem Standardmodel ausgewertet wurden. Hätte man konkurrierende Theorien, würde diese gar nicht oder nur sehr erschwert an Rohdaten heran kommen, weil man am Ende nur die nach dem Standardmodell bereits vorgefertigte Entfernung auf den Tisch geknallt bekommt (und daraus abgeleitet dann weitere Daten über Zeitdillatation und andere Dinge).

Sollte sich herausstellen, daß sich kleinere Teilchen erst bei Bedarf spontan Top-Down bilden und vorher gar nicht existieren, wären die meisten Überlegungen für die Tonne, weil man dann automatisch ein virtuelles Teilchen finden, nur weil man eines gesucht hat. Irgendetwas wird da schon entstehen, was die Summe der Erhaltungsgrößen auf eine widerspruchsfreie Mechanik hieft. Jede Betrachtungsweise, welche darauf ausgelegt ist, das Komplement einer Summe zu finden, wird letztlich irgendwas wie ein D finden, was die Summe B+C+D zu einem A ergänzt. Hier sind längerfristig keine echten Überaschungen zu erwarten.

Was mich dann dazu bringt zu denken, daß man grundsätzlich schon die ganze Zeit darauf aus ist, einen systematischen Fehler zu machen, selbst gerade wenn man das Graviton dann doch irgendwann mal findet.
Gödel für Dummies:
  • Unentscheidbarkeit - Dieser Satz ist wahr.
  • Unvollständig - Aussage A: Es existiert nur ein Element A.
  • Widersprüchlich - Dieser Satz ist falsch.

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