Re: Ist Simulation des Ur.. - die Welt der Physiker


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Abgeschickt von Henry Grimmer am 19 November, 2008 um 12:31:38

Antwort auf: Re: Ist Simulation des Ur.. - die Welt der Physiker von Walter Keil am 15 November, 2008 um 23:03:10:

Sei gegrüßt, Walter!
Hallo, Herr Pfeifer!

Da galoppierst du aber mal ziemlich wild durch´s physikalische Gelände, wir wollen das doch mal sortieren!

Zunächst das Quant. Als die Physiker im vorletzten Jahrhundert die Abgabe von Energie eines Schwarzen Körper (man kann sich alternativ auch einfach einen Backofen vorstellen) berechneten, kamen sie auf unendliche Energien, und zwar unabhängig davon, wie viel Energie zum heizen aufgewandt wurde. Das ist erstens natürlich Blödsinn und zweitens widersprach es den Daten aus den vorliegenden Experimenten, was selbstverständlich auch nicht überrascht. Aber es war so. Max Planck hatte nun die Eingebung – ohne jede Veranlassung, denn nichts sprach erst mal dafür – dass Energie nur in diskreten Päckchen aufgenommen und abgegeben werden kann, gequantelt, eben den Quanten, wie man sie dann nannte, zudem gibt es eine untere Grenze für die stärke der Energie, alles was an Quanten darunter liegt, leistet keinen Beitrag zur Gesamtenergie.

Weiter zeigte es sich bei Experimenten mit Metallplatten, die man mit Licht bestrahlte, dass das Licht Elektronen aus den Platten herauslösen konnte, nur war es seltsamer Weise so, dass die Energie, mit der diese Elektronen herausgeschleudert wurden, nicht von der Stärke der Lichtquelle abhing, sondern von der Farbe des Lichtes (Wellenlänge), wohingegen die Menge der Elektronen von der Intensität des Lichtes abhing - der so genannte Photo-Elektrische-Effekt. Einstein nun wiederum griff sich Plancks Idee der Quantelung von Energie, löste damit das Problem (je kürzer die Wellenlänge, desto größer die Energie des Photons, desto größer die Energie des heraus gelösten Elektrons) und bekam dafür (!) den Nobelpreis.

Nach heutiger Deutung konstituieren Quanten die Felder der vier Naturkräfte, sie sind so zu sagen ihre Boten, die z. B. sagen: „Hallo, hier haben wir ein Feld der starken Kernkraft“.

Zusammengefasst gibt es also vier „Arten“ von Quanten: Starke Kernkraft – Gluonen, schwache Kernkraft – W- und Z-Bosonen, elektromagnetische Kraft – Photonen und Gravitation – Gravitonen, die aber immer noch nicht nachgewiesen sind(die Gravitonen nämlich); und es gibt die Elementarteilchen, von denen die up- und down-Quarks, die Elektronen und die Neutrinos am interessantesten für uns sind – sie sind die Bestandteile der Materie. Jedes dieser Elementarteilchen hat noch zwei fast identische Geschwister, die sich nur durch die größere Masse unterscheiden (z. B. Elektron, Myon, Tauon), das ergibt drei „Familien“, und durch diese Systematik ist der Teilchenzoo dann recht übersichtlich.

Das Photon („Lichtteilchen“) ist also selbst ein Quant, und es hat zwar keine Ruhemasse (es ruht ja auch nie), aber es hat Energie, und aus m = e mal c² ergibt sich, dass es der Gravitation unterliegt.

Was nun diese, die Gravitation angeht, so ist es richtig, es ist Raumzeitkrümmung, aber du darfst den Raum nicht isoliert betrachten, es ist immer Masse, die ihm sagt, wie er sich zu krümmen hat, und dazu bedarf es der Gravitonen als Boten in ihrer Gesamtheit als Gravitationsfeld.

Das Higgs-Feld würde – wenn es existiert – durch die Higgs-Teilchen konstituiert, die Teilchen, die wir als massebehaftet erleben, würden ihre Masse durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld erhalten. Man könnte sich das so vorstellen, wie uns das Wasser in unserer Bewegung behindert.

Das postulierte Higgs-Teilchen wäre allerdings ein Teilchen mit sehr großer Masse. Die Geschichte mit der Erzeugung von Teilchen z . B. durch Kollisionen ist etwas schwierig zu beschreiben, zumindest für mich. Ich will´s aber versuchen.

Zunächst sei gesagt, dass man Elementarteilchen niemals selbst beobachten kann (nach dem Standartmodell sind es Punktteilchen). Die Heisenbergsche Unschärferelation bewirkt in Verbindung mit der Abnahme der Gravitation im Quadrat der Entfernung, dass – je näher man dem Teilchen kommt – umso mehr so genannte virtuelle Teilchen entstehen. Beim Elektron sind es immer energiereichere Photonen, die so hochenergetisch sind, dass sie sich augenblicklich in Elektronen und ihre Anti-Teilchen – Positronen - verwandeln (Energie = Masse, siehe oben), die sich gegenseitig sofort wieder zerstrahlen, um wiederum Photonen hervorzubringen usw.. Da alle Teilchen die gleiche Ausdehnung haben, nämlich keine, bedeutet das, dass größer werdende Massen auf immer kleinere Raumbereiche konzentriert sind. Deshalb: Je mehr Masse ein Teilchen hat, desto kleiner ist der Raumbereich, in dem es zu beobachten ist oder aber auch, um es zu erzeugen; und entsprechen größer wird der Energiebedarf zur Erzeugung. Das ist im Übrigen analog zur Begründung, warum kein massebehaftetes Objekt die Lichtgeschwindigkeit erreichen kann, und warum entweder unsere Theorien nicht ganz richtig sein können oder die Elementarteilchen eben keine Punktteilchen sind.

Die Quantenmechanik und die allg. Rel. Theorie liegen doch schon seit Jahrzehnten im Clinch (Punktteilchen vs. Gravitation), aber beide Theorien sind vorzüglich in ihren Voraussagen, sollten die falsch sein, währen sie grandios gefälscht ;-). Hier liegt doch auch das Problem, die Vereinigung der vier Naturkräfte (und auch der Materieteilchen) ist ja das Ziel, und man scheitert noch an der Gravitation. Die Rel. Theorie wurde von Einstein gar nicht so genannt, weil die Relativität überhaupt nicht das Neue war; das man Bewegung nur in Bezug (Relation) zu etwas bestimmen kann, war auch schon Newton klar. Das Neue war die Forderung nach der Invarianz der Naturkräfte/-konstanten, das heißt, sie dürfen sich für keinen Beobachter, bewegt oder unbewegt, ändern. Deshalb nannte Einstein seine Theorie selbst auch Invarianztheorie. Die Unveränderlichkeit der Lichtgeschwindigkeit – eben eine Konstante – brachte uns diese revolutionär neue Sicht auf den Kosmos.
Und schließlich: die Physik auf dem Prüfstand – ja, genau, und es ist eine ihrer ureigensten Forderungen, sich selbst immer wieder zu hinterfragen.
Was nun die Lage auf unserem Planeten betrifft, bin ich in vieler Hinsicht deiner Ansicht, und bei realistischer Betrachtung sehe ich genau so düster wie du. Wir haben zwar noch eine Chance, aber ich fürchte, wir werden sie nicht nutzen. Es bleibt in der Verantwortung jedes Einzelnen, dennoch das zu tun, was er vor seinem Gewissen verantworten kann, und in diesem Sinne werden wir beide doch nicht aufgeben, oder? Ich denke zu verstehen, warum du im Moment wenig optimistisch klingst und kann und will dich nicht mit dummen Phrasen aufmuntern, jeder hat das Recht auf finstere Stimmungen (das ist jetzt aber nicht ganz ernst gemeint).

Aber – und ich möchte jetzt bitte nicht falsch verstanden werden – wird sich irgendetwas verändern, wenn z. B. die Experimente bei CERN eingestellt würden? Den Hungernden stünde kein Gramm Reis zusätzlich zur Verfügung und nicht ein Baum weniger würde gefällt. Ich denke, die Menschen können beides leisten, ihre Probleme lösen und der Weltformel auf der Spur bleiben. Ich denke, das ist eine Frage der Kultur; sollen die Opernhäuser und die Fußballstadien geschlossen werden? Ach dort wird viel Energie aufgewandt, ohne dass offensichtlich damit Probleme gelöst würden. Doch, wenn man weiter denkt – was wären wir ohne all dies? Der Mensch lebt nicht vom Brot allein, nicht wahr?

Henry




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