Gedanken zur Dunklen Materie

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Ich stelle hier in dem Raum dass die Analyse von Dunkler Energie am sinnvollsten nach quantenmechanischen Gesichtspunkten durchzuführen wäre.

Der Begriff Druck wäre dann in diesem Zusammenhang fehl am Platz.
Dieser ist ja der Kraft zuzuordnen (vereinfacht Kraft / Fläche) und der Kraftbegriff hat in der Quantenmechanik keinen Platz mehr.

Siehe auch

Grundfragen der Physik, Jörg Resag , Quantenmechanik: der Kraftbegriff verschwindet

und die Zitate

...In der Quantenmechanik spielen also Energien und Impulse die entscheidende Rolle, da sie direkt mit Frequenzen und Wellenlängen verknüpft sind...

...Ganz analog tritt auch in der Quantenmechanik das Potential an die Stelle der Kraft...
 
Wieder zurück zum Thema Raumzeitkrümmung.

Folgendes (gedankliches) Experiment:

Ein 1 Kilo schwerer Stein wird von einem Flugzeug in 10 km Höhe transportiert und dort fallen gelassen.

Wie stellt sich jetzt die Bahn dieses Stein auf dem Weg zur Erdoberfläche dar ?

Theoretisch müßte sich doch die Raumzeitkrümmung auswirken, und die Bahn des Steins müßte (vermutlich relativ minimal) von einer geometrischen Gerade abweichen.

Läßt sich das irgendwie exakt berechnen ?

Und inwieweit spielt die Rotation der Erde eine Rolle ?
Die Rotation von schwerer Masse soll ja prinzipiell zu Verwirbelungen der Raumzeit führen - ist dieser Effekt bei diesem Experiment (auch) messbar ?
Und wenn die Rotation der Erde 5 x schneller wäre, würde dass dann zu stärkeren Verwirbelungen der Raumzeit führen, welche sich entsprechend auf die Bahn des Steins auswirken würden ?

Falls ich mit meiner Einschätzung zur Raumkrümmung falsch liege, dann würde das allerdings nicht automatisch bedeuten dass (energetische) Raumzeit-Verdichtung nicht auch eine Rolle spielt in Bezug auf Gravitation.

Ich könnte mir gut vorstellen, dass die Raumzeit-Energiedichte z.B. im Zentrum eines Neutronensterns sehr beachtlich ist.
 
Was Gravitation bei 'Zeit' bewirkt ist zum Glück relativ unkompliziert: eine Verlangsamung.
Wenig überraschend im Konnex 'je stärker die Gravitation desto höher der Verlangsamungseffekt'.

So weit, so klar - allerdings fehlt mir da die direkte Logik was das mit 'Krümmung' zu tun hat.

Darüber hinaus gibt es natürlich einige weitere Aspekte welche für Gravitation / Zeit eine Rolle spielen, so z.B. die nicht ganz einfach verständliche 'maximale Eigenzeit'.
 
So würde z.B. ein Stern ohne dazugehörige Gravitation einen fetten Brocken an positiver Energie in der betreffende Raumzeit-Einheit darstellen und ein entsprechendes Ungleichgewicht erzeugen. Dem wirkt eben seine (energetisch negative) Gravitation entgegen, sodass lokal wieder eine annähernd neutrale Energie-Bilanz vorhanden ist.

Das Energieäquivalent der Sonnenmasse ist ca. 1.79e+47 J. Die gravitative Bindungsenergie der Sonne – als homogene Kugel mit der Masse und dem Radis der Sonne nach Newton überschlägig berechnet – beträgt ca. 2.27e+41 J. Von einer "lokal annähernd neutralen Energibilanz" kann also keine Rede sein.

cs,
Willi
 
Das Energieäquivalent der Sonnenmasse ist ca. 1.79e+47 J. Die gravitative Bindungsenergie der Sonne – als homogene Kugel mit der Masse und dem Radis der Sonne nach Newton überschlägig berechnet – beträgt ca. 2.27e+41 J. Von einer "lokal annähernd neutralen Energibilanz" kann also keine Rede sein.

cs,
Willi
Aus Wikipedia


Die gravitative Bindungsenergie ist diejenige Energie, die benötigt wird, um einen durch Gravitation zusammengehaltenen Körper (z. B. die Erde) in sehr viele winzige Bestandteile zu zerlegen und diese unendlich weit voneinander zu entfernen.

Das hat natürlich schon einen sehr starken Konnex zum Thema, aber diese Energie wird erst dann tatsächlich benötigt wenn obiges Szenario eintreten würde (was hoffentlich nie der Fall sein wird...;)).

Was ich aber konkret meine, ist eine Energie die JEDERZEIT wirkt (so wie ja Masse auch) als 'Gegenspieler'.

Gravitationsenergie (in dem Sinne wie ich sie meine) oder (nach meiner Einschätzung) noch treffender Raumzeit-Energie sind nach meinem Wissensstand Begriffe / Themen, welche leider so gut wie nicht akzeptiert bzw. thematisiert werden, zumindest in der Mainstream-Astrophysik.
 
Die gravitative Bindungsenergie ist diejenige Energie, die benötigt wird, um einen durch Gravitation zusammengehaltenen Körper (z. B. die Erde) in sehr viele winzige Bestandteile zu zerlegen und diese unendlich weit voneinander zu entfernen.

Das hat natürlich schon einen sehr starken Konnex zum Thema, aber diese Energie wird erst dann tatsächlich benötigt wenn obiges Szenario eintreten würde (was hoffentlich nie der Fall sein wird...;)).

Betrachtet man den umgekehrten Fall – also die Sternentstehung – ist sofort klar dass die Bindungsenergie genau jene „(energetisch negative) Gravitation“s Energie ist die Deiner Meinung nach mit dem Energieäquivalent der Masse zu einer "lokal annähernd neutralen Energiebilanz“ führen soll ... das aber bei weitem nicht tut!

Was ich aber konkret meine, ist eine Energie die JEDERZEIT wirkt (so wie ja Masse auch) als 'Gegenspieler'.

Konkret vorgeschlagen hast Du was anderes: Eine "lokal annähernd neutralen Energiebilanz“ „im Range eines universell gültigen 'Naturgesetzes’ “. So ein Naturgesetz existiert nicht.

cs,
Willi
 
Betrachtet man den umgekehrten Fall – also die Sternentstehung – ist sofort klar dass die Bindungsenergie genau jene „(energetisch negative) Gravitation“s Energie ist die Deiner Meinung nach mit dem Energieäquivalent der Masse zu einer "lokal annähernd neutralen Energiebilanz“ führen soll ... das aber bei weitem nicht tut!

In Fortführung von


...Umgekehrt wird die gleiche Energiemenge freigesetzt, wenn sich diese Bestandteile zu einem gravitativ gebundenen Körper zusammenfügen. Dies geschieht beim Kollaps einer Gaswolke zu einem kompakteren Himmelskörper, etwa einem Stern (s. auch Jeans-Kriterium), und führt zu einer Erwärmung der Wolke...

Die freigesetze Energie welche zur Entstehung der (negativen) Bindungsenergie führt, ist eben nicht die (Energie der) Gravitation.
Sondern z.B. Wärme(-Energie).

Konkret vorgeschlagen hast Du was anderes: Eine "lokal annähernd neutralen Energiebilanz“ „im Range eines universell gültigen 'Naturgesetzes’ “. So ein Naturgesetz existiert nicht.

Dazu folgendes, aus:

Grundfragen der Physik, Jörg Resag ,Die Raumzeit des Universums

...Alles, was man zu Beginn braucht, ist ein mikroskopischer Raumbereich, in dem sich aus irgendwelchen Gründen ein starkes Inflatonfeld ausbildet. Im letzten Kapitel haben wir gesehen, wie mithilfe der Quantenmechanik ein solcher Raumbereich gleichsam aus dem Nichts in die Existenz hervorgetunnelt sein könnte. Ist er erst einmal da, so beginnt er rasend schnell zu expandieren, bis das Inflatonfeld zerfällt. Dabei erzeugt die abstoßende Gravitation die Energie, die zur Aufrechterhaltung des Inflationfeldes im expandierenden Raum notwendig ist. Positive Inflatonenergie und negative Gravitationsenergie heben sich dabei zu jeder Zeit gegenseitig auf, d.h. die Gesamtenergie des Universums ist Null. Das bleibt auch nach der Umwandlung des Inflatonfeldes in andere Materie so, sodass auch heute noch die Gesamtenergie des Universums Null ist...

Das kann man glauben oder auch nicht - aktuell wird man diese Thematik wohl noch nicht letztgültig klären / durchschauen können.

Es wäre mE jedenfalls allgemein wichtig, sich mit Fragen wie z. B. der globalen & lokalen Energie-Bilanz, wie funktioniert die gegenseitige Wechselwirkung Masse / Raumzeit im Detail,..., intensiv(er) & unvoreingenommen auseinanderzusetzen.
 
Die freigesetze Energie welche zur Entstehung der (negativen) Bindungsenergie führt, ist eben nicht die (Energie der) Gravitation.
Sondern z.B. Wärme(-Energie).
Wie Du schon zitiert hast ist die Bindungsenergie jene Energie die erforderlich ist um einen Stern in alle Winde zu zerstreuen. Lass uns mal sowas im Gedanken mit einem Stern machen:
Anfangs haben wir die Masse M in einen Stern und dessen Gravitationsfeld. Nachher ist die Masse M in alle Winde zerstreuen und das Gravitationsfeld ist verschwunden. Aber wo ist die zugeführte Bindungsenergie hin? Wegen der Energieerhaltung kann diese nicht verschwunden sein!
Es gibt daher nur eine Möglichkeit: Die Bindungsenergie war notwendig um das Gravitationsfeld abzubauen.

Bei der Sternentstehung passiert genau das Gegenteil: Durch den Aufbau des Gravitationsfeldes wird die Bindungsenergie frei und wird z.B. in Wärme umgewandelt.

In Kombination mit der Definition der Bindungsenergie lässt die Energieerhaltung keine weitere (negative) Energie zu, welche M c^2 lokal ausgleichen könnte.

Der Verweis auf Jörg Resags Seiten ist fehl am Platz: Dort geht es um die Inflationäre Phase (zu der es noch nicht einmal die Materie gab aus denen Sterne bestehen), sowie um die Gesamtenergie des Universums – also ein globale Aussage.
 
Anfangs haben wir die Masse M in einen Stern und dessen Gravitationsfeld. Nachher ist die Masse M in alle Winde zerstreuen und das Gravitationsfeld ist verschwunden. Aber wo ist die zugeführte Bindungsenergie hin? Wegen der Energieerhaltung kann diese nicht verschwunden sein!
Es gibt daher nur eine Möglichkeit: Die Bindungsenergie war notwendig um das Gravitationsfeld abzubauen.


Stellen wir uns folgendes (theoretisches) Szenario vor:

man gräbt ein Loch zum Erdmittelpunkt und bringt dort eine gigantische Bombe (dessen Energie der Bindungsenergie der Erde entspricht) an.
Diese Bombe bringt man zur Explosion und es passiert genau das Szenario dass sich die Erde in kleinen Bruchstücken in alle Richtungen zerstreut.
Die Bindungsenergie ist jetzt bei 0 (sie wurde durch die Explosionsenergie neutralisiert), die Erde existiert nicht mehr.

Aber wie schaut es mit der (ehemaligen) Masse der Erde und deren Gravitation aus ?

Diese Masse ist zwar nur noch in Trümmerform vorhanden, aber an E = mc² hat sich ja dadurch nichts geändert.
Die betreffende Energie ist also (im Wesentlichen) noch erhalten und auch an der damit verbundenen Gravitation / Raumkrümmung hat sich nichts Substantielles verändert.
Beides ist zwar weit weniger kompakt als zuvor (Masse / Gravitation), aber bei den Gesamtsummen ist keine großartige Änderung eingetreten.

Man könnte es auch so ausdrücken:
die Bindungsenergie ist immer abhängig von der Gesamtmasse des Objekts.
So wird die Bindungsenergie pro Masse-Einheit (z.B. 1 Tonne) bei der Sonne wesentlich höher sein als für 1 Tonne der Erde.
Weil ja die benötigte Energie um die Gravitation der Sonne überwinden deutlich höher angesetzt werden muß (als bei der Erde).

Die Gravitation leitet sich hingegen direkt von der Energie ab.
1 Tonne Masse ergibt eine bestimmte Energiemenge und diese bestimmt wiederum das Maß der Gravitation / Raumkrümmung.

Der Verweis auf Jörg Resags Seiten ist fehl am Platz: Dort geht es um die Inflationäre Phase (zu der es noch nicht einmal die Materie gab aus denen Sterne bestehen), sowie um die Gesamtenergie des Universums – also eine globale Aussage.

Ich bitte auch den letzten Satz des Zitats zu beachten:

Das bleibt auch nach der Umwandlung des Inflatonfeldes in andere Materie so, sodass auch heute noch die Gesamtenergie des Universums Null ist...

Ansonsten gebe ich Dir natürlich recht, dass er hier um eine globale Aussage geht (ich hatte diese zitiert weil Du geschrieben hattest So ein Naturgesetz existiert nicht.)

Weder lokal noch global gibt es mE derzeit diebezüglich schon Fakten, die Zukunft wird zeigen in welche Richtung sich die Erkenntnisse entwickeln werden.

Ich habe hier nur meine diesbezüglichen Gedanken und meine Einschätzung dazu dargestellt, sozusagen als Diskussionsbasis.
 
Aber wie schaut es mit der (ehemaligen) Masse der Erde und deren Gravitation aus ?

Diese Masse ist zwar nur noch in Trümmerform vorhanden, aber an E = mc² hat sich ja dadurch nichts geändert.
Die betreffende Energie ist also (im Wesentlichen) noch erhalten und auch an der damit verbundenen Gravitation / Raumkrümmung hat sich nichts Substantielles verändert.
Kirk, zu den Grundlagenkenntnissen Dir offensichtlich fehlen gehört dass Gravitation mit der Entfernung abnimmt:

Nach Newton beträgt die Gravitationsbeschleunigung GM/r^2. Verteilt man M wie im betrachteten Szenario auf viele kleine Stück mit extrem großem Abstand bleibt in Summe (praktisch) keine Gravitation mehr übrig – und zwar in Summe über alle kleinen Stücke.

Mit der ART erhält man das gleiche Ergebnis: Der Energie-Impuls-Tensor enthält die Energiedichte welche im betrachteten Szenario verschwindet. Somit bleibt auch (praktisch) keine Raumkrümmung.

Weitere diesbezügliche Diskussionen halte ich für sinnlos.
 
Kirk, zu den Grundlagenkenntnissen Dir offensichtlich fehlen gehört dass Gravitation mit der Entfernung abnimmt:
Nach Newton beträgt die Gravitationsbeschleunigung GM/r^2.


Es ist zu gütig dass Du mich an der Weisheit dieser Formel teilhaben läßt. :rolleyes:

Zu Deiner Information: Ich habe diese in diesem Thread schon mehrfach zitiert.

Ok, betrachten wir die Thematik nach Newton und nehmen wir diese Quelle als Referenz und zitieren daraus:


Alle Körper üben aufgrund ihrer Massen aufeinander anziehende Kräfte aus, die man als Gravitationskräfte bezeichnet...

...Der Betrag ist proportional zu den Massen der beiden Körper und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes ihrer beiden Schwerpunkte...


Ob die Masse nun kompakt in einem einzigen Stück von 1000 Einheiten oder in 1000 Stücken zu je 1 Einheit strukturiert ist, die Summe (der Masse) beträgt in beiden Fällen 1000 Einheiten.
Auf die Formel aus welcher Du ableiten kannst dass nach Newton etwas anderes als die (Summe der) Masse die Gravitationskraft bestimmt, wäre ich gespannt.

Da gibt es ja ein bekannte Gedankenbeispiel: Was passiert, wenn man (im Zentrum des Sonnensystems) statt der Sonne ein Schwarzes Loch mit identer Masse hätte ? Wie würde sich das auf die Umlaufbahn der Erde auswirken ?

Die Antwort ist natürlich: gar nicht, da sich die auf die Erde einwirkende Gravitationskraft nicht ändern würde.

Und wenn die selbe Masse diffuser in 1000 Teilen von je ein Tausendstel Sonnenmasse strukturiert wäre (so angeordnet dass sich alle Teile homogen verteilt im erweiterten Radius der Sonne befinden), dann würde sich an der Umlaufbahn der Erde auch nichts ändern.

Weitere diesbezügliche Diskussionen halte ich für sinnlos.

Das ist allerdings ein Punkt den ich inzwischen sehr ähnlich sehe.
 
Ein mE recht prägnantes Beispiel wieso man beim Begriff Raumkrümmung und dessen Verwendung aufpassen sollte:


mit dem Zitat

...Wie ist die Situation nun konkret im Weltraum? Auch unser blauer Planet folgt der Raumzeitkrümmung auf seiner Umlaufbahn um die Sonne. Eigentlich bewegt sich die Erde in einer „geraden Bahn", nur in einem gekrümmten Raum...

Das halte ich für eine ziemlich suboptimale Formulierung für einen vermeintlichen wissenschaftlichen Qualitätsartikel.

Die Umlaufbahn der Erde (um die Sonne) ergibt sich neben der Gravitation / Raumkrümmung auch aus der Zentrifugalkraft, welche sich wiederum von der Geschwindigkeit der Erde ableitet.

Wenn die Erde entsprechend stark gebremst würde, dann würde sie sich Richtung Sonne orientieren (und dort einschlagen).
Wenn die Erde entsprechend stark beschleunigt würde, dann würde die Zentrifugalkraft entsprechend stärker werden, und sich die Erde (aus ihrer Umlaufbahn heraus) von der Sonne wegbewegen.

Der springende Punkt ist aber, dass die Umlaufbahn der Erde um die Sonne keine 'gerade Bahn' ist welche sich nur durch die Raumkrümmung erklärt.

Der Effekt dass Materie durch die 'Krümmung' der Raumzeit zur Rotation gezwungen wird findet man mW nur bei Schwarzen Löchern, dort auch schon (etwas) außerhalb des Ereignishorizonts.
Da entspricht dann die Bewegung der Materie tatsächlich einer 'geraden Bahn', da durch die Rotation der Raumzeit eine andere, direktere Annäherung an das Schwarze Loch (und dessen Zentrum) nicht möglich ist.

Aber im Falle der Umlaufbahn der Erde ist die lokale Raumzeit bei weitem nicht so stark 'gekrümmt' (und schon gar nicht in Rotation), dass eine direktere Annährung an die Sonne nicht möglich wäre (unter der Vorraussetzung dass die Erde eben entsprechend verlangsamt oder abgelenkt würde).
 
Die Umlaufbahn der Erde (um die Sonne) ergibt sich neben der Gravitation / Raumkrümmung auch aus der Zentrifugalkraft, welche sich wiederum von der Geschwindigkeit der Erde ableitet.
Da wirfst du Newton und Einstein durcheinander. Die Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft, welche auftritt, wenn du dich in einem Nicht-Inertialsystem befindest und mit Newtonscher Mechanik arbeitest. In der ART brauchst du keine Zentrifugalkraft, um eine Umlaufbahn zu bekommen.

Der springende Punkt ist aber, dass die Umlaufbahn der Erde um die Sonne keine 'gerade Bahn' ist welche sich nur durch die Raumkrümmung erklärt.
In der ART ist der freie Fall kraeftefrei. Die Umlaufbahn eines Planeten um die Sonne ist die geradest-moegliche Bahn, die fuer den Planeten und seinen Energie-Impulstensor in der gekruemmten Raumzeit moeglich ist.
Bremst du den Planeten ab, oder becshleunigst ihn, oder erstetzt ihn durch einen Lichtstrahl, dann aenderst du dessen Energie-Impulstensor und damit auch seine Trajektorie in der gekruemmten Raumzeit.

LG,

mischa
 
Ich habe für meine diesbezügliche Formulierung nicht Wikipedia bemühen müssen, aber wenn man dort nachschaut, findet man folgendes:


In einer Umlaufbahn heben sich im lokalen mitbewegten Koordinatensystem die Gravitationskraft der Erde und die Zentrifugalkraft gegenseitig auf. Deshalb herrscht an Bord eines Raumfahrzeuges, das sich in einer Umlaufbahn befindet, Schwerelosigkeit (siehe auch Mikrogravitation)...

Dein Vorwurf dass ich Newton und Einstein durcheinanderwürfle, würde dann jedenfalls auch Wikipedia (be)treffen.

Dass Zentrifugalkraft (bzw. Fliehkraft) in der Astrophysik auch als Scheinkraft bezeichnet wird, war / ist mir bekannt.

Inhaltlich lauft es mE im wesentlichen auf das gleiche hinaus, und (konservativ geschätzt) 98 % der Menschen werden wohl eine Erläuterung über einen Energie-Impulstensor nicht folgen können bzw. nicht verstehen.

Was mich an einer solchen Interpretation der Raumkrümmung irritiert (um es in Deiner Diktion zu schreiben):

Wenn Du den Energie-Impulstensor eines Planeten änderst, dann änderst Du damit auch seine Trajektorie (= Bahn) in der gekruemmten Raumzeit.
Das heißt aber, dass die gekrümmte Raumzeit per se keine bestimmte (eindeutige) Bahn erzwingt, sondern dass diese vom Energie-Impulstensor abhängt.
Wenn z.B. die Geschwindigkeit des Planeten auf 0 m/s gebremst wird, dann gehe ich davon aus dass die darauffolgende Bahn des Planeten ziemlich genau dem freien Fall entspricht, wie er landläufig verwendet wird (nämlich dass der Planet 'direttissimo' auf den Stern stürzen würde).

Wenn so viele verschiedene Bahnen (das Wort gefällt mir halt besser als Trajektorien ;)) in Abhängigkeit des Energie-Impulstensor möglich sind, bleibt (zumindest vom Anschaulichkeitsaspekt her) nicht mehr viel Substantielles von der Raumzeitkrümmung übrig.

Beim Szenario mit der Geschwindigkeit des Planeten von 0 m/s und der sich daraus ergebenden Bahn des Planeten, inwieweit ist da der Begriff Raumzeitkrümmung nachzuvollziehen ?

Wie ich ja schon in einem vorhergehenden Posts erläutert habe, bezweifle ich ja in keinster Weise dass 'Raumzeitkrümmung' existiert und auch nicht dass diese in der nach derzeitigem Forschungsstand beschriebenen Form funktioniert.

Ich finde nur dass die Begriffswahl Raumzeitkrümmung nach meinem aktuellen Wissensstand suboptimal ist.
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo, ich bin kein Astrophysiker, jedoch Physiker mit vieljähriger Berufserfahrung und habe keine Idee, was die Rotation der Galaxien vom Newtonschen Gesetz abweichen lässt. Ich stoße mich jedoch am Begriff "Old School" und diese "Erklärung" des naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinns:

Zitat:
"1. Messen / objektiv beobachten
2. Analysieren / verstehen / nachweisen / beweisen
(3. Nutzen - viele Neu-Entdeckungen führten auch zu neuen technischen Entwicklungen)"

Dem möchte ich meine Sichtweise und Erfahrung gegenüberstellen.

Old School impliziert New School, und was immer das auch sein soll, es ist einfach keine Naturwissenschaft mehr.
Die Regeln wurden seit den klassischen Griechen vor über 2000 Jahren entwickelt, oft übertreten, sogar bekämpft, verfeinert und
schließlich akzeptiert und mit großem Erfolg bis heute angewandt. In letzten Jahrzehnten jedoch ist ein Drang nach Aufweichung
zu beobachten, um den Weg für freie effektheischende schlagzeilenträchtigen Spekulationen frei zu räumen um wohl an die Töpfe der Forschungsgelder heranzukommen. Hierzu zähle ich Paralleluniversen, Quantentheorie des Geistes, Stringtheorie, Supersymmetrie und viele phantastische Ideen mancher der theoretischen Physiker. "Theory of Everything" ist der absolute Höhepunkt
des nicht-naturwissenschaftlichen Denkens mancher Naturwissenschaftler. Es ist wie an den Finanzmärkten,
den großen Schlag zu vollbringen, verführt manche zu weit übertriebenen bis irreführenden Aussagen, es ist eine Blase oder "Hype",
die jedoch kaum Bestand haben wird. Freilich heißt das nicht, dass diese Ideen falsch sein müssen, jedoch ist es sehr
unwahrscheinlich, dass sie irgendwann in vielleicht 1000 Jahren bestätigt werden.

Welche Regeln haben sich bewährt mit Beispielen:
Tatsächlich ist das Messen von Messgrößen der zentrale Faktor, der uns auch von anderen Gebieten,
wie Psychologie, Soziologie und Wirtschaft und Metaphysik unterscheidet. Galilei war hier einer der Vorreiter.
Messungen sind jedoch nur Zahlen. Kann man daraus etwas lernen?
Messung muss mit einer Modellvorstellung verbunden werden, um die Zahlen einzuordnen.
Hier wirds kompliziert. Was ist ein Modell? Oft ist es eine Gruppe von Gleichungen, welche
die Messgrößen verknüpfen. Hieraus entsteht die Möglichkeit, nicht gemessene Wertebereiche zu berechnen
und Vorhersagen zu treffen. Wenn das dann experimentell bestätigt werden kann, sieht es gut aus
für das Modell und vielleicht wirds eine Theorie. Ein Gegenbeispiel reicht jedoch um das Modell zu entwerten oder zu widerlegen.
In der Physik sind die Ansprüche besonders hoch, man erwartet sehr genaue Übereinstimmungen über weite Wertebereiche,
was nur selten gelingt. Dafür sind die Theorien äußerst zuverlässig. Ohne Newton wären die Astronauten und Kosmonauten in sehr viel größerer Lebensgefahr. In der Chemie oder Biologie ist das sehr viel weniger präzise. Man ist oft schon
mit Regeln zufrieden. Kein Wunder bei so komplexen Systemen. Daher kann man die Wirkung und Nebenwirkungen der
Corona-Impfstoffe trotz Supercomputer kaum vorausberechnen.
Manchmal umfasst ein Modell auch ein nicht-mathematisches verbales Konzept, z.B. der Wellenfunktionkollaps
beim Messprozess in der Quantenmechanik oder den Begriff der Energie.

Womit ich oben in der Diskussion gar nicht einverstanden bin, ist "verstehen" und "beweisen":

Was "verstehen" bedeutet, ist spätestens seit der Quantenmechanik und der allg. Relativitätstheorie
intensiv untersucht worden, jedoch ohne zielführendes Ergebnis.
Verstehen hat vermutlich etwas mit der Erfahrung zu tun, die wir im täglichen Leben machen können
und daher für selbstverständlich halten. Das ist in so extremen Bereichen, wie der Astronomie oder der Quantenphysik
eben für die meisten Menschen nicht mehr der Fall. Es geht heute nicht mehr ums Verstehen sondern um das Beschreiben
und sich daran gewöhnen.

"Beweisen" können wir grunsätzlich nichts (Karl Popper), Falsifizieren ist hingegen möglich, z.B. wenn man
ein Gegenbeispiel zu einem Modell findet, z.B. einen Stein, der immer nach oben fällt, dann wäre Newtons Theorie widerlegt.

Wichtig für die naturwiss. Erkenntnis ist noch die Wiederholbarkeit. Ein Experiment, das nur einmal
gelungen ist, ist einfach wertlos, da nicht von anderen überprüfbar.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist "Konservatismus" oder Sparsamkeit der Modelle oder auch Reduktionismus.
Damit ist gemeint, zunächst mit allen Mitteln zu versuchen, Beobachtungen, wie seltsam sie auch erscheinen mögen,
erst mit den bestehenden anerkannten Modellen und Theorien zu erklären.
Falls das nicht gelingt, sollten neue Modelle möglichst wenig freie Parameter haben und möglichst einfach und sparsam,
jedoch möglichst effektiv sein, so dass es von anderen Naturwissenschaftler nachvollzogen werden kann.
Das ist der Grund, warum niemand die sehr komplizierte Theorie von Julian Schwinger verwendet, sondern die einprägsamen Feynmanregeln, um Streuquerschnitte in der Teilchenphysik zu berechnen. Beide Theorien sind gleichwertig,
jedoch ist die Schwinger-Theorie zu kompliziert und wird ignoriert.

Ein andere wichtiger Faktor ist die Kontinuität. Das neue Modell muss sich nahtlos an bestehende anerkannte
Modelle anschließen. Wenn Einsteins Relativitätstheorien nicht das Newtonsche Gravitationsgesetz oder
die Galileischen Relativitätsprinzipien beinhalten würde, wären sie niemals anerkannt worden. Sie würden
dann auch automatisch Messungen widersprechen.


Nun doch noch ein leienhafter Beitrag zur Diskussion oben über dunkle Materie:
In diesem Sinne würde ich tatsächlich erst einmal von klassischer Materie, wie nicht leuchtende Gaswolken,
ausgekühlte braune Zwerge und Neutronensterne und schwarze Löcher und natürlich auch Neutrinos, Higgsteilchen
u.ä. ausgehen, bevor ich eine neue Materieform, parallel Universen o.ä. postuliere. Die quantitative Beobachtung wird hoffentlich das Zünglein an der Waage liefern. Leider kann man dunkle Materie sehr schlecht beobachten. Immerhin misst man aber den Hintergrund
der 3K Mikrowellenstrahlung. Das ist schon sehr kalt. Vielleicht kann man dann auch ausgekühlte dunkle Gaswolken und Sterne
mit Radioteleskopen messen?

Zitat:
"Auch warum Dunkle Materie - welche auch in unserer (astronomisch gesehen) unmittelbaren Nachbarschaft vorkommen müßte - so komplett unbeobachtbar ist und nicht mit anderer Materie interagiert (obwohl sie diese Mengen-mäßig bei weitem in den Schatten stellen sollte), entzieht sich für mich jeder rationalen Erklärung."
Mein Vorschlag:
Wenn die Materie homogen und isotrop im Raum verteilt ist, führt sie dann zu einer lokalen Raumverzerrung? Der ganze Raum wird
vermutlich einfach überall etwas zusammengepresst, wie ein Schwamm. Effektiv merken wir davon wohl nichts davon.
Kann das jemand ausrechnen? Gibt es hier auch Astrophysiker, die dazu mehr sagen könnten?

Danke fürs Lesen und wünsche allen einen klaren Himmel,
Claus
 
Zur erwähnten Sammlung von dunklen Objekten möchte ich noch im Weltraum herrenlos vagabundierende Planetoiden, Planeten und sonstige kalte Materieklumpen mit einbeziehen. Wer sagt denn, dass der Kuipergürtel, zum dem inzwischen Pluto gerechnet wird, nach der 1:2 Resonanz in 48 AE gänzlich endet? Vielleicht gibt es nach der Resonanz weitere Gürtel, die dann allmählich mit der intergalaktischen Materie verschmelzen so wie ein kleiner Wirbel im Ozean? Vielleicht wird die ganze Galaxie und vielleicht mehr mit zahllosen nicht sichbaren Brocken und Mini-Planeten durchströmt, die in unserem Planetensystem längst von den Planeten weitestgehend weggeräumt wurden? Falls dem nicht so ist, wäre das nicht sonderbarer als die Annahme eines völlig leeren interstellaren Raumes? Könnte das nicht die dunkle Materie erklären? Freilich ist das nur eine Spekulation und keine wissenschaftliche Erkenntnis. Ich habe keinen Überblick über die dazu bestehende Beobachtungsdaten, es müssten erst Berechnungen angestellt werden und geprüft werden, ob die vorhandenen Messdaten ausreichen, um eine Falsifizierung zu erlauben.

Beste Grüße, Claus
 
Zur erwähnten Sammlung von dunklen Objekten möchte ich noch im Weltraum herrenlos vagabundierende Planetoiden, Planeten und sonstige kalte Materieklumpen mit einbeziehen. Wer sagt denn, dass der Kuipergürtel, zum dem inzwischen Pluto gerechnet wird, nach der 1:2 Resonanz in 48 AE gänzlich endet? Vielleicht gibt es nach der Resonanz weitere Gürtel, die dann allmählich mit der intergalaktischen Materie verschmelzen so wie ein kleiner Wirbel im Ozean? Vielleicht wird die ganze Galaxie und vielleicht mehr mit zahllosen nicht sichbaren Brocken und Mini-Planeten durchströmt, die in unserem Planetensystem längst von den Planeten weitestgehend weggeräumt wurden? Falls dem nicht so ist, wäre das nicht sonderbarer als die Annahme eines völlig leeren interstellaren Raumes? Könnte das nicht die dunkle Materie erklären? Freilich ist das nur eine Spekulation und keine wissenschaftliche Erkenntnis. Ich habe keinen Überblick über die dazu bestehende Beobachtungsdaten, es müssten erst Berechnungen angestellt werden und geprüft werden, ob die vorhandenen Messdaten ausreichen, um eine Falsifizierung zu erlauben.

Beste Grüße, Claus
Hallo,

nach meinem veralteten Wissenstand hat man nach sogenannten Machos (massive astrophysical compact halo objects) mit Hilfe von Gravitationslinsen gesucht. Dadurch kann man die Masse dieser Objekte gut bestimmen. Das Ergebnis war, dass es bei weitem nicht genug Masse in Form von Machos gibt, um die dunkle Materie erklären zu können.

Und ich glaube, das würde auch nicht zur Strukturbildung im Universum passen, denn die massiven Objekte, so sie denn baryonisch sind, hätten sich schon in der Frühphase des Universums bilden müssen, wofür es zu dem Zeitpunkt aber noch zu heiß war.
Viele Grüße
Jörg
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Jörg,

eben deswegen sollte man sich um gleichmäßig verteilte leichte, kalte und kleine Objekte kümmern. Wenn zum Beispiel ein Planet wie die Erde irgendwo in der Galaxie driften würde, hätten wir wohl kaum eine Chance mit irgendeinem heutigen Teleskop, sei es optisch, Infrarot oder UV oder im Radiofrequenzbereich, diesen zu erkennen. Die Masse ist viel zu klein, um den Raum genügend zu verzerren und Linseneffekte zu erzeugen, die hier ankommende Strahlung ist im gesamten Spektrum viel zu schwach. Man bräuchte Informationen über "Lachos" (Light astro compact objects). Diese Machos sind viel zu selten. Das sieht für mich ziemlich hoffnungslos aus. Wenn es so viele Machos gäbe, könnten wir den Weltraum gar nicht so weit überblicken, da die Raumkrümmung stören würde und alles Licht heftig gestreut würde. Das ist offensichtlich nicht der Fall, das Universum ist weitgehend flach, Gott-sei-Dank!
Daraus muss man schon schließen, dass die meisten Objekte viel kleiner sind. Vielleicht ist die Masse aller festen Objekte im der Galaxie sogar Poisson-verteilt. Bei zufälliger Entstehung wäre das sogar zu erwarten. D.h. die kleinsten Objekte sind am häufigsten. Wenn man doch nur zu so einer Nova-Explosion hinfliegen und die Größen der wegfliegenden Teile ausmessen könnte...

Einen coolen Ansatz habe ich dennoch gefunden:
Dort suchen sie solche Objekte im Kuipergürtel (TNO="trans-neptunian objects" ) durch Sternverdunkelung zu identifizieren. Die Ergebnislage ist jedoch auch nach mehreren Jahren eher spärlich geblieben. Sie arbeiten mit 4 Teleskopen mit 50cm Spiegel und schnellen Kameras, das wäre sogar für anspruchsvollere Amateure heutzutage zugänglich, ja eigentlich ein schönes Projekt für mehrere zusammenarbeitende Amateure. Man sieht aber, dass man Durchhaltevermögen braucht - wie so oft in der Astronomie. Wie schwierig ist es dann wohl erst, solche Körper (Lachos) im intergalaktischen Raum ausfindig zu machen, wenn man kaum den Kuipergürtel erforschen kann.
Warum brauchen sie 4 Teleskope? Es gibt viele Störungen: Bedeckungen durch Vögel, Flugzeuge und Satelliten und größere Fluktuationen der Atmosphäre. Wenn mehrere Teleskope gleichzeitig messen, kann man solche Negativereignisse leicht eliminieren.

Wünsche einen freien Himmel
Claus
 
Baryonische Materie alls (alleinige) Ursache kann mittlerweile ausgeschlossen werden. Selbst riesige Gas- und Staubmengen (oder auch Felsbrocken) wären nicht dazu in der Lage. Außerdem würden solch enorme Mengen sehr wohl beobachtbar sein (zb. IR) und auch astrophysikalische Prozesse beeinflussen (z.b. die Entstehung der Sterne selbst).
Es geht übrigens nicht nur um die Menge, mit deinen LACHOS wirst du nicht die notwendige Verteilung der DM erklären können - und die ist entscheidend um die Beobachtungen auf großen Skalen erklären zu können. Der Bullet-Cluster mag hier als eindrucksvolles Beispiel dienen.
 
Guten Abend Harald,
danke für den interessanten Hinweis, es gibt auch ein Objekt am Nordsternhimmel, Abell 520 nahe Orion. Dort wurde festgestellt, dass der Massenschwerpunkt (Gravitationslinse) mit keiner Galaxie des Clusters übereinstimmt (Mahdavi et al. 2007 aus arxiv).

Anstelle mit dunkler Materie könnte man dies nicht mit einem Cluster von massereichen strahlungsarmen Materie-Objekten, z.B. kleinere schwarze Löcher erklären? Warum sollten solche Cluster (Kugelsternhaufen sind auch stabil) zusammen mit Galaxien in größerem Abstand von einander um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen?

Interessanterweise stimmt das Gravitationszentrum mit dem Maximum der Röntgenstrahlung überein. Ist das Zufall oder emittiert dunkle Materie etwa Röntgenstrahlung?

Hoang et al. 2018 (arxiv) haben auch Radiostrahlung (Synchrotronstrahlung) aus dem Zentrum festgestellt. Es werden Elektronen beschleunigt, was ich dunkler Materie nicht zutrauen würde...
 
Hallo, ich bin kein Astrophysiker, jedoch Physiker mit vieljähriger Berufserfahrung und habe keine Idee, was die Rotation der Galaxien vom Newtonschen Gesetz abweichen lässt. Ich stoße mich jedoch am Begriff "Old School" und diese "Erklärung" des naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinns:

Zitat:
"1. Messen / objektiv beobachten
2. Analysieren / verstehen / nachweisen / beweisen
(3. Nutzen - viele Neu-Entdeckungen führten auch zu neuen technischen Entwicklungen)"

Dem möchte ich meine Sichtweise und Erfahrung gegenüberstellen.

Old School impliziert New School, und was immer das auch sein soll, es ist einfach keine Naturwissenschaft mehr.
Die Regeln wurden seit den klassischen Griechen vor über 2000 Jahren entwickelt, oft übertreten, sogar bekämpft, verfeinert und
schließlich akzeptiert und mit großem Erfolg bis heute angewandt. In letzten Jahrzehnten jedoch ist ein Drang nach Aufweichung
zu beobachten, um den Weg für freie effektheischende schlagzeilenträchtigen Spekulationen frei zu räumen um wohl an die Töpfe der Forschungsgelder heranzukommen. Hierzu zähle ich Paralleluniversen, Quantentheorie des Geistes, Stringtheorie, Supersymmetrie und viele phantastische Ideen mancher der theoretischen Physiker. "Theory of Everything" ist der absolute Höhepunkt
des nicht-naturwissenschaftlichen Denkens mancher Naturwissenschaftler. Es ist wie an den Finanzmärkten,
den großen Schlag zu vollbringen, verführt manche zu weit übertriebenen bis irreführenden Aussagen, es ist eine Blase oder "Hype",
die jedoch kaum Bestand haben wird. Freilich heißt das nicht, dass diese Ideen falsch sein müssen, jedoch ist es sehr
unwahrscheinlich, dass sie irgendwann in vielleicht 1000 Jahren bestätigt werden.

Welche Regeln haben sich bewährt mit Beispielen:
Tatsächlich ist das Messen von Messgrößen der zentrale Faktor, der uns auch von anderen Gebieten,
wie Psychologie, Soziologie und Wirtschaft und Metaphysik unterscheidet. Galilei war hier einer der Vorreiter.
Messungen sind jedoch nur Zahlen. Kann man daraus etwas lernen?
Messung muss mit einer Modellvorstellung verbunden werden, um die Zahlen einzuordnen.
Hier wirds kompliziert. Was ist ein Modell? Oft ist es eine Gruppe von Gleichungen, welche
die Messgrößen verknüpfen. Hieraus entsteht die Möglichkeit, nicht gemessene Wertebereiche zu berechnen
und Vorhersagen zu treffen. Wenn das dann experimentell bestätigt werden kann, sieht es gut aus
für das Modell und vielleicht wirds eine Theorie. Ein Gegenbeispiel reicht jedoch um das Modell zu entwerten oder zu widerlegen.
In der Physik sind die Ansprüche besonders hoch, man erwartet sehr genaue Übereinstimmungen über weite Wertebereiche,
was nur selten gelingt. Dafür sind die Theorien äußerst zuverlässig. Ohne Newton wären die Astronauten und Kosmonauten in sehr viel größerer Lebensgefahr. In der Chemie oder Biologie ist das sehr viel weniger präzise. Man ist oft schon
mit Regeln zufrieden. Kein Wunder bei so komplexen Systemen. Daher kann man die Wirkung und Nebenwirkungen der
Corona-Impfstoffe trotz Supercomputer kaum vorausberechnen.
Manchmal umfasst ein Modell auch ein nicht-mathematisches verbales Konzept, z.B. der Wellenfunktionkollaps
beim Messprozess in der Quantenmechanik oder den Begriff der Energie.

Womit ich oben in der Diskussion gar nicht einverstanden bin, ist "verstehen" und "beweisen":

Was "verstehen" bedeutet, ist spätestens seit der Quantenmechanik und der allg. Relativitätstheorie
intensiv untersucht worden, jedoch ohne zielführendes Ergebnis.
Verstehen hat vermutlich etwas mit der Erfahrung zu tun, die wir im täglichen Leben machen können
und daher für selbstverständlich halten. Das ist in so extremen Bereichen, wie der Astronomie oder der Quantenphysik
eben für die meisten Menschen nicht mehr der Fall. Es geht heute nicht mehr ums Verstehen sondern um das Beschreiben
und sich daran gewöhnen.

"Beweisen" können wir grunsätzlich nichts (Karl Popper), Falsifizieren ist hingegen möglich, z.B. wenn man
ein Gegenbeispiel zu einem Modell findet, z.B. einen Stein, der immer nach oben fällt, dann wäre Newtons Theorie widerlegt.

Wichtig für die naturwiss. Erkenntnis ist noch die Wiederholbarkeit. Ein Experiment, das nur einmal
gelungen ist, ist einfach wertlos, da nicht von anderen überprüfbar.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist "Konservatismus" oder Sparsamkeit der Modelle oder auch Reduktionismus.
Damit ist gemeint, zunächst mit allen Mitteln zu versuchen, Beobachtungen, wie seltsam sie auch erscheinen mögen,
erst mit den bestehenden anerkannten Modellen und Theorien zu erklären.
Falls das nicht gelingt, sollten neue Modelle möglichst wenig freie Parameter haben und möglichst einfach und sparsam,
jedoch möglichst effektiv sein, so dass es von anderen Naturwissenschaftler nachvollzogen werden kann.
Das ist der Grund, warum niemand die sehr komplizierte Theorie von Julian Schwinger verwendet, sondern die einprägsamen Feynmanregeln, um Streuquerschnitte in der Teilchenphysik zu berechnen. Beide Theorien sind gleichwertig,
jedoch ist die Schwinger-Theorie zu kompliziert und wird ignoriert.

Ein andere wichtiger Faktor ist die Kontinuität. Das neue Modell muss sich nahtlos an bestehende anerkannte
Modelle anschließen. Wenn Einsteins Relativitätstheorien nicht das Newtonsche Gravitationsgesetz oder
die Galileischen Relativitätsprinzipien beinhalten würde, wären sie niemals anerkannt worden. Sie würden
dann auch automatisch Messungen widersprechen.


Nun doch noch ein leienhafter Beitrag zur Diskussion oben über dunkle Materie:
In diesem Sinne würde ich tatsächlich erst einmal von klassischer Materie, wie nicht leuchtende Gaswolken,
ausgekühlte braune Zwerge und Neutronensterne und schwarze Löcher und natürlich auch Neutrinos, Higgsteilchen
u.ä. ausgehen, bevor ich eine neue Materieform, parallel Universen o.ä. postuliere. Die quantitative Beobachtung wird hoffentlich das Zünglein an der Waage liefern. Leider kann man dunkle Materie sehr schlecht beobachten. Immerhin misst man aber den Hintergrund
der 3K Mikrowellenstrahlung. Das ist schon sehr kalt. Vielleicht kann man dann auch ausgekühlte dunkle Gaswolken und Sterne
mit Radioteleskopen messen?

Zitat:
"Auch warum Dunkle Materie - welche auch in unserer (astronomisch gesehen) unmittelbaren Nachbarschaft vorkommen müßte - so komplett unbeobachtbar ist und nicht mit anderer Materie interagiert (obwohl sie diese Mengen-mäßig bei weitem in den Schatten stellen sollte), entzieht sich für mich jeder rationalen Erklärung."
Mein Vorschlag:
Wenn die Materie homogen und isotrop im Raum verteilt ist, führt sie dann zu einer lokalen Raumverzerrung? Der ganze Raum wird
vermutlich einfach überall etwas zusammengepresst, wie ein Schwamm. Effektiv merken wir davon wohl nichts davon.
Kann das jemand ausrechnen? Gibt es hier auch Astrophysiker, die dazu mehr sagen könnten?

Danke fürs Lesen und wünsche allen einen klaren Himmel,
Claus


Moin Claus,

ich wollte nur ein paar Worte verlieren zu Deiner Bemerkung:

Zitat:
"Old School impliziert New School, und was immer das auch sein soll, es ist einfach keine Naturwissenschaft mehr.
Die Regeln wurden seit den klassischen Griechen vor über 2000 Jahren entwickelt, oft übertreten, sogar bekämpft, verfeinert und
schließlich akzeptiert und mit großem Erfolg bis heute angewandt. In letzten Jahrzehnten jedoch ist ein Drang nach Aufweichung
zu beobachten, um den Weg für freie effektheischende schlagzeilenträchtigen Spekulationen frei zu räumen um wohl an die Töpfe der Forschungsgelder heranzukommen. Hierzu zähle ich Paralleluniversen, Quantentheorie des Geistes, Stringtheorie, Supersymmetrie und viele phantastische Ideen mancher der theoretischen Physiker. "Theory of Everything" ist der absolute Höhepunkt ..."


Hier sollte man unterscheiden zwischen dem eigentlichen wissenschaftlichen Arbeiten und der Darstellung der Wissenschaft in den Medien: 99% der Wissenschaftler machen unaufgeregt ihren Job und forschen. Forschungsgelder müssen beantragt werden und die Anträge werden von den Kollegen begutachtet - Effektheischerei hätte in diesem Umfeld keine große Chance auf Erfolg. Anders ist es mit den Medien: Hier treibt man es immer schriller, um eine Leserschaft anzulocken, der es an jeglicher Qualifikation mangelt und die sich andernfalls auch nie für wissenschaftliche Themen interessieren würde. Ein Resultat ist u.a. auch gerade dieser endlose Thread, in dem immer wieder ellenlange Sammlungen von unzusammenhängenden Zitaten ein eigentliches Aufarbeiten des Themas vereiteln. Leider gibt es eine kleine Zahl von eitlen und gewissenlosen Wissenschaftlern, die mit gewissen Medien zusammenarbeiten und die Trivialisierung der Wissenschaft als Geldquelle (nicht für die Forschung, sondern zur persönlichen Bereicherung) entdeckt haben. Da kommen dann Dinge wie die Paralleluniversen oder Gottteilchen bei heraus, wohingegen allerdings die Stringtheorie ein hochgradig seriöses und weiterführendes Forschungsgebiet ist.


Viele Grüße,
Holger
 
Hallo Holger,
danke für Deine Reaktion.

Völlig d'accord, was Du über die Medien schreibst. Wissenschaft jedoch wird auch von Menschen gemacht, daher ist es wohl mühsamer als es sein könnte. Wissenschaftler: Meine Erfahrung ist, dass die Zahl der eitlen und gewissenlosen und vor allem unehrlichen nicht so klein ist. Fördermittelbetrug für die persönliche Bereicherung hingegen habe ich nie gesehen. Eher den umgekehrten Fall: Dass Wissenschaftler ihren eigenen teuren Computer ins Institut stellen, gab es häufig. Die Gelder werden von den Verwaltungen der Unis und Institute überstreng kontrolliert. Im Allgemeinen muss man die Verwaltung einschalten, wenn man etwas von seinen Mitteln kaufen möchte, selbst wenn es gespendete Gelder sind. Ist es ein Gerät, wird es dann inventarisiert und jedes Jahr kontrolliert. Bürostühle sind oft ein großes Problem, da nicht im Haushalt vorgesehen, daher bringe manchen sogar eigene Sitzmöbel mit, wenn sie dann Rückenschmerzen bekommen!

Aus der Sicht eines Naturwissenschaftlers ist die Stringtheorie eine reine Spekulation, denn nicht experimentell überprüfbar (Die Plancklänge ist einfach um viele Größenordnungen zu klein für alles was wir heute und in naher Zukunft mit den größten und teuersten Beschleunigern erreichen können) und auch nicht aus bestehenden experimentellen Daten erratbar, wie seinerseits die beiden Relativitätstheorien oder die Quantenmechanik. Das Ziel war das Massenspektrum der Elementarteilchen erklären zu können und gleichzeitig die Singularitäten bei der Berechnung der Streuquerschnitte zu eliminieren und gleichzeitig eine "schöne" Theorie -ToE- zu entwickeln. Aus experimenteller Sicht betrachtet man das Elektron und alle anderen Elementarteilchen jedoch bis heute als punktförmiges Teilchen - keinerlei Hinweise auf eine Ausdehnung - und die Vorhersagen der Stringtheorie wurden klar falsifiziert - die vorausgesagten Massen stimmen eben nicht mit den gemessenen überein und somit ist der Ofen aus. Das gibt auch Leonard Susskind, der Erfinder, zu. Susskind ist ein Künstler, ein Ästhet, er macht spannende Vorlesungen mit interessanten Ideen, jedoch neigt er sehr zur Spekulation.

Die Stringtheorie blieb erst einmal ein mathematisches Konzept, was nicht heißt, dass diese Theorie nicht auch irgendeine andere physikalische Anwendungen findet, z.B. in der Festkörperphysik. Schließlich war die Geometrie in gekrümmten Räumen lange Zeit auch ein esotherisches Spielzeug der Mathematiker, die sich daran störten, dass es ihnen auf Biegen und Brechen nicht gelang zu beweisen, dass die Innensumme eines Dreiecks 180° beträgt.

Zu diesem Thema empfehle ich sehr die Videos von Sabine Hossenfelder, die eine ungewöhnlich ehrliche Einschätzung ihres eigenen Arbeitsgebietes abgibt. Ich kenne niemand, die die Dinge so klar analysiert und darstellt.

Physik ohne Experiment gibt es eben genauso wenig, wie Mathematik ohne Zahlen oder Astronomie ohne Himmel.
Mehr kann ich dazu einfach nicht sagen.

Mein Credo: Lasst uns mit diesen Blasen und Spekulationen keine Zeit verlieren, wir brauchen Experimente und Beobachtungen, sonst gehen wir zurück ins Mittelalter, als die meisten Akademiker ihr Leben darin investierten, die Natur aus der Bibel heraus zu verstehen. Ein offensichtlich erfolgloses Konzept, wie wir heute alle wissen.

Die dunkle Materie und natürlich auch andere Fragestellungen hingegen sind es wert: Wir haben Messungen die scheinbar aber deutlich im Konflikt mit dem allgemein akzeptierten Wissen stehen. Das ist wirklich super-spannend! Was werden wir finden? Sind die Messungen wirklich zuverlässig und muss man sich tatsächlich etwas Neues überlegen? Oder kann man am Ende doch eine konventionelle Erklärung finden und die Theoretiker mit tollen dann wertlosen neuen Modellen blamieren sich?


Viele Grüße,
Claus
 
...Anders ist es mit den Medien: Hier treibt man es immer schriller, um eine Leserschaft anzulocken, der es an jeglicher Qualifikation mangelt und die sich andernfalls auch nie für wissenschaftliche Themen interessieren würde.

Das ist in meinen Augen eine schwarz-weiß Analyse, welche in dieser Form wohl weder den betreffenden Journalisten noch den Lesern gerecht wird.
Sicher gibt es viele Negativ-Beispiele und Auswüchse, aber man sollte das mE wirklich nicht verallgemeinern.

Dass die Präsentation eines Themas in einem Populär-Medium anders ausschauen muß also z.B. bei einem Schriftverkehr unter Astrophysik-Kollegen, liegt wohl auf der Hand.

Artikel u.a. aus den Bereichen der Meteorologie, Medizin oder Biologie könnten in Zeitungen auch so verfasst werden, dass der Nicht-Fachmann eigentlich kaum etwas davon versteht (das wird aber zum Glück nicht so gemacht).
Es ist sicher manchmal schwierig, einen guten Kompromiß zwischen Verständlichkeit (für das Nicht-Fachpublikum) und Seriosität zu finden.

Ein Resultat ist u.a. auch gerade dieser endlose Thread, in dem immer wieder ellenlange Sammlungen von unzusammenhängenden Zitaten ein eigentliches Aufarbeiten des Themas vereiteln.

Wenn jemand wirklich ein Thema aufarbeiten kann bzw. will, dann gibt es doch nichts und niemanden, was ihn daran (hier) hindern könnte.

Ich traue mir das (allein) sicher nicht zu, allerdings bringe ich halt (immer wieder) meine Gedanken (zu diversen Themen) ein.

Ich glaube durchaus - entgegen Deines Negativ-Resümeés - das in diesem Thread inzwischen einiges an Substanz steckt.

Wann wird denn hier (außerhalb dieses Threads) z.B. über interessante neue(re) Theorien wie die Stringtheorie, die Schleifenquantengravitation (etc.) diskutiert oder allgemein auch versucht, Gedanken einzubringen, welche nicht schon bei diversen anderen Quellen nachzulesen sind ?
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Claus,

Die Stringtheorie blieb erst einmal ein mathematisches Konzept, was nicht heißt, dass diese Theorie nicht auch irgendeine andere physikalische Anwendungen findet

Je nachdem was du unter "mathematisches Konzept" verstehst, gehe ich mit diesem Satz mit. Ich will aber kurz erklären, was ich mir vorstelle: Die Stringtheorie ist grob gesagt Quantenfeldtheorie von Strings (statt Punktteilchen). Da sich das Konzept "Quantenfeldtheorie von Punktteilchen" sehr gut bewährt hat (Standardmodell der Teilchenphysik), ist es zunächst mal eine nette, wenngleich vielleicht zunächst eher akademische "Übungsaufgabe", Quantenfeldtheorie von Strings zu machen und zu sehen, was dabei rauskommt. Dass dabei auch zwangsläufig das Graviton im Spektrum enthalten ist, hat dazu geführt, dass Stringtheorie überhaupt als Kandidat für eine Theorie der Quantengravitation in Betracht kommt. Richtig ist aber, was du im zweiten Halbsatz geschrieben hast: eine mathematisch konsistente Theorie muss nicht zwingend physikalisch relevant sein.

Aus der Sicht eines Naturwissenschaftlers ist die Stringtheorie eine reine Spekulation, denn nicht experimentell überprüfbar (Die Plancklänge ist einfach um viele Größenordnungen zu klein für alles was wir heute und in naher Zukunft mit den größten und teuersten Beschleunigern erreichen können)

Stringtheorie impliziert aber mehr als nur Strings statt Punktteilchen auf sehr kleinen Skalen. Derzeit ist ein heißes Forschungsfeld der Stringtheorie folgendes: Stringtheorie erfordert 6 zusätzliche Raumdimensionen, die man als kompaktifiziert annimmt. Je nach Topologie, Geometrie und Kompaktifizierung (genauer Stabilisierung der Moduli der zugrundeliegenden Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit) erhält man eine andere effektive Quantenfeldtheorie in 4D (3 Raumdimensionen + Zeit). Es geistert seit langem schon die Zahl von 10^500 Vakua herum (und es dürften viel mehr sein, aber endlich viele Vakua). Über diese Zahl wird sehr gerne gespottet, weil man sich ursprünglich erhofft hat, dass Stringtheorie zu genau einem Vakuum führen würde, nämlich unserer Welt mit genau den gemessenen Naturkonstanten, Teilchenmassen usw. Außerdem scheint dadurch Stringtheorie auf den ersten Blick erst recht beliebig und somit nicht falsifizierbar zu sein.

Diese 10^500 Vakua werden in der Literatur String-Landscape genannt und die Forschung besteht nun darin, möglichst viele generische Eigenschaften davon zu identifizieren. In einigen Ecken der String-Landscape (z.B. bei relativ großem Volumen der CY-Mannigfaltigkeit) gibt es z.B. relativ generisch ein ultraleichtes Axion, was zur effektiven Zahl relativistischer Spezies N_eff beitragen kann ("Dark Radiation"). Statt N_eff = 3.04 könnte man z.B. in einigen String-Modellen N_eff = 3.5 oder 4 erhalten. Diese wären durch Messungen des Planck-Satelliten bereits falsifiziert (da es wohl auf N_eff nahe bei 3.04 hinausläuft). Einige String-Kompaktifizierungen sind somit bereits experimentell ausgeschlossen.

Ein anderes Beispiel ist kosmische Inflation in Stringtheorie. In Slow-Roll-Inflationsmodellen verändert sich der Wert des rollenden Skalarfeldes im Laufe der Zeit. Je mehr, desto stärker werden primordiale Gravitationswellen sichtbar (ausgedrückt durch den tensor-to-scalar Parameter r). Große Felddistanzen führen relativ generisch zu Problemen in Stringtheorie, weswegen es bereits Evidenz gibt, dass r nicht besonders groß sein kann. Es gibt Paper, die Evidenz gesammelt haben, dass r nicht größer als 0.01 oder 0.05 (genaue Größenordnung müsste ich nochmal nachschauen) in Stringtheorie nicht möglich ist. Würde man also r = 0.1 messen (BICEP2 hatte das gemessen, war aber falsch), sähe es für Stringtheorie nicht gut aus.

Diese Forschung läuft mittlerweile unter dem Schlagwort Landscape vs. Swampland. Im Swampland sind alle möglichen effektiven 4D Feldtheorien, die man nicht aus der Stringtheorie herleiten kann. Die Landscape hat Maß Null im Vergleich zum Swampland, weil in QFT a priori alle möglichen Parameter erlaubt sind, aber die Parameter in der Landscape sich aus ganzen Zahlen (Flusszahlen aus Flüssen der Stringtheorie) herleiten, was eine erhebliche Restriktion ist. Somit ist die vermeintlich beliebige und willkürliche Landscape sehr speziell. Vor diesem Hintergrund ist auch die enorme Zahl 10^500 weniger schlimm. Die Suche nach Eigenschaften, die die Landscape vom Swampland differenzieren, ist Teil der aktuellen Forschung (mittlerweile auch mit Einsatz von Machine Learning/Deep Learning).

tl;dr: Es ist derzeit nicht ausgeschlossen, dass Stringtheorie eine Eigenschaft unseres Universums erzwingt, die aber nicht existiert. Dann wäre Stringtheorie falsifiziert.

und auch nicht aus bestehenden experimentellen Daten erratbar, wie seinerseits die beiden Relativitätstheorien oder die Quantenmechanik.

Was meinst du damit?

Aus experimenteller Sicht betrachtet man das Elektron und alle anderen Elementarteilchen jedoch bis heute als punktförmiges Teilchen - keinerlei Hinweise auf eine Ausdehnung - und die Vorhersagen der Stringtheorie wurden klar falsifiziert - die vorausgesagten Massen stimmen eben nicht mit den gemessenen überein und somit ist der Ofen aus.

Inwiefern ist hier die Vorhersage der Stringtheorie falsifiziert? Und wäre das nicht ein Widerspruch zu deiner Behauptung oben, dass man Stringtheorie nicht falsifizieren könne?

Susskind ist ein Künstler, ein Ästhet, er macht spannende Vorlesungen mit interessanten Ideen, jedoch neigt er sehr zur Spekulation.

Susskind ist ein Physiker. Dass er Künstler wäre, ist mir neu.

Zu diesem Thema empfehle ich sehr die Videos von Sabine Hossenfelder, die eine ungewöhnlich ehrliche Einschätzung ihres eigenen Arbeitsgebietes abgibt. Ich kenne niemand, die die Dinge so klar analysiert und darstellt.

Sabine Hossenfelders Arbeitsgebiet ist nicht die Stringtheorie. Das heißt natürlich nicht, dass sie davon keine Ahnung hätte, aber man sollte dazu sagen, dass z.B. ihre Aussagen zu Fine-Tuning/Naturalness eher umstritten sind. Interessant finde ich ihre Videos trotzdem, viele finde ich sehr gut.

Ein sehr schönes Interview zu Stringtheorie, der Denkweise von theoretischen Physikern auf diesem Gebiet, ist mit Cumrun Vafa:
https://www.youtube.com/watch?v=j4_VyRDOmN4
Er geht u.a. auf das Thema Landscape/Swampland ein.

Physik ohne Experiment gibt es eben genauso wenig, wie Mathematik ohne Zahlen oder Astronomie ohne Himmel.

Mathematik ohne Zahlen gibt es doch, z.B. Logik oder Topologie. Oder was meinst du?

Mein Credo: Lasst uns mit diesen Blasen und Spekulationen keine Zeit verlieren, wir brauchen Experimente und Beobachtungen, sonst gehen wir zurück ins Mittelalter, als die meisten Akademiker ihr Leben darin investierten, die Natur aus der Bibel heraus zu verstehen.

Die Diskussion um Stringtheorie war leider schon lange erhitzt, aber diese Art von Polemik hilft nicht weiter. Wenn man schon Theoretikern unangemessene/übertriebene mediale Darstellung vorwirft, sollte man sich doch besser an seine eigenen Maßstäbe und Ansprüche halten.

Zum Thema Dunkle Materie: Mittlerweile sind die Indizien für die Existenz sehr, sehr erdrückend, was Matthias Bartelmann hier sehr schön erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=uCRLzAcqiOI
Zusammenfassung: Es geht eigentlich nicht mehr ohne dunkle Materie.

Beste Grüße
Patrick
 
...Aus der Sicht eines Naturwissenschaftlers ist die Stringtheorie eine reine Spekulation, denn nicht experimentell überprüfbar...

Nach dem was ich im Laufe des letzten Jahres so gelesen habe, haben einige Erkenntnisse aus der Stringtheorie-Forschung längst Eingang gefunden in das akzeptierte Gebäude des aktuellen astrophysikalischen Wissens.

Welche das genau sind, übersteigt meinen aktuellen Kenntnisstand - weil ich mich mit der Stringtheorie bisher nur rudimentär auseinander gesetzt habe.
Aber diesbezügliche Experten könnten Dir dazu sicher nähere Details nennen.

Mir ist der Zeitaufwand (bis auf weiteres) einfach zu hoch, mich einigermaßen intensiv mit der String-Theorie auseinanderzusetzen.
Diese dürfte jedenfalls ziemlich aufgesplittet (in Unter-Theorien) und alles andere als 'leichte Kost' sein.

Die String-Theorie insgesamt als 'gescheitert' zu bezeichnen scheint mir jedenfalls nicht zutreffend zu sein - ich sehe es eher als wahrscheinlich an, dass aus dieser Ecke noch einiges Interessantes zu erwarten ist, auch schon in näherer Zukunft.

Das Ziel war das Massenspektrum der Elementarteilchen erklären zu können und gleichzeitig die Singularitäten bei der Berechnung der Streuquerschnitte zu eliminieren und gleichzeitig eine "schöne" Theorie -ToE- zu entwickeln.


Zur ToE - weil Du Dich offensichtlich an Forschungen in diese Richtung stößt:
ich persönlich weiß nicht wirklich was da im Detail gefunden werden soll (rudimentär natürlich schon - dazu gibt's ja mehr als genug Quellen), aber vielleicht nicht der erste aber sicher der prominenteste, welcher an der 'Weltformel' (in seiner späten Phase) intensiv geforscht hat, war Albert Einstein...

Mein Credo: Lasst uns mit diesen Blasen und Spekulationen keine Zeit verlieren, wir brauchen Experimente und Beobachtungen...

Man sollte das mE nicht gegeneinander ausspielen sondern als sich ergänzende Mittel im 'Kampf' um mehr astrophysikalische Erkenntnisse sehen.
Experimente, Beobachtungen und Mathematik sind die eine (meist objektive) Schiene, der menschliche Geist welcher aus diesem Input (im Optimalfall) ganze Theorien 'basteln' kann, die andere.
So hatte z.B. Einstein auch nicht mehr Erkenntnisse aus Experimenten und Beobachtungen (als seine Kollegen) vorliegen, aber ihm ist es als Einzigen gelungen daraus so geniale Theorien abzuleiten.

Der Unterschied war wohl sein herausragender Intellekt bzw. seine Fähigkeit, Überlegungen und Fakten aus verschiedenen (astro-)physikalischen Bereichen so miteinander in Verbindung zu bringen, dass daraus etwas großes Ganzes (als Theorie) wurde.

 
Hallo Claus,



Je nachdem was du unter "mathematisches Konzept" verstehst, gehe ich mit diesem Satz mit. Ich will aber kurz erklären, was ich mir vorstelle: Die Stringtheorie ist grob gesagt Quantenfeldtheorie von Strings (statt Punktteilchen). Da sich das Konzept "Quantenfeldtheorie von Punktteilchen" sehr gut bewährt hat (Standardmodell der Teilchenphysik), ist es zunächst mal eine nette, wenngleich vielleicht zunächst eher akademische "Übungsaufgabe", Quantenfeldtheorie von Strings zu machen und zu sehen, was dabei rauskommt. Dass dabei auch zwangsläufig das Graviton im Spektrum enthalten ist, hat dazu geführt, dass Stringtheorie überhaupt als Kandidat für eine Theorie der Quantengravitation in Betracht kommt. Richtig ist aber, was du im zweiten Halbsatz geschrieben hast: eine mathematisch konsistente Theorie muss nicht zwingend physikalisch relevant sein.



Stringtheorie impliziert aber mehr als nur Strings statt Punktteilchen auf sehr kleinen Skalen. Derzeit ist ein heißes Forschungsfeld der Stringtheorie folgendes: Stringtheorie erfordert 6 zusätzliche Raumdimensionen, die man als kompaktifiziert annimmt. Je nach Topologie, Geometrie und Kompaktifizierung (genauer Stabilisierung der Moduli der zugrundeliegenden Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit) erhält man eine andere effektive Quantenfeldtheorie in 4D (3 Raumdimensionen + Zeit). Es geistert seit langem schon die Zahl von 10^500 Vakua herum (und es dürften viel mehr sein, aber endlich viele Vakua). Über diese Zahl wird sehr gerne gespottet, weil man sich ursprünglich erhofft hat, dass Stringtheorie zu genau einem Vakuum führen würde, nämlich unserer Welt mit genau den gemessenen Naturkonstanten, Teilchenmassen usw. Außerdem scheint dadurch Stringtheorie auf den ersten Blick erst recht beliebig und somit nicht falsifizierbar zu sein.

Diese 10^500 Vakua werden in der Literatur String-Landscape genannt und die Forschung besteht nun darin, möglichst viele generische Eigenschaften davon zu identifizieren. In einigen Ecken der String-Landscape (z.B. bei relativ großem Volumen der CY-Mannigfaltigkeit) gibt es z.B. relativ generisch ein ultraleichtes Axion, was zur effektiven Zahl relativistischer Spezies N_eff beitragen kann ("Dark Radiation"). Statt N_eff = 3.04 könnte man z.B. in einigen String-Modellen N_eff = 3.5 oder 4 erhalten. Diese wären durch Messungen des Planck-Satelliten bereits falsifiziert (da es wohl auf N_eff nahe bei 3.04 hinausläuft). Einige String-Kompaktifizierungen sind somit bereits experimentell ausgeschlossen.

Ein anderes Beispiel ist kosmische Inflation in Stringtheorie. In Slow-Roll-Inflationsmodellen verändert sich der Wert des rollenden Skalarfeldes im Laufe der Zeit. Je mehr, desto stärker werden primordiale Gravitationswellen sichtbar (ausgedrückt durch den tensor-to-scalar Parameter r). Große Felddistanzen führen relativ generisch zu Problemen in Stringtheorie, weswegen es bereits Evidenz gibt, dass r nicht besonders groß sein kann. Es gibt Paper, die Evidenz gesammelt haben, dass r nicht größer als 0.01 oder 0.05 (genaue Größenordnung müsste ich nochmal nachschauen) in Stringtheorie nicht möglich ist. Würde man also r = 0.1 messen (BICEP2 hatte das gemessen, war aber falsch), sähe es für Stringtheorie nicht gut aus.

Diese Forschung läuft mittlerweile unter dem Schlagwort Landscape vs. Swampland. Im Swampland sind alle möglichen effektiven 4D Feldtheorien, die man nicht aus der Stringtheorie herleiten kann. Die Landscape hat Maß Null im Vergleich zum Swampland, weil in QFT a priori alle möglichen Parameter erlaubt sind, aber die Parameter in der Landscape sich aus ganzen Zahlen (Flusszahlen aus Flüssen der Stringtheorie) herleiten, was eine erhebliche Restriktion ist. Somit ist die vermeintlich beliebige und willkürliche Landscape sehr speziell. Vor diesem Hintergrund ist auch die enorme Zahl 10^500 weniger schlimm. Die Suche nach Eigenschaften, die die Landscape vom Swampland differenzieren, ist Teil der aktuellen Forschung (mittlerweile auch mit Einsatz von Machine Learning/Deep Learning).

tl;dr: Es ist derzeit nicht ausgeschlossen, dass Stringtheorie eine Eigenschaft unseres Universums erzwingt, die aber nicht existiert. Dann wäre Stringtheorie falsifiziert.

Was meinst du damit?



Inwiefern ist hier die Vorhersage der Stringtheorie falsifiziert? Und wäre das nicht ein Widerspruch zu deiner Behauptung oben, dass man Stringtheorie nicht falsifizieren könne?
Das Massensprektrum stimmt nicht, d.h. sie kann die Massen der Elektronen, Müonen, Taus, der Neutrinos etc. nicht korrekt reproduzieren. Sie ist somit falsifiziert. Ich sagte oben, dass man nichts beweisen kann. Falsifizieren jedoch ist möglich. Ich verweise auf Karl Popper, dem Philosophen. Der hat dieses Thema ausgearbeitet.
Susskind ist ein Physiker. Dass er Künstler wäre, ist mir neu.
Das schließt sich keineswegs aus. Er ist außerdem ein brillanter Spekulant, denn es gibt keinerlei experimentelle Hinweise auf eine innere Struktur der Elementarteilchen - auch nicht mit den größten Beschleunigern. Er postulierte das einfach, weil es sich rechnen lässt und sexy ist. Außerdem erscheint es logisch, die dem Punkt nächst einfachere Geometrie zu verwenden, das ist eben die Linie. Lässt man sie vibrieren hat die Linie Energie und somit Masse (E=mc^2). Da seine Theorie die bekannten Massenwerte der Elementarteilchen nicht beschreiben kann, ist sie kein Teil der Physik. Es ist doch wie Wirecard, alle haben daran geglaubt - war ja eine tolle Idee -, nur gab es keinen schnellen Gewinn. Die Inflation der Dimensionen war ein Versuch das zu retten, aber bitteschön, hier gilt der Ausspruch: Ich fitte dir einen Elefanten, hat die Theorie nur genügend Parameter. Ein Erkenntniswert erkenne ich hier nicht. Die Stringtheorie ist eine Quantenfeldtheorie, ganz richtig. Dass QM überhaupt noch auf so kleine Dimensionen anwendbar ist, ist ebenfalls eine Annahme. Man hat im 19. Jhdt. auch versucht Elementarteilchen rein Newtonsch zu beschreiben - z.B. das Atom als Miniaturplanetensystem. Experimente haben dann aber gezeigt, dass das nicht gut funktioniert. Ohne Falsifizierung durch experimentell gemessene Daten würden wir heute noch an das Miniaturplanetensystem glauben. Diese Daten fehlen der Stringtheorie oder anderen GUTs bis heute. Die Messung ist das A und O. Alles andere bleibt Phantasie. Das will ich hier sagen.
Sabine Hossenfelders Arbeitsgebiet ist nicht die Stringtheorie. Das heißt natürlich nicht, dass sie davon keine Ahnung hätte, aber man sollte dazu sagen, dass z.B. ihre Aussagen zu Fine-Tuning/Naturalness eher umstritten sind. Interessant finde ich ihre Videos trotzdem, viele finde ich sehr gut.
Sie arbeitet wohl über Gravitation und Hochenergiephysik. Stringtheorie will das ja verbinden. Sie hat daher sicher eine Menge Ahnung davon.
Ein sehr schönes Interview zu Stringtheorie, der Denkweise von theoretischen Physikern auf diesem Gebiet, ist mit Cumrun Vafa:
https://www.youtube.com/watch?v=j4_VyRDOmN4
Er geht u.a. auf das Thema Landscape/Swampland ein.
Schau ich mir an, danke!
Mathematik ohne Zahlen gibt es doch, z.B. Logik oder Topologie. Oder was meinst du?
Das ist natürlich richtig (Topologie übrigens beschäftigt sich durchaus mit Zahlen, dennoch stimme ich Dir da zu), ich meine natürlich die Teilgebiete von Interesse für die Physik. Wir wollen ja Messungen beschreiben, das ist immer analog und numerisch.
Die Diskussion um Stringtheorie war leider schon lange erhitzt, aber diese Art von Polemik hilft nicht weiter. Wenn man schon Theoretikern unangemessene/übertriebene mediale Darstellung vorwirft, sollte man sich doch besser an seine eigenen Maßstäbe und Ansprüche halten.
Stringtheorie ist in meinen Augen eines Physikers Zeitverschwendung, es ist ein Privatvergnügen, eine Phantasie einer großen schönen alles umfassenden Theorie - leider fast gänzlich ohne physikalische Grundlagen. Man will die Welt verstehen, was Großes finden, hat aber keine Daten. Solche Daten sind auch nicht in Reichweite. Das Standardmodell funktioniert ganz hervorragend und erlaubt scheinbar keine großen Entdeckungen mehr, das Higgs und die Neutrinooszillationen waren die letzten Elemente, die man aber schon seit mind. 30 Jahren erwartet hat. Da die Massen der Elementarteilchen nur Parameter des Standardmodells sind, ist es eine hervorragende phänomenologische aber keine fundamentale Theorie. Dann muss man halt eine sexy Idee zaubern und beten, dass es funktioniert. Wenns in 4D nicht klappt, dann vielleicht in 5D, dann in 6D oder warum nicht 24D, wo doch einige Dinge etwas besser passen. Aber wo sind nur diese Dimensionen? Wieder diese lästigen Fragen eines Ungläubigen. Ach ja, wir wollen ja Naturphänomene beschreiben, wie sind doch Physiker. Diese Dimensionen sind aber dummerweise nicht nachweisbar. Rettung kommt: Kaluza und Klein rollen sie einfach zusammen und schwubs sind sie allen Messgeräten entzogen. Dennoch klappt es nicht mit den Massen, dann probiert man es halt nicht mit Strings sondern mit Knoten oder anderen topologischen Figuren. Die Spielwiese ist ja groß.

Die Phantasie ist eben grenzenlos, aber Physik ist das keine. Es sind vielversprechende Fingerübungen eines theoretischen Physikers vor dem großen Konzert, nur fällt das Konzert selbst aus. Halbfertige Ideen sind das vielleicht auf dem Weg zum heiligen Gral, aber wahrscheinlicher ist es, dass die Natur da nicht mitspielt.

Diese Arbeit ist durchaus nicht zu verachten es ist notwendig verschiedene Modelle durchzuspielen, das sollte jedoch richtig eingeordnet werden. Das sollte meinem Geschmack nach im stillen Kämmerlein stattfinden und erst dann veröffentlicht werden, wenn man wirklich etwas Neues erklären kann. Anstelle dessen führt man das wiss. interessierte steuerzahlende Publikum mit populären Artikel über Strings und Welttheorien (TOE, GUT) in die Irre, als wäre das alles physikalisch bereits durchgemessen und anerkannt. Das ist einfach nicht in Ordnung. In der Wirtschaft sagt man dazu "irreführende Werbung" §5 UWG.

Mehr kann ich zu diesem Thema nicht sagen, ich wiederhole mich bereits.
Zum Thema Dunkle Materie: Mittlerweile sind die Indizien für die Existenz sehr, sehr erdrückend, was Matthias Bartelmann hier sehr schön erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=uCRLzAcqiOI
Zusammenfassung: Es geht eigentlich nicht mehr ohne dunkle Materie.
Sieht fast so aus, aber wenn man die Literatur anschaut ist alles nicht ganz so widerspruchsfrei. Es lohnt sich vielleicht genauer hinzuschauen. Das ist sehr spannend! Gibt es hier Berufsastronomen, die darüber arbeiten?
Irgenwie erkenne ich nicht diese Gravitationslinse bei Abell 520 in den Aufnahmen. Sind die Verformungen so klein, dass man sie nicht mit bloßem Auge erkennen kann?


Beste Grüße und Danke für die Diskussion und die tollen Reaktionen!
Claus
 
...Aus der Sicht eines Naturwissenschaftlers ist die Stringtheorie eine reine Spekulation, denn nicht experimentell überprüfbar...

Nach dem was ich im Laufe des letzten Jahres so gelesen habe, haben einige Erkenntnisse aus der Stringtheorie-Forschung längst Eingang gefunden in das akzeptierte Gebäude des aktuellen astrophysikalischen Wissens.
Bitte schicke mir Zitate auf entsprechende Publikationen mit experimentellen Daten oder astrophys. Messungen, die Voraussagen der Stringtheorie bestätigen. Dann will ich gerne meine Meinung ändern. Ansonsten bleibt das bestenfalls eine Arbeitshypothese, das Steckenpferd einiger Theoretiker ohne physikalische Relevanz.
Welche das genau sind, übersteigt meinen aktuellen Kenntnisstand - weil ich mich mit der Stringtheorie bisher nur rudimentär auseinander gesetzt habe.
Aber diesbezügliche Experten könnten Dir dazu sicher nähere Details nennen.

Mir ist der Zeitaufwand (bis auf weiteres) einfach zu hoch, mich einigermaßen intensiv mit der String-Theorie auseinanderzusetzen.
Diese dürfte jedenfalls ziemlich aufgesplittet (in Unter-Theorien) und alles andere als 'leichte Kost' sein.
Ja es gibt viele Spielarten, weil eben der ursprüngliche Ansatz nicht die Massen der Elementarteilchen ergeben hat. Meines Wissens nach gibt es keinerlei Hinweis auf solche Theorien, freilich habe ich keinen Überblick. Da man nichts messen kann, kann man diese Theorien nicht prüfen. Daher ist es keine Naturwissenschaft. Es ist eine Glaubensfrage.
Die String-Theorie insgesamt als 'gescheitert' zu bezeichnen scheint mir jedenfalls nicht zutreffend zu sein - ich sehe es eher als wahrscheinlich an, dass aus dieser Ecke noch einiges Interessantes zu erwarten ist, auch schon in näherer Zukunft.
Was kommt kann ich nicht voraussagen, da weißt Du offensichtlich mehr. Ich sagte bereits, dass ich nicht ausschließe, dass diese Ideen doch eine Anwendung finden oder sogar die Welt erklären können. Aber es sieht zur Zeit absolut nicht danach aus. Die Beliebigkeit der Möglichkeiten ist mangels Datem einfach viel zu groß und Schönheit und Symmetrie waren nie gute Berater bei der Theoriebildung. Die QM wird bis heute eher als verwirrend und unverständlich gesehen, das hat auch Einstein gestört und ist gescheitert mit seiner Kritik an der QM. In seiner späteren Zeit hat er kein Erfolg mehr gehabt.
Das Ziel war das Massenspektrum der Elementarteilchen erklären zu können und gleichzeitig die Singularitäten bei der Berechnung der Streuquerschnitte zu eliminieren und gleichzeitig eine "schöne" Theorie -ToE- zu entwickeln.

Zur ToE - weil Du Dich offensichtlich an Forschungen in diese Richtung stößt:
ich persönlich weiß nicht wirklich was da im Detail gefunden werden soll (rudimentär natürlich schon - dazu gibt's ja mehr als genug Quellen), aber vielleicht nicht der erste aber sicher der prominenteste, welcher an der 'Weltformel' (in seiner späten Phase) intensiv geforscht hat, war Albert Einstein...
Ja, jedoch ohne jeden Erfolg.
Mein Credo: Lasst uns mit diesen Blasen und Spekulationen keine Zeit verlieren, wir brauchen Experimente und Beobachtungen...

Man sollte das mE nicht gegeneinander ausspielen sondern als sich ergänzende Mittel im 'Kampf' um mehr astrophysikalische Erkenntnisse sehen.
Experimente, Beobachtungen und Mathematik sind die eine (meist objektive) Schiene, der menschliche Geist welcher aus diesem Input (im Optimalfall) ganze Theorien 'basteln' kann, die andere.
Wie schon gesagt, hat das eine ohne das andere wenig Sinn. Die Phantasie ist grenzenlos, die Natur gibt es nur einmal.
So hatte z.B. Einstein auch nicht mehr Erkenntnisse aus Experimenten und Beobachtungen (als seine Kollegen) vorliegen, aber ihm ist es als Einzigen gelungen daraus so geniale Theorien abzuleiten.
Den Eindruck habe ich nicht. Einstein wurde auch gehypt und er hat aktiv zu seinem Image beigetragen, z.B. die Fotos mit verwirbeltem Haar waren inszeniert. Der große David Hilbert war nahe an der allgemeinen RT, Einstein hielt in Göttingen einen Vortrag zu seinen noch unvollkommenen Arbeiten und Hilbert erkannte, dass er ihn nicht mehr einholen würde. Die Spezielle (SR) wäre sicher von ebenso genialen Leuten wie Lorentz früher oder später auch gefunden worden. Aber natürlich kann ich das nicht mit Gewissheit sagen, es gab aber deutliche experimentelle Hinweise auf die SR, die andere auch kannten.
Der Unterschied war wohl sein herausragender Intellekt bzw. seine Fähigkeit, Überlegungen und Fakten aus verschiedenen (astro-)physikalischen Bereichen so miteinander in Verbindung zu bringen, dass daraus etwas großes Ganzes (als Theorie) wurde.
Meine Sicht: Er ignorierte als Außenseiter die philosophischen Voreingenommenheiten und Dünkel der meisten seiner Kollegen, behielt den klaren Blick auf die Zahlen und hielt sich an die Messungen und Beobachtungen. Zusätzlich hatte er den Weitblick und Mut seine Entdeckungen im großen Rahmen zu sehen. Durchaus eine großer Mann aber seine Frau, eine hervorragende Mathematikerin hat ihren Anteil geleistet, jedoch nie die angemessene Anerkennung bekommen. Er war ein Familienunternehmen mit Zulieferern und keine Einzelleistung.
 
Hallo Patrick,

hast du nicht in Stringtheorie promoviert?

Hallo Claus,
Das Massensprektrum stimmt nicht, d.h. sie kann die Massen der Elektronen, Müonen, Taus, der Neutrinos etc. nicht korrekt reproduzieren. Sie ist somit falsifiziert. Ich sagte oben, dass man nichts beweisen kann. Falsifizieren jedoch ist möglich. Ich verweise auf Karl Popper, dem Philosophen. Der hat dieses Thema ausgearbeitet.

Das ist nicht so einfach, das Massenspektrum der bekannten Elementarteilchen kommt nicht von den massiven Stringzuständen (deren Massen sind viel zu hoch), sondern von den masselosen Stringzuständen (+Higgs-Mechanismus) und hängt mit der Geometrie der Kompaktifizierungen zusammen.

Hier wurden z.B. 10^15 Einbettungen des Standardmodells in die Stringtheorie beschrieben:


Falsifiziert ist die Stringtheorie nicht.

Viele Grüße
Mark
 
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Reaktion: PSM
Wie sehr die Stringtheorie die ganze Denke der modernen theoretischen Physik revolutioniert hat, ist in diesem Blog-Post zusammengefasst. Es handelt sich hier um einen laufenden Prozess, der in jedem Jahr neue Einsichten liefert - wohin das in den nächsten 30 Jahren führen wird, ist noch gar nicht absehbar. Die Stringtheorie ist momentan noch unvollständig und alles andere als ein abgeschlossenes Theoriengebäude, sie als 'falsifiziert' abzustempeln wäre jedoch völlig daneben.

Viele Grüße,
Holger
 
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Reaktion: PSM
Hallo Claus,

Das Massensprektrum stimmt nicht, d.h. sie kann die Massen der Elektronen, Müonen, Taus, der Neutrinos etc. nicht korrekt reproduzieren. Sie ist somit falsifiziert. Ich sagte oben, dass man nichts beweisen kann. Falsifizieren jedoch ist möglich. Ich verweise auf Karl Popper, dem Philosophen. Der hat dieses Thema ausgearbeitet.

Es gibt eben nicht das Massenspektrum aus der Stringtheorie, sondern prinzipiell viele verschiedene aufgrund der vielen unterschiedlichen Kompaktifizierungen der Extradimensionen. Siehe z.B. das Paper, das Mark verlinkt hat. Ich weiß also leider nicht, auf welcher Grundlage du deine Aussage stützt.

Wenn du geschrieben hast, dass man "nichts beweisen kann", dann trifft das ja auf alle naturwissenschaftliche Theorien (laut Popper) zu. Daher kann das auch kein Vorwurf an die Stringtheorie sein.

Er ist außerdem ein brillanter Spekulant, denn es gibt keinerlei experimentelle Hinweise auf eine innere Struktur der Elementarteilchen - auch nicht mit den größten Beschleunigern. Er postulierte das einfach, weil es sich rechnen lässt und sexy ist. Außerdem erscheint es logisch, die dem Punkt nächst einfachere Geometrie zu verwenden, das ist eben die Linie. Lässt man sie vibrieren hat die Linie Energie und somit Masse (E=mc^2).

Die Geschichte der Stringtheorie geht eigentlich anders. Veneziano hatte eine Formel für die Streuamplitude für stark wechselwirkende Mesonen aufgestellt und Susskind hatte sich gefragt, welche Struktur Objekte haben müssten, um diese Steuamplitude zu reproduzieren. Die Antwort waren Strings, weswegen man begonnen hatte, Strings grundsätzlich mal genauer auf QFT-Sicht anzuschauen. Interessant ist es dann geworden, als Stringtheorie gezwungenermaßen ein masseloses Spin-2-Teilchen vorhergesagt hat, was man als Graviton interpretiert.

Da seine Theorie die bekannten Massenwerte der Elementarteilchen nicht beschreiben kann, ist sie kein Teil der Physik.

Das stimmt nach gegenwärtigem Forschungsstand einfach nicht.

Es ist doch wie Wirecard, alle haben daran geglaubt - war ja eine tolle Idee -, nur gab es keinen schnellen Gewinn.

Wenn du Wirecard-Aktien im Portfolio hattest, tut es mir leid. ;) Besser einfach passiv investieren. Wo aber die Parallele zwischen Wirecard und Stringtheorie sein soll, erschließt sich mir nicht. Im Gegenteil, "schneller Gewinn" interpretiert als "schnelle experimentelle Bestätigung" ist in der Wissenschaft kein Maßstab: Das Higgs-Teilchen wurde 50 Jahre nach Postulierung gefunden, die Gravitationswellen 100 Jahre später nachgewiesen.

Die Inflation der Dimensionen war ein Versuch das zu retten, aber bitteschön, hier gilt der Ausspruch: Ich fitte dir einen Elefanten, hat die Theorie nur genügend Parameter.

Du bringst leider sehr viel durcheinander. Wo hast du das her? Die zusätzlichen Raumdimensionen (in der Superstringtheorie D=10 Raumzeitdimensionen) sind alles andere als Willkür, sondern ergeben sich aus der mathematischen Konsistenz der Stringtheorie. Bei der Quantisierung von Strings muss nämlich sichergestellt werden, dass die Theorie nachher Poincaré-invariant bleibt, was genau dann der Fall ist, wenn (D-10)*Term = 0, oder D=10.

Wenns in 4D nicht klappt, dann vielleicht in 5D, dann in 6D oder warum nicht 24D, wo doch einige Dinge etwas besser passen.

Wie gerade erklärt, die Anzahl der Raumdimensionen ist in Stringtheorie nicht willkürlich. (Übrigens im Gegensatz zu Quantenfeldtheorie, da kann ich Punktteilchen in beliebigen Raumdimensionen betrachten.)

Dass QM überhaupt noch auf so kleine Dimensionen anwendbar ist, ist ebenfalls eine Annahme.

Eine Annahme, die bisher bestens funktioniert. Annahmen müssen nun mal gemacht werden. Man kann auch in Frage stellen, dass unsere bekannten Naturgesetze überall im Universum gelten. Es gibt halt nur keine Anhaltspunkte für das Gegenteil.

Rettung kommt: Kaluza und Klein rollen sie einfach zusammen und schwubs sind sie allen Messgeräten entzogen. Dennoch klappt es nicht mit den Massen, dann probiert man es halt nicht mit Strings sondern mit Knoten oder anderen topologischen Figuren. Die Spielwiese ist ja groß.

Kaluza und Klein haben lediglich festgestellt, dass eine 5-dimensionale Einsteinsche Gravitationstheorie auf R^(3,1) x S^1 (=4D Minkowski + kreisförmige Extradimension) effektiv als 4D Einsteinsche Gravitationstheorie + Maxwell-Theorie (Elektrodynamik) aufgefasst werden kann. Das ist alles andere als trivial. Strings kamen erst viel später und aus völlig anderen Gründen, siehe oben.

Sie arbeitet wohl über Gravitation und Hochenergiephysik. Stringtheorie will das ja verbinden. Sie hat daher sicher eine Menge Ahnung davon.

Ja, sie hat Paper auf diesem Gebiet, aber damit arbeitet man nicht zwangsläufig auf dem Gebiet der Stringtheorie. Wie gesagt, ich behaupte keineswegs, dass sie keine Ahnung hätte, aber manche ihrer Thesen, z.B. zu Naturalness sind sehr umstritten. Mehr will ich auch gar nicht sagen und es steht mir wirklich nicht zu, fachlich über sie zu urteilen. Ihre Videos schaue ich gerne an, auch wenn (oder gerade weil) ich einige ihrer Aussagen nicht teile.

Stringtheorie ist in meinen Augen eines Physikers Zeitverschwendung, es ist ein Privatvergnügen, eine Phantasie einer großen schönen alles umfassenden Theorie - leider fast gänzlich ohne physikalische Grundlagen.

Ich versuche gar nicht, dir das auszureden, diese Meinung steht dir zu. Aber dass Stringtheorie willkürlich sei und nicht auf physikalischen Grundlagen beruhen würde, ist einfach falsch.

Anstelle dessen führt man das wiss. interessierte steuerzahlende Publikum mit populären Artikel über Strings und Welttheorien (TOE, GUT) in die Irre, als wäre das alles physikalisch bereits durchgemessen und anerkannt. Das ist einfach nicht in Ordnung. In der Wirtschaft sagt man dazu "irreführende Werbung" §5 UWG.

1. Stringtheoretiker an der Uni werde auch dafür bezahlt, dass sie an der Uni normale Lehre machen (Theoretische Physik im Bachelor- und Masterstudium).
2. Mir ist es nicht aufgefallen, dass Stringtheorie ständig als wahre Theorie dargestellt würde. Gerade in Deutschland habe ich eher den Eindruck, dass viel kritisiert wird.
3. Viel Geld fließt nicht in Stringtheorie. Sonst hätte ich nach meiner Promotion vielleicht die akademische Karriere versucht. Aber so war mir das Risiko deutlich zu groß, Hartz4 statt W3 zu werden. ;)

Sieht fast so aus, aber wenn man die Literatur anschaut ist alles nicht ganz so widerspruchsfrei. Es lohnt sich vielleicht genauer hinzuschauen. Das ist sehr spannend! Gibt es hier Berufsastronomen, die darüber arbeiten?

Ich bin hier alles andere als ein Experte, daher kann ich nicht beurteilen, wie schwerwiegend diese (vermeintlichen) Widersprüche sind. Meiner Meinung nach sind die Indizien für DM sehr erdrückend.

Ansonsten bleibt das bestenfalls eine Arbeitshypothese, das Steckenpferd einiger Theoretiker ohne physikalische Relevanz.

Dann war für dich das Higgs-Teilchen bis 2012 auch ohne physikalische Relevanz? Ich erinnere mich, dass über das Higgs-Teilchen auch sehr viel gespottet wurde...

Ja es gibt viele Spielarten, weil eben der ursprüngliche Ansatz nicht die Massen der Elementarteilchen ergeben hat.

Das ist einfach falsch. Es gibt "viele Spielarten", genannt String-Vakua, weil es eben viele verschiedene Kompaktifizierungen gibt. (Dass ein Polynom n-ten Grades n komplexe Lösungen hat, ist halt einfach so und kein Problem des Polynoms.)

Hallo Mark,

ja, ich habe im Bereich der Stringtheorie promoviert. Genauer gesagt, an der Schnittstelle zwischen Stringtheorie und Kosmologie. Daher bin ich vielleicht emotional etwas involviert, aber auch nicht mehr so arg, weil ich nicht mehr an Stringtheorie arbeite. (Keine Lust auf 10 Jahre + x Postdocstellen, um dann doch keine Professur zu bekommen.) Das Thema Landscape/Swampland ist relativ neu wieder aufgetaut und ein gutes Beispiel dafür, dass Stringtheorie nicht völlig abgekoppelt von Phänomenologie ist. Daher reite ich so sehr darauf rum. Ich hoffe, dass man halbwegs die Idee versteht, was ja nicht ganz so leicht ist, wenn man nicht direkt daran gearbeitet hat.

Beste Grüße
Patrick
 
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