Allgemeine Relativitätstheorie: Keine Geheimwissenschaft | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Allgemeine Relativitätstheorie: Keine Geheimwissenschaft

holger_merlitz

Mitglied
In diversen Diskussionen, die zuletzt in diesen Foren abgelaufen sind, ist mir aufgefallen, dass insbesondere die Ideen hinter der allgemeinen Relativitätstheorie (ART) generell falsch interpretiert werden. Es gibt diesen Mythos, dass eine Reihe von undurchsichtigen Annahmen hinter einer extrem abstrakten Theorie verborgen sind, die nur Einstein und ein paar seine Weggefährten verstehen konnten, und dass es durchaus eine Frage des persönlichen Geschmacks ist, ob man diese Theorie akzeptieren oder ablehnen soll. Tatsächlich verhält es sich ganz anders: Die Annahmen, die zur ART führen, sind extrem einfach. Kompliziert ist lediglich die Mathematik, die nötig ist, um aus diesen einfachen Annahmen tatsächlich Vorhersagen für den Ausgang eines Experiments zu gewinnen: Mathematik jedoch ist präzise nachvollziehbar und keine Frage des Geschmacks. Konzentrieren wir uns also auf die Grundannahmen.

Spezielle Relativitätstheorie (SRT):

Die Theorie basiert auf zwei Annahmen:

1. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Konstante, c.
2. Die Gesetze der Physik sind unabhängig von der Geschwindigkeit eines Labors, das sich gleichförmig bewegt.

Prinzip 2. nennt man auch Relativitätsprinzip und Labore, die sich gleichförmig (also unbeschleunigt) bewegen, heißen Inertialsysteme. Praktisch bedeutet es, dass absolute Geschwindigkeiten eines Labors, das sich in einem leeren Raum bewegt, nicht messbar sind. Die komplette SRT folgt nur aus diesen beiden Prinzipien, inklusive der Lorentz-Transformationen und der Minkowski-Raumzeit. Wer mit den Prinzipien 1. und 2. einverstanden ist, der kommt automatisch auf die SRT, daher haben sich viele Physiker seit 1905 daran gemacht, 1. und 2. in immer raffinierteren Experimenten zu überprüfen. Das Ergebnis ist bekannt.

Allgemeine Relativitätstheorie (ART):

Die ART basiert auf denselben beiden Prinzipien wie die SRT, aber es kommt ein drittes Prinzip hinzu, das Äquivalenzprinzip:

3. Ein beschleunigtes, frei fallendes System ist ein Inertialsystem (fast gleichbedeutend mit: träge Masse = schwere Masse)

Die Konsequenz dieses Prinzips ist, dass man Gravitationskraft und die Scheinkraft, die in einem beschleunigten Labor auftritt, nicht voneinander unterscheiden kann. Die gesamte ART folgt automatisch aus den Prinzipien 1-3. Man gebe irgendeinem Außerirdischen diese drei Prinzipien, so wird dieser - falls er mathematisch begabt ist - am nächsten Tag mit der ART zurückkommen. Das heißt: Wer die ART widerlegen möchte, der muss zeigen, dass eines der drei Prinzipien (oder mehrere davon) falsch ist. Entsprechend gab es auch zahlreiche Experimente, in denen man schwere Massen und träge Massen diverser Materialien miteinander verglich, und auch 3. ist bis heute zu sehr hoher Präzision bestätigt.

All diese seltsamen Eigenschaften der ART, inklusive gekrümmter Räume, Gravitationslinsen und -wellen, folgen unausweichlich aus 1-3. Sie sind keine unabhängige Gedankenleistung eines Genies, sondern die schnöde mathematische Konsequenz der drei Grundprinzipien. Somit ist die ART extrem transparent, man bekommt nicht die 'Katze im Sack', sondern ein vollständig durchsichtiges Paket. Nicht jeder versteht die mathematischen Formalismen, die man leider braucht, um mit gekrümmten Räumen zu hantieren, aber an dieser Stelle kann auch wirklich nichts schief laufen - es sei denn, man würde sich verrechnen. Es macht daher keinen Sinn, sich bei seiner Kritik an der ART an konkrete Ergebnisse dieser Mathematik zu reiben, weil einem etwa die philosophischen Konsequenzen gekrümmter Räume nicht schmecken. Wer die ART widerlegen will, der muss bei deren Grundprinzipien 1-3 ansetzen und ein Experiment vornehmen, in dem diese Prinzipien falsifiziert werden.

Viele Grüße,
Holger
 

rin67630

Mitglied
"Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Konstante, c. "

Schon diese erste Annahme, an der so viel in der Astronomie hängt, halte ich für potenziell fragwürdig.

Was ist schon ein Vakuum?
Es ist praktisch erwiesen, dass es im Universum sehr viele dunkle Materie gibt, und die ist (in kosmische Maßstäbe) nicht homogen verteilt.

Unser "Labor im Sonnensystem" ist umgeben von einer gewisse Menge dieser dunkle Materie, und -in dieser Umgebung- sind wir fähig eine Lichtgeschwindigkeit zu messen.
An andere Orte des Universums gibt es eine andere Dichte der dunkle Materie, sonst wäre die Mechanik der Galaxien eine andere.

Es ist nicht erwiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit auch dort gleich ist, oder gibt es diesen Beweis?

Newton erklärt das Universum, wo die Materie einer für uns vertraute Dichte hat.
Die ART ist eine grandiose Errungenschaft und erklärt sehr viel im Universum, wo die Materie extrem dicht ist.
Die Naturgesetze der unendlichen Weiten von Millionen Parsecs voller dunkler Materie mit sehr geringer Dichte bleiben uns -bisher- verborgen.
Eine Frage bleibt unbeantwortet: warum gibt es überhaupt eine Lichtgeschwindigkeit?
Wir wissen noch viel zu wenig...
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Spezielle Relativitätstheorie (SRT):

Die Theorie basiert auf zwei Annahmen:

1. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Konstante, c.
2. Die Gesetze der Physik sind unabhängig von der Geschwindigkeit eines Labors, das sich gleichförmig bewegt.
Schon diese erste Annahme, an der so viel in der Astronomie hängt, halte ich für potenziell fragwürdig. Unser "Labor im Sonnensystem" ist umgeben von einer gewisse Menge dieser dunkle Materie, und -in dieser Umgebung- sind wir fähig eine Lichtgeschwindigkeit zu messen. An andere Orte des Universums gibt es eine andere Dichte der dunkle Materie, sonst wäre die Mechanik der Galaxien eine andere. Es ist nicht erwiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit auch dort gleich ist, oder gibt es diesen Beweis?

Es gibt verschiedene Methoden die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit über kosmologische Entfernungen zu untersuchen. Die wohl empfindlichste basiert auf der Bestimmung der Feinstrukturkonstante aus der Messung von Spektrallinien in Quasaren.

Four direct measurements of the fine-structure constant 13 billion years ago

Es gibt auch spekulative Theorien, die Abweichungen von der strikten Lorentz-Invarianz bei sehr hohen Energien unterhalb der Planck-Skala erwarten. Dabei würde man eine zwar geringe, aber messbare Variation der Lichtgeschwindigkeit mit der Energie der Photonen erwarten. Solch ein Szenario kann aber mittlerweile durch Messungen vom Fermi Gamma-Ray Space Telescope ausgeschlossen werden.

A limit on the variation of the speed of light arising from quantum gravity effects

Testing Einstein’s special relativity with Fermi’s short hard γ-ray burst GRB090510

Das Burst-Signal von GRB090510 wurde am 10. Mai 2009 um 00:23 UT innerhalb weniger Sekunden registriert und stammt von einer Quelle mit einer Rotverschiebung von z = 0.903±0.003, also in kosmologischer Entfernung.
 
Zuletzt bearbeitet:

rin67630

Mitglied
Danke für diese Information.
Es sind allerdings allesamt Experimente im quasi punktuelles Umfeld von hohe Energien/Gravitation.
Mir ging es um die Lichtgeschwindigkeit in der interstellare dunkle Materie.
Um extrem dünne Effekten, die sie jedoch potentiell über extrem große Volumen zu bedeutenden Signalveränderungen bis zu Rotverschiebung aufaddieren, wie die Masse der dunkle Materie auch die Galaxien beeinflusst.
Wir müssen annehmen, dass wir hierüber nichts kennen.
Die Physik an der asymptote zum Nichts könnte uns noch genauso überraschen, wie sie uns am anderen Ende der Materiendichte überrascht hat.
 

Optikus

Mitglied
Hallo,

wenn wir von Lichtgeschwindigkeit reden, reden wir von der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Wenn sich die Existenz der Dunklen Materie soweit konkretisiert dass man erkennen kann wie sie sich als Form von "Materie" allgemein und dem Licht oder besser der elektromagnetischen Strahlung gegenüber verhält wird man auch erkennen können, wie sie sich als "Medium" der Lichtgeschwindigkeit gegenüber verhält - denn dann müsste man von der Lichtgeschwindigkeit im Medium "Dunkle Materie" reden. Ich denke konkret kann das derzeit niemand, da über diese Materieform außer dass sie Gravitationswirkungen zeigt, praktisch nichts bekannt ist,

CS
Jörg
 

holger_merlitz

Mitglied
"Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Konstante, c. "

Schon diese erste Annahme, an der so viel in der Astronomie hängt, halte ich für potenziell fragwürdig.

Was ist schon ein Vakuum?
Es ist praktisch erwiesen, dass es im Universum sehr viele dunkle Materie gibt, und die ist (in kosmische Maßstäbe) nicht homogen verteilt.

Unser "Labor im Sonnensystem" ist umgeben von einer gewisse Menge dieser dunkle Materie, und -in dieser Umgebung- sind wir fähig eine Lichtgeschwindigkeit zu messen.
An andere Orte des Universums gibt es eine andere Dichte der dunkle Materie, sonst wäre die Mechanik der Galaxien eine andere.

Es ist nicht erwiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit auch dort gleich ist, oder gibt es diesen Beweis?

Newton erklärt das Universum, wo die Materie einer für uns vertraute Dichte hat.
Die ART ist eine grandiose Errungenschaft und erklärt sehr viel im Universum, wo die Materie extrem dicht ist.
Die Naturgesetze der unendlichen Weiten von Millionen Parsecs voller dunkler Materie mit sehr geringer Dichte bleiben uns -bisher- verborgen.
Eine Frage bleibt unbeantwortet: warum gibt es überhaupt eine Lichtgeschwindigkeit?
Wir wissen noch viel zu wenig...


Hallo Rin67630,

die Lichtgeschwindigkeit im Medium ist eigentlich eine ganz andere Kiste und hier nicht von Relevanz. Im Medium ändert sich die Lichtgeschwindigkeit zu c' = c/n, wo n der Brechungsindex ist. In Luft ist der bei n = 1,0003, interstellare Gaswolken sind hunderttausend Mal dünner, so dass c nicht messbar beeinflusst wird. Zudem wäre n auch noch abhängig von der Wellenlänge (Dispersion), und wie Peter oben bereits berichtet hat, wird solch eine Dispersion nicht beobachtet. 2017 wurde übrigens mit dem Gravitationswellendetektor LIGO das Verschmelzen zweier Neutronensterne beobachtet, und innerhalb von Sekunden ein kurzes Aufblitzen aus derselben Richtung mit einem Gammastrahlen-Satelliten registriert. Mehr als eine Milliarde Jahre lang war das Signal zu uns unterwegs, aber Licht- und Gravitationswellen kamen praktisch gleichzeitig bei uns an. Das allein zeigt schon, dass das Licht sich quasi mit c durch ein Vakuum bewegt haben muss. Dunkle Materie beeinflusst c grundsätzlich nicht, da sie keine elektromagnetische Wechselwirkung hat (sonst könnte man die dunkle Materie an der Brechung des Lichts nachweisen).

Nein, all das ist hier nicht wirklich von Interesse. Diese simple Annahme, c sei eine Konstante, hat viel schockierendere Konsequenzen für unser Weltbild: Ich fliege in meinem Raumschiff, und der Kollege kommt mit seinem Raumschiff auf mich zu. Unsere Relativgeschwindigkeit beträgt 0.5c. Ich starte meinen Laser, richte ihn in Richtung meines Kollegen und messe die Geschwindigkeit, mit der die Photonen den Laser verlassen: c. Mein Kollege empfängt das Licht und misst ebenfalls: c. Sind wir aneinander vorbei geflogen, wiederholen wir das Experiment, und messen wieder: c. Immer c! Die Annahme, c sei eine Konstante, bezieht sich darauf, dass wir stets dieselbe Geschwindigkeit messen, egal in welchem Bewegungszustand wir (oder die Lichtquelle) uns befinden. Das ist das wahre Wunder hinter dieser Annahme. Es führt zu all diesen Konsequenzen der Lorentz-Transformationen, mit Uhren, die langsamer gehen und Entfernungen, die in Bewegungsrichtung schrumpfen. Das war mit Annahme 1. gemeint, und es wurde in Präzisionsexperimenten immer wieder bestätigt.

Viele Grüße,
Holger
 

rin67630

Mitglied
die Lichtgeschwindigkeit im Medium ist eigentlich eine ganz andere Kiste und hier nicht von Relevanz. Im Medium ändert sich die Lichtgeschwindigkeit zu c' = c/n, wo n der Brechungsindex ist.
Von Brechungseffekte, wie wir sie kennen, als Erklärung bin ich schon längst abgerückt.

Mehr als eine Milliarde Jahre lang war das Signal zu uns unterwegs, aber Licht- und Gravitationswellen kamen praktisch gleichzeitig bei uns an.
Das beweist doch nur, dass die Ausbreitungsgeschiwindigkeit von Licht und Gravitationswellen gleich ist, nicht dass sie überall constant ist.
Wenn zwei Autos auf dem gleichen Autozug gleichzeitig ankommen, beweist es, dass der Zug immer gleich fuhr?

Diese simple Annahme, c sei eine Konstante, hat viel schockierendere Konsequenzen für unser Weltbild: Ich fliege in meinem Raumschiff, und der Kollege kommt mit seinem Raumschiff auf mich zu.
Das wird ja auch nicht infrage gestellt. Die ART is bestätigt.
c ist in der gewöhnliche Materie konstant.
 

holger_merlitz

Mitglied
"Das beweist doch nur, dass die Ausbreitungsgeschiwindigkeit von Licht und Gravitationswellen gleich ist, nicht dass sie überall constant ist."

Das beweist viel mehr: Die Ausbreitung beider Wellen basiert auf unterschiedlichen physikalischen Mechanismen. Photonen und Gravitonen (falls sie existieren) haben ganz unterschiedliche Wechselwirkungen. Sollte eine Gaswolke das Licht auf eine bestimmte Weise beeinflussen, dann wäre es höchst unwahrscheinlich, dass diese Wolke auch Gravitationswellen auf dieselbe Weise beeinflussen kann, und umgekehrt. D.h.: Wären wir hier nicht sehr nahe an der idealen Vakuumsituation, in der c praktisch die Vakuumgeschwindigkeit ist, dann wäre es geradezu ein Wunder, dass beide Signale nach einer Milliarde Jahre Laufzeit gleichzeitig ankommen.

Viele Grüße,
Holger
 

Emissionsnebel

Mitglied
Eine Frage stellt sich mir wenn ich diesen Thread lese: Wieso sollte die dunkle Materie denn überhaupt Einfluss auf den Wert der Lichtgeschwindigkeit haben? Ist die gängige Annahme nicht, dass die dunkle Materie gar keine elektromagnetische Wechselwirkung hat? Das ist doch der Witz, deshalb ist sie doch auch dunkel, oder bring ich da jetzt was durcheinander?

Vielr Grüße
Kalle
 

holger_merlitz

Mitglied
Hallo Kalle,

genau, deshalb schrieb ich weiter oben :) :

"Dunkle Materie beeinflusst c grundsätzlich nicht, da sie keine elektromagnetische Wechselwirkung hat (sonst könnte man die dunkle Materie an der Brechung des Lichts nachweisen)."

Viele Grüße,
Holger
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Es sind allerdings allesamt Experimente im quasi punktuelles Umfeld von hohe Energien/Gravitation. Mir ging es um die Lichtgeschwindigkeit in der interstellare dunkle Materie. Um extrem dünne Effekten, die sie jedoch potentiell über extrem große Volumen zu bedeutenden Signalveränderungen bis zu Rotverschiebung aufaddieren, wie die Masse der dunkle Materie auch die Galaxien beeinflusst. Wir müssen annehmen, dass wir hierüber nichts kennen.
Bei dem bereits zitierten Burst-Ereignis von GRB090510 kommt es ja gar nicht auf die Lichtgeschwindigkeit an der Quelle an, sondern auf mögliche Laufzeitunterschiede zwischen verschieden energetischen Burst-Komponenten über die sehr große intergalaktische Distanz für ein solches Objekt mit einer Rotverschiebung von z = 0.903±0.003. Auf diesem Wege müsste ja jede Menge interstellarer dunkler Materie durchquert worden sein. Bis zu einer Photonenergie von 31 GeV konnte man jedoch keinerlei Dispersionseffekte feststellen.

Dass die SRT im Vakuum so etwas nicht zulässt, weiß man ja schon lange. Hier noch ein Experiment vor mehr als 40 Jahren, an dem ich selbst beteiligt war:

Experimental Test of Special Relativity from a High-γ Electron g-2 Measurement
 

uwebus

Mitglied
Hallo,

wenn wir von Lichtgeschwindigkeit reden, reden wir von der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Wenn sich die Existenz der Dunklen Materie soweit konkretisiert dass man erkennen kann wie sie sich als Form von "Materie" allgemein und dem Licht oder besser der elektromagnetischen Strahlung gegenüber verhält wird man auch erkennen können, wie sie sich als "Medium" der Lichtgeschwindigkeit gegenüber verhält - denn dann müsste man von der Lichtgeschwindigkeit im Medium "Dunkle Materie" reden. Ich denke konkret kann das derzeit niemand, da über diese Materieform außer dass sie Gravitationswirkungen zeigt, praktisch nichts bekannt ist,

CS
Jörg

Nur 'ne dumme Frage: Ist das Vakuum kein Medium?

Ein EM-Welle ist doch eine Vakuumwelle und da sie nun mal Energie transportiert muß das Vakuum ein Medium sein.

Nichts kann keine Wellen aufweisen.
 

M_Hamilton

Mitglied
Hallo,

eine elektromagnetische Welle ist nicht eine Welle des Vakuums, sondern besteht aus zeitlich und räumlich veränderlichen elektrischen und magnetischen Feldern. Diese Felder können im Vakuum existieren, d.h. außerhalb von Materie.

Selbst Gravitationswellen sind nicht direkt Wellen des Vakuums, sondern zeitlich und räumlich veränderliche Raumzeit-Metriken. Das elektromagnetische Feld wird dort durch die Metrik ersetzt, die selbst eine Art Feld ist.

Das "Medium", in denen sich diese Wellen ausbreiten, sind in gewisser Weise die Felder. Die Vorstellung ist letztlich, dass z.B. das elektrische und magnetische Feld immer und überall schon vorhanden sind, selbst im absoluten Vakuum. Wenn man an einem Punkt keine Feldstärken misst, hat das Feld dort den Wert Null, ist aber vorhanden und kann auf einen Wert ungleich Null angeregt werden.

Viele Grüße
Mark
 
Zuletzt bearbeitet:

holger_merlitz

Mitglied
Das Vakuum kann kein Medium sein, weil die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in einem Medium (welcher Art auch immer) vom Bewegungszustand des Beobachters abhinge: Bewegt sich eine Welle durch ein Medium, dann gibt es immer einen absoluten Bezugspunkt, nämlich das Ruhesystem dieses Mediums. Ein Beobachter, der sich relativ zu diesem Ruhesystem bewegt, müsste dann jeweils unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten messen. Experimente zeigen, dass das nicht der Fall ist und dass das Licht sich immer mit c ausbreitet, unabhängig vom Bewegunsgzustand. Daher kann das Vakuum kein Medium für das Licht sein. Man kann es auch anders herum ausdrücken: Weil die Relativitätstheorie offensichtlich funktioniert, kann es ein solches Medium nicht geben, denn wäre c tatsächlich keine Konstante, dann würden alle Vorhersagen der Relativitätstheorie falsch.

Viele Grüße,
Holger
 

uwebus

Mitglied
Hallo,

eine elektromagnetische Welle ist nicht eine Welle des Vakuums, sondern besteht aus zeitlich und räumlich veränderlichen elektrischen und magnetischen Feldern. Diese Felder können im Vakuum existieren, d.h. außerhalb von Materie.

Selbst Gravitationswellen sind nicht direkt Wellen des Vakuums, sondern zeitlich und räumlich veränderliche Raumzeit-Metriken. Das elektromagnetische Feld wird dort durch die Metrik ersetzt, die selbst eine Art Feld ist.

Das "Medium", in denen sich diese Wellen ausbreiten, sind in gewisser Weise die Felder. Die Vorstellung ist letztlich, dass z.B. das elektrische und magnetische Feld immer und überall schon vorhanden sind, selbst im absoluten Vakuum. Wenn man an einem Punkt keine Feldstärken misst, hat das Feld dort den Wert Null, ist aber vorhanden und kann auf einen Wert ungleich Null angeregt werden.

Viele Grüße
Mark

Leute, ich gebe es auf!

Das Vakuum ist räumlich ausgedehnt, hat also Volumen, wenn auch letzteres in der Physik bisher nicht bestimmbar ist. Volumen ist ein mathematisches Abstraktum einer physischen Entität, also muß das Vakuum eine physische Entität sein. Man kann nur von Etwas abstrahieren, Nichts hat kein Abstraktum.

Eine Preisfrage: Was ist denn das Abstraktum von Null?

Ich versuche nun seit Jahren in diversen Foren herauszubekommen, was denn Physiker technisch unter dem Begriff RaumZeit verstehen, bisher nicht eine einzige Erklärung. Das Zeugs soll man krümmen können, es soll dann gravitierend wirken, aber aus was es besteht, wie es überhaupt wechselwirkt mit dem, was Physiker Masse nennen, nichts, alle verstecken sich hinter der RT Einsteins, wenn sie diesen Begriff verwenden. Und dann soll sich das Zeugs aus einem apfelsinengroßen Etwas zum Universum vergrößert haben und sich weiterhin beschleunigt ausdehnen, obwohl es aller Erfahrung nach ein endliches Gebilde ohne Außen nicht geben kann, weil das ein Widerspruch in sich ist. Innen impliziert außen, und da wir wohl unbestritten in einem Universum leben gibt es entweder ein physisches Außen oder aber das Universum ist unendlich.

Tut mir leid, aber für Märchen wie Urknalle, expandierende Universen und Raumzeiten, die aus krümmbarem Nichts bestehen bin ich zu alt.

Vielleicht hat ja jemand doch noch irgendwann eine Idee, wie man aus der undefinierbaren RaumZeit mit einem technischen Modell wieder aussteigen kann.

BIs dann uwebus.
 

holger_merlitz

Mitglied
Raum an sich (oder auch Raumzeit) kann in der Physik nicht gemessen werden und hat daher auch keine Bedeutung als Observable. Gemessen werden lediglich Ereignisse, die in dieser Raumzeit stattfinden. Alles, was wir tun können, ist, aus den Grundannahmen (1. - 3.) die Eigenschaften dieser abstrakten Raumzeit aus den Eigenschaften der Symmetrietransformationen abzuleiten. Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie sind dies die Lorentz-Transformationen, die eine Metrik der diagonalen Form (-1,1,1,1) invariant lassen. Daraus folgt automatisch der Minkowskiraum. Hiermit sind bereits alle Eigenschaften des Raumes festgelegt. Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie funktioniert das genauso, nur sind die resultierenden Metriken komplizierter. Sie führen über das zusätzliche Äquivalenzprinzip und die resultierenden Einsteingleichungen zu der besagten Kopplung zwischen Energie-Impulstensor und metrischen Tensor (auf deutsch: Energie krümmt den Raum).

Die Frage 'was ist die Raumzeit für ein Ding?' ist somit falsch gestellt. Symmetrietransformationen bestimmen deren Eigenschaft, die Raumzeit ist damit perfekt und abschließend definiert. Die Physik kann diese Eigenschaften anhand von Ereignissen, die in der Raumzeit stattfinden, überprüfen, und eine Krümmung der Raumzeit lässt sich ja durchaus messen: Licht wird abgelenkt, Winkelsummen in einem Dreieck ergeben keine 180°, und die Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung werden durch eine Krümmung ebenfalls beeinflusst. Auf großen Skalen scheint die Raumzeit ziemlich flach zu sein. Auf kleineren Skalen gibt es deutlich messbare Einflüsse einer Krümmung (Gravitationslinseneffekt).

Viele Grüße,
Holger
 

uwebus

Mitglied
Raum an sich (oder auch Raumzeit) kann in der Physik nicht gemessen werden und hat daher auch keine Bedeutung als Observable. Gemessen werden lediglich Ereignisse, die in dieser Raumzeit stattfinden. Alles, was wir tun können, ist, aus den Grundannahmen (1. - 3.) die Eigenschaften dieser abstrakten Raumzeit aus den Eigenschaften der Symmetrietransformationen abzuleiten. Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie sind dies die Lorentz-Transformationen, die eine Metrik der diagonalen Form (-1,1,1,1) invariant lassen. Daraus folgt automatisch der Minkowskiraum. Hiermit sind bereits alle Eigenschaften des Raumes festgelegt. Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie funktioniert das genauso, nur sind die resultierenden Metriken komplizierter. Sie führen über das zusätzliche Äquivalenzprinzip und die resultierenden Einsteingleichungen zu der besagten Kopplung zwischen Energie-Impulstensor und metrischen Tensor (auf deutsch: Energie krümmt den Raum).

Die Frage 'was ist die Raumzeit für ein Ding?' ist somit falsch gestellt. Symmetrietransformationen bestimmen deren Eigenschaft, die Raumzeit ist damit perfekt und abschließend definiert. Die Physik kann diese Eigenschaften anhand von Ereignissen, die in der Raumzeit stattfinden, überprüfen, und eine Krümmung der Raumzeit lässt sich ja durchaus messen: Licht wird abgelenkt, Winkelsummen in einem Dreieck ergeben keine 180°, und die Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung werden durch eine Krümmung ebenfalls beeinflusst. Auf großen Skalen scheint die Raumzeit ziemlich flach zu sein. Auf kleineren Skalen gibt es deutlich messbare Einflüsse einer Krümmung (Gravitationslinseneffekt).

Viele Grüße,
Holger

Holger, was du mir da erzählst ist Mathematik.

Mathematik erklärt nicht, sie beschreibt. Nochmals: Volumen ist ein mathematisches Abstraktum einer physischen Entität, ich will wissen, was diese physische Entität ist, nicht deren mathematische Deutung.

Wenn ich ein Auto kaufe, dann soll das zumindest 4 Räder haben. Wenn mir der Händler mathematisch erklärt, wie ein Rad funktionieren soll, aber mir eine Karosserie anbietet ohne Räder, dann geh ich zur Konkurrenz.

Die RT Einsteins ist ein Auto ohne Räder, solange der Ausdruck RaumZeit nicht technisch und auch philosophisch darstellbar präsentiert wird. Ich weiß ja mittlerweile, daß Physikern die Philosophie am Sonstwo vorbeigeht, aber ein Vakuum ohne technische Erklärung ist wie der Gottesbegriff in der Religion, nicht aussagekräftig.

Gruß uwebus
 

Demokrat

Aktives Mitglied
Ich versuche nun seit Jahren in diversen Foren herauszubekommen, was denn Physiker technisch unter dem Begriff RaumZeit verstehen, bisher nicht eine einzige Erklärung.

Abgesehen davon, dass ich beim Wort "uwebus" immer ein großes, vierrädriges Transportmittel vor meinem geistigen Auge sehe und ich mich jedes Mal wundere, warum man sich selbst "Bus" nennt, obgleich ich weiß, dass dies von Deinem Namen kommt...

Das Problem ist, dass du eines nicht sehen kannst: Du möchtest eine andere Antwort auf Deine Frage, die Du seit Jahren nicht bekommst und leitest daraus ab, dass all diese Antworter offenbar einen an der Waffel haben und seit Jahrzehnten über Dinge sprechen, die sie selbst nicht verstehen. Kollektiv, sozusagen weltweit, alle Studenten, alle Lehrer, alle Professoren, alle Forscher, also wirklich ALLE.

Diese zehntausenden von Menschen, die Physik & Co studiert haben, verstehen also die simple Frage eines harmlosen Nachdenkers nicht: was, zum Teufel ist Raumzeit. Nehmen wir einmal an, nur der Form halber, sie alle verstehen die Frage wohl, doch können sie nicht eine so einfache und schöne Antwort geben, wie Du sie Dir wünschst. Für Dich siehst es so aus, als wären die zu blöd, einfach und geradeheraus zu sagen, was Sache ist.

Aber manchmal sind es die Fragen, die man nicht so einfach stellen kann, ohne für die Antworten auch innerlich bereit zu sein. Denn die Antworten gibt es nur in den Sprachen der Mathematik und der Theorien, und das sieht für Dich so aus, als würden alle Physiker auf Deine Frage, was ein Kreuz ist, mit den Formeln für zwei Geraden antworten, die sich schneiden und einen Winkel von 90° zueinander bilden. y = k.x+d und so weiter. Neee, Leute, das kann nicht die Antwort sein, weil ich fragte, was ein KREUZ ist und ihr antwortet mit Gleichungen. Also lauter Irre, die Deine Frage nicht verstanden haben.

Das ist ein erkennnistheoretisches Problem, ein Kommunikationsproblem und ein Problem der Idee, man könne alles mit der Sprache "Deutsch" einfach beschreiben.

Genauso könnte jemand hergehen und einen Stein fragen, ob ihn das Moos stört, dass sich an seiner Seite angesiedelt hat. Schweigt der Stein, dann ist er wohl zu blöd, um diese simple Frage zu beantworten. Oder er weiß nicht, was Moos ist. Also, Stein, was ist Dein Problem? Kannst Du nicht Deutsch? Weißt Du nicht, was Moos ist? Hast Du bislang nur nicht darüber nachgedacht, ob Dich das Moos auf Dir stört? WILLST Du mir vielleicht nicht antworten?

Ja, da habe ich HUNDERT Steine gefragt, sagst Du, und KEIN EINZIGER konnte mir bislang eine vernünftige Antwort geben. Alles Ignoranten, alles still da liegende Gläubige, die nicht mal das Moos bemerken...

Ich hatte dasselbe Problem mit 16. Ich dachte, es gäbe auf jede Frage eine Antwort, und noch dazu eine, die ich verstehen würde, nur weil ich Deutsch spreche. Dabei verstehe ich zu 99% Nüsse, nada, nichts, wenn ein Tower die Landebedingungen über Funk angibt. Oder ein Herzchirurg die Wandverhältnisse einer Aorta bespricht, oder jemand Swahili spricht oder Altgriechisch. Ich verstehe auch nicht, wenn sich zwei am Zern über spezielle Leptonen unterhalten.

Nicht sie alle müssen Deine Sprache lernen.
Vielleicht musst Du ihre Sprache lernen, um sie zu verstehen... :coffee:

lg
Niki
 

holger_merlitz

Mitglied
"Mathematik erklärt nicht, sie beschreibt."

Durchaus richtig, und es geht weiter:

Physik erklärt nicht, sie misst.

Es ist Aufgabe der Physik, alle messbaren Eigenschaften der Natur systematisch zusammenzufassen. Das dem zugrunde liegende System sind die physikalischen Gesetze. Es ist nicht Aufgabe der Physik, über Dinge zu spekulieren, die grundsätzlich nicht messbar sind. Die Philosophie mag hier einspringen wollen, aber sie führt oft zu mehrdeutigen Resultaten, unterschiedlichen, miteinander verfeindeten Schulen, weil philosophische Thesen nicht experimentell getestet werden können. Versucht man, Physik mit Philosophie zu vermischen, so droht ein Stillstand, weil Streitfälle mangels experimenteller Nachweise nicht entschieden werden können. Der Einfluss der klassischen Philosophie (Aristoteles etc.), vermischt mit theologischen Dogmen, hat unserer Zivilisation 1500 Jahre Stillstand verschafft. Erst als Galilei damit begann, zu messen statt zu debattieren, wurden diese Fesseln gelöst und unserer Gesellschaft gelang ein beispielloser Siegeszug neuer Erkenntnisse und Technologien. Physik funktioniert, weil sie nicht unnötig viel erklären will, sondern sich den messbaren Eigenschaften der Welt widmet.

Viele Grüße,
Holger
 

uwebus

Mitglied
"Mathematik erklärt nicht, sie beschreibt."

Durchaus richtig, und es geht weiter:

Physik erklärt nicht, sie misst.

Es ist Aufgabe der Physik, alle messbaren Eigenschaften der Natur systematisch zusammenzufassen. Das dem zugrunde liegende System sind die physikalischen Gesetze. Es ist nicht Aufgabe der Physik, über Dinge zu spekulieren, die grundsätzlich nicht messbar sind. Die Philosophie mag hier einspringen wollen, aber sie führt oft zu mehrdeutigen Resultaten, unterschiedlichen, miteinander verfeindeten Schulen, weil philosophische Thesen nicht experimentell getestet werden können. Versucht man, Physik mit Philosophie zu vermischen, so droht ein Stillstand, weil Streitfälle mangels experimenteller Nachweise nicht entschieden werden können. Der Einfluss der klassischen Philosophie (Aristoteles etc.), vermischt mit theologischen Dogmen, hat unserer Zivilisation 1500 Jahre Stillstand verschafft. Erst als Galilei damit begann, zu messen statt zu debattieren, wurden diese Fesseln gelöst und unserer Gesellschaft gelang ein beispielloser Siegeszug neuer Erkenntnisse und Technologien. Physik funktioniert, weil sie nicht unnötig viel erklären will, sondern sich den messbaren Eigenschaften der Welt widmet.

Viele Grüße,
Holger

Holger,

das ist ja richtig, wenn aber Messungen falsch interpretiert werden, wie z.B. die gemessene Rotverschiebung des Lichtes, weil irgend jemand mal die Hypothese aufgestellt hat, ein Photon gäbe im Vakuum keine Energie ab, deshalb müsse sich das Universum beschleunigt ausdehnen, dann geht bei mir als Ingenieur das Licht aus.

Ein Photon ist kinetische Energie, also Wärme, und die gleicht sich genauso an die Umgebungstemperatur an wie eine Tasse heißer Kaffee, derentwegen sich auch kein Universum beschleunigt ausdehnt.

Ist die Hypothese falsch, sind es auch die Konklusionen, das ist ein Hauptsatz der Philosophie und der Logik.

Für mich als philosophisch angehauchter Ingenieur gilt folgendes:

Wahrheit ergibt sich nur aus der Evidenz einer Wahrnehmung, Evidenz läßt sich nur erzeugen durch das wiederholbare Experiment und letzteres erlaubt nur cartesische Räume.

Alles, was mathematisch darüber hinaus geht, also mehrdimensionale oder gekrümmte Räume, läßt sich experimentell nicht darstellen, ist demnach der Esoterik zuzurechnen.

Zur Wirkung: Wirkung kann nur durch ein physisches Objekt erzeugt werden, wenn also der sog. RaumZeit Wirkungen zugeschrieben werden, dann muß sie als physisches Objekt beschreib- und berechenbar sein. Ist sie das nicht, lassen sich diese Wirkungen auch nicht begründen, sondern nur glauben und Glauben ist kein Metier der Naturwissenschaft.

Zur Zeit: Zeit ist ein aus einer regelmäßigen Bewegung abgeleiteter Maßstab zur Bewertung von Veränderungen und Abläufen. Zeit als solche im Sinne einer physischen Entität gibt es nicht. Und was es nicht gibt kann auch keinen Anfang haben, also auch hier ist der Urknall eine esoterische und keine naturwissenschaftliche Hypothese. Sie widerspricht übrigens auch den Erhaltungssätzen.

Solange sich Physik auf das wiederholbare Experiment beschränkt ist sie eine Naturwissenschaft, sobald sie die Ebene des Experimentes verläßt betreibt sie Esoterik.

Und genau da liegt das Problem, das ich mit der zeitgenössischen Physik habe.

Gruß
uwebus
 

konfokal

Mitglied
"Mathematik erklärt nicht, sie beschreibt."

Durchaus richtig, und es geht weiter:

Physik erklärt nicht, sie misst...

Erst als Galilei damit begann, zu messen statt zu debattieren, wurden diese Fesseln gelöst und unserer Gesellschaft gelang ein beispielloser Siegeszug neuer Erkenntnisse und Technologien. Physik funktioniert, weil sie nicht unnötig viel erklären will, sondern sich den messbaren Eigenschaften der Welt widmet.

Wobei es ganz so einfach ja leider nicht ist, denn Messwerte müssen immer interpretiert werden, sonst sind sie bedeutungslos. Dazu braucht man eine Vorstellung, einen Kontext, eine Theorie darüber, was wie gemessen und in Zahlen verknüpft werden soll - mit anderen Worten eine bestimmte Philosophie, eine speziell definierte Denkweise. Und die steht immer _vor_ jeder Messung. Erst die Denkweise, sprich die Theorie, entscheidet darüber, was überhaupt gemessen werden kann. Galilei ist da ein gutes Beispiel:

Vor Galilei gab es keine quantitative Vorstellung von Geschwindigkeit. Sein Vorschlag, die Größen Distanz (Raum) und Dauer (Zeit) zu messen und den Quotienten als Maß dafür zu verwenden, stieß auch bei den intelligentesten Zeitgenossen auf heftigsten Widerstand. Man hielt es für absurd und einen irreführenden Kategorienfehler, so etwas grundverschiedenes wie eine Länge und eine Zeit durcheinander zu dividieren und gewissermaßen miteinander zu verknüpfen und war der Ansicht, das mathematische Vermengen wesensverschiedener Dinge (Entitäten? 😉) könne doch nur zu bedeutungslosem Unsinn und unklarem mehrdeutigem Denken führen, weshalb solchem Geschwurbel unbedingt von Anfang an Einhalt geboten werden müsse...

Erst als sich herausstellte, dass die Berechnungen mit dem vermeintlich so sinnlosen und irreführenden Kategorienfehler erstaunlicherweise zu richtigen Vorhersagen von Bewegungen führten, ebbte der intellektuelle Widerstand gegen den Quack und seine verkorkste Definition ab... Heute hat sich Galileis Geschwindigkeitsvorstellung so weit in unseren Köpfen verbreitet, dass selbst Schulkinder kein Problem haben, damit quantitativ zu operieren. Die Geburtswehen sind vergessen, man hat sich daran gewöhnt, dass es nützlich sein kann auch mal Äpfel durch Birnen zu teilen, solange die dahinter steckende Philosophie zu experimentell überprüfbaren korrekten Resultaten führt.

Gruß,
Mathias
 

Wolfgang Hofer

Mitglied
Hallo Mathias!

Vor Galilei gab es keine quantitative Vorstellung von Geschwindigkeit.

Auch das ist leider nicht ganz so einfach. Die Geschichte der Naturwissenschaften ist außerordentlich komplex. Dass alles mit Galilei seinen Anfang nahm, dessen Lehren sich schließlich gegen den Widerstand der Kirche durchsetzten, ist lediglich der Gründungsmythos der Naturwissenschaften. Wie jeder Geschichtsmythos hat er zwar einen wahren Kern, verzerrt aber den wirklichen Verlauf auf groteske Weise.

Letztendlich gibt es keinen einheitlichen erkenntnistheoretischen Status wissenschaftlicher Theorien. Wissenschaft unterliegt dem historischen Wandel. Das, was wir heute Physik nennen ist etwas anderes als das, was man vor 400 Jahren darunter verstanden hat. Die Naturwissenschaften haben sich erst langsam über mehrere Jahrhunderte von der Philosophie gelöst. Im Rückblick erscheint es oft wunderlich, wie sich manche metaphysisch-philosophischen Konzepte, wie z.B. die frühe Atomtheorie, als grundsätzlich richtig erwiesen haben. Und das obwohl man anfangs nicht die geringste Idee hatte, wie man dieses Konzept jemals empirisch nachweisen könnte.

Gruß
Wolfgang

Hier noch ein Link zu den Vorläufern, von denen Galilei bei seinem Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbegriff profitierte:
 

konfokal

Mitglied
Hallo nochmal,

Zitat Uwebus "... Und was es nicht gibt kann auch keinen Anfang haben, also auch hier ist der Urknall eine esoterische und keine naturwissenschaftliche Hypothese. Sie widerspricht übrigens auch den Erhaltungssätzen."

falsche Behauptungen werden durch Wiederholen nicht richtig. Dass ein Urknall zwangsläufig den Erhaltungssätzen widerspricht, stimmt nicht, deshalb kann er auch nicht ausgeschlossen werden.

Erstens gelten Erhaltunssätze nur für ein abgeschlossenes System und wir wissen nicht, ob das auf das Universum zutrifft. Wenn es nicht abgeschlossen sein sollte, ist ein Urknall ohne Erhaltungssätze auch nicht verboten.

Wenn es zweitens aber doch abgeschlossen sein sollte, ist die Frage, wie seine Bestandteile Materie/Energie, Raum und Zeit aus einem Zustand ohne diese Bestandteile, quasi einem "Nichts", entstehen konnten, da die Energieerhaltung dem doch zu widersprechen scheint.

Materie als positive Energieform ist jedoch nicht alleine, man muss die negative Energieform des mit ihr vernüpften Gravitationsfeldes einbeziehen. Es lässt sich zeigen, dass in einem abgeschlossenen Universum der negative Beitrag des Gravitationsfeldes den positiven Beitrag von Materie und Energie exakt kompensiert. Die Gesamtenergie ist also Null. Das gilt auch für andere konservierte Größen wie die Elektrische Ladung, wo jede positive Ladung mit einer negativen korrespondiert und auch hier die Gesamtladung Null bleibt.

Wenn alle konsevierten Größen in einem solchen abgeschlossenen Universum gegen Null konvergieren, verbietet kein Erhaltungssatz die spontane Entstehung so eines abgeschlossenen Systems. Im Gegenteil, laut Quantenmechanik passiert alles, was nicht ausdrücklich verboten ist, früher oder später - wobei dieses Begriffspaar zu Anfang der Welt sinnlos ist. Wodurch es fast schon zwangsläufig irgendwann... entsteht.

Der Anfangszustand, in dem das Universum mit einem bestimmten Vakuum angefüllt ist lässt sich mathematisch auch gut modellieren, und wenn man die Einsteingleichungen ganz klassisch dafür löst, findet man ein sich wechselweise zusammenziehendes oder expandierendes Universum, das bei diesem "Schwingen" eine gewisse Minimalgröße nicht unterschreiten kann. In diese klassisch bedingte Minimalgröße kann das quantenmechanische "Anfangsnichts" jedoch hinübertunneln, das ist nicht verboten.

Bleibt natürlich die Frage, woher die Naturgesetze kommen, die für das alles vorausgesetzt werden müssen, wer hat diese Spielregeln gemacht, was ist die Philosophie hinter dem Ganzen? Da muss die Physik leider passen - aber das herauszufinden war ja auch nicht ihr Ziel.

Gruß,
Mathias
 
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Wolfgang Hofer

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Solange sich Physik auf das wiederholbare Experiment beschränkt ist sie eine Naturwissenschaft, sobald sie die Ebene des Experimentes verläßt betreibt sie Esoterik.
Das ist durchaus eine Ansicht, wie sie von einigen deiner Zeitgenossen in der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts vertreten wurde. (Wundert mich allerdings, das ausgerechnet von dir als Metaphysiker zu hören.) Nach dieser Ansicht gibt es kein gesichertes Wissen. Mit Hilfe von Experimenten ergibt sich nur eine mehr oder weniger gute Einsicht davon, wie die Natur funktioniert. In manchen Wissenschaften, wie z.B. in der Soziologie oder der Psychologie ist das auch heute Stand der Dinge. In den Naturwissenschaften macht aber gerade das Zusammenspiel aus mathematisch formulierter Theorie und Experiment den Erfolg aus. Das Experiment alleine ist ein stumpfes Schwert. Eine Physikalische Theorie, wie die allgemeine Relativitätstheorie, mit Esoterik zu verwechseln, ist völlig fehl am Platz. In den frühen Naturwissenschaften sah das allerdings anders aus. Im 16. Jahrhundert und in der ersten Hälfte des 17. Jahrhundert gab es einige Wissenschaftler, die glaubten, die Wahrheit innerhalb der hermetischen Philosophie zu finden. (Die Hermetik ist gewissermaßen Esoterik in Reinform.) Ironischerweise ist Newton in dieser Beziehung seiner Zeit hinterher. Er betrieb noch alchemistische Studien, als dies bereits nicht mehr zeitgemäß war. Ein weiteres Beispiel dafür, dass die Geschichte der Wissenschaften bei weitem nicht so geradlinig verlief, wie oft dargestellt.

Gruß
Wolfgang
 

Demokrat

Aktives Mitglied
Und genau da liegt das Problem, das ich mit der zeitgenössischen Physik habe.

Nun, letzte Frage von mir (nachdem Du - wenig überraschend - wenig auf andere eingehst, aber verlangst, dass alle auf Dich eingehen): was können wir nun dafür, dass Du ein Problem mit der zeitgenössischen Physik hast? Glaubst Du, wir werden die hier und jetzt für Dich ändern?

lg
Niki
 

uwebus

Mitglied
Mit Hilfe von Experimenten ergibt sich nur eine mehr oder weniger gute Einsicht davon, wie die Natur funktioniert. In manchen Wissenschaften, wie z.B. in der Soziologie oder der Psychologie ist das auch heute Stand der Dinge. In den Naturwissenschaften macht aber gerade das Zusammenspiel aus mathematisch formulierter Theorie und Experiment den Erfolg aus. Das Experiment alleine ist ein stumpfes Schwert. Eine Physikalische Theorie, wie die allgemeine Relativitätstheorie, mit Esoterik zu verwechseln, ist völlig fehl am Platz.

Gruß
Wolfgang

Wolfgang,

für mich ist es schon Esoterik, wenn jemand der Begriff RaumZeit verwendet. Raum ist ein übergreifender Begriff für physische Objekte, denn wir alle und die Welt, in der wir leben, bestehen aus physischen volumenhaltigen Objekten, auch das Vakuum.

Zeit wird von Menschen erzeugt durch Ableitung einer regelmäßigen Veränderung eines physischen Objektes, heute vom 133Cs-Atom. Zeit gibt es nur in Form von Delta-t (z.B. Sekunde), t allein gibt es nicht, Zeit ist keine physische Entität.. Der Begriff RaumZeit verknüpft ein physisches Objekt mit einer willkürlich gewählten Bewertungsmethode.

Vergleichbar ist dies mit dem Begriff Autoschönheit. Ein Auto ist ein physisches Objekt, Schönheit Geschmacksache. Jetzt erzähl mir mal, wie ich als Ingenieur Autoschönheit technisch verarbeiten soll. Ein Auto kann ich wiegen, vermessen, auseinander bauen, zerkleinern, verschrotten usw., aber was mache ich mit Schönheit?

Was ich nun schon seit Jahren vorschlage ist, zerlegt das Universum in endliche Felder (Quantisierung), die kann man berechnen und zusammenbauen wie Legosteine, Raumzeit läßt sich technisch nicht bearbeiten.

Daß diese Aufteilung in Felder funktioniert weise ich ja nach, immerhin komme ich ja mit dieser Methode zu Vorhersagen, die mit der physikalischen Empirie übereinstimmen.

Den Rest eurer RT schenke ich euch, der Urknall hat für mich das Geschmäckle einer Schöpfungstheorie, da kann man dran glauben oder es auch sein lassen.

Gruß
uwebus
 
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