Der schwierige Weg zur Quantengravitation
Das wäre mir neu.
Aber es stimmt schon, dass die allgemeine Relativitätstheorie (ART) und die Quantenmechanik (QM) nicht so recht zusammen passen wollen. So sagt die ART nulldimensionale Singularitäten voraus, die es gemäß der QM nicht geben kann.
So, wie ich Dich verstehe, vermutest Du, dass die ART nicht, oder nur teilweise, korrekt ist. Nun, bisher hielt die ART allen experimentellen Überprüfungen stand.
So sagte die einsteinische Theorie voraus, dass "träge Masse" und "schwere Masse" identisch sind. Dies konnte recht überzeugend durch das Eötvös-Experiment falsifiziert werden, indem Baron von Eötvös feststellte, dass alle Körper unabängig von ihre Masse gleich schnell fallen.
Auch würde GPS, ohne Berücksichtigung der ART, gar nicht funktionieren, jedenfalls nicht so genau. Das hängt mit der Zeitdilatation zusammen, welche die Relativitätstheorie voraussagte und widerholt durch Messungen bestätigt wurde.
Diskussionen zur Relativitätstheorie findest Du hier:
Ähnliches gilt für die QM. Der mathematische Formalismus wird nicht bestritten. So war es notwendig, die QM zu berücksichtigen, um die Speicherkapazität der Festplatten zu erhöhen. Auch konnte die QM bisher allen Versuchen, sie zu widerlegen, mühelos widerstehen.
Wir haben also zwei überprüfte Theorien, die in der heutigen Technik zwingend berücksichtigt werden müssen und als bestätigt gelten, die nicht so recht zusammenpassen wollen. Die ART und die QM sind daher als Teilbeschreibungen der Natur anzusehen.
Ein Ausweg aus diesem Dilemma versucht man seit Jahrzehnten zu finden, indem man beide großen Theorien zu einer Theorie der Quantengravitation (QG) zusammenfasst.
Dazu ist es notwendig, die nicht quantisierten Quantenfelder zu quantisieren. Dies gelang in der Quantenfeldtheorie (QFT), in der man drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen zusammenschloss. Nun muss noch die Hürde genommen werden, auch das Gravitationsfeld zu quantisieren. Dazu muss man allerdings die QFT mit der ART zu einer Theorie der QG zusammenfassen.
Die bekanntesten Vertreter der QG sind die Superstringtheorie und die Loop-Quantengravitation (LQG).
Gemäß der Superstringtheorie bestehen alle Teilchen aus eindimensionalen Fäden, die Strings genannt werden. Anstelle von nulldimensionalen Punktteilchen der Elementarteilchenphysik haben wir also extrem winzige Strings, die offen, oder geschlossen sein können. Die Schwingung der Strings bestimmt IMHO nun, um was für Teilchen es sich handelt (bspw. Photon oder Elektron).
Allerdings muss ich einräumen, dass ich mit der Superstringtheorie nicht vertraut bin - Agent Scullie kann das wesentlich besser erklären.
Gemäß der LQG (Schleifenquantengravitation) ist die Raumzeit auf mikroskosmischer Ebene dynamisch. Demnach ist die Raumzeit selbst quantisiert und die Quantenzustände werden durch ein Spin-Netzwerk beschrieben. Ergänz man den Raum nun durch die Zeit zur Raumzeit, werden aus denKnoten des Spin-Netzwerkes Linien, und aus den Linien des Spin-Netzwerkes werden Flächen - so erhält man den Spin-Schaum.
Vielleicht interessiert Dich hierzu auch die Diskussion hier:
Dies beinhaltet allerdings eine kausale Schleife und verletzt das Ursache-Wirkungs-Prinzip.
Das die Quantenmechanik nicht determiniert ist, bedeutet nicht, dass sie kausale Schleifen erlaubt. Dies bedeutet AFAIK lediglich, dass man den Ort der Lokaliserung eines Teilchens auch dann nicht vorhersagen kann, wenn einem alle Daten zur Verfügungs stehen.
In der klassischen Mechanik wären z.B. die Abläufe bei Billard-Spiel, sobald man die weiße Kugel angestoßen hat, vorberechenbar, sofern man Masse, Ort und Impuls aller Kugeln, sowie die Beschaffenheit des Billard-Tisches, kennt. Somit unterlieg das Billard-Spiel der klassischen Mechanik und ist determiniert. Der scheinbare Zufall ist subjektiv.
Wären die Billardkugeln Quantenobjekte (wie bspw. Elektronen), könnte man nicht mehr mit Sicherheit sagen, wann eine bestimmte Kugel in ein bestimmtes Loch fällt, man könnte dafür nur noch eine statistische Wahrscheinlichkeit angeben. Man könnte noch nicht einmal sagen, ob man mit überhaupt eine Kugel trifft. Man könnte nur bei einer bestimmten Anzahl von Stößen eine statistische Wahrscheinlichkeit dafür angeben. Die Welt der Quanten erscheint mir daher interdeterminiert und beinhaltet einen objektiven Zufall.
Billardkugeln als Quantenobjekte wären nicht an einem bestimmten Ort positioniert, sondern wären superposioniert auf der ganzen Fläche des Tisches (wie eine Welle). Erst beim Stoß würde ihre Wellenfunktion zusammenbrechen und sie erscheinen als Teilchen. Aber kausale Schleifen wären ihnen trotzdem nicht möglich.
Falls Dich das Thema interessiert, findest Du hier eine Diskussion dazu:
Obwohl dieser menschliche "Impuls", alles zu erfragen, mich manchmal zur Verzweiflung führt. Leider erweist sich eines meiner Interessengebiete, die Physik, als zu schwierig für mich. "Schuld" ist natürlich die Mathematik.
Zitat von cyberloki
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Aber es stimmt schon, dass die allgemeine Relativitätstheorie (ART) und die Quantenmechanik (QM) nicht so recht zusammen passen wollen. So sagt die ART nulldimensionale Singularitäten voraus, die es gemäß der QM nicht geben kann.
So, wie ich Dich verstehe, vermutest Du, dass die ART nicht, oder nur teilweise, korrekt ist. Nun, bisher hielt die ART allen experimentellen Überprüfungen stand.
So sagte die einsteinische Theorie voraus, dass "träge Masse" und "schwere Masse" identisch sind. Dies konnte recht überzeugend durch das Eötvös-Experiment falsifiziert werden, indem Baron von Eötvös feststellte, dass alle Körper unabängig von ihre Masse gleich schnell fallen.
Auch würde GPS, ohne Berücksichtigung der ART, gar nicht funktionieren, jedenfalls nicht so genau. Das hängt mit der Zeitdilatation zusammen, welche die Relativitätstheorie voraussagte und widerholt durch Messungen bestätigt wurde.
Diskussionen zur Relativitätstheorie findest Du hier:
Ähnliches gilt für die QM. Der mathematische Formalismus wird nicht bestritten. So war es notwendig, die QM zu berücksichtigen, um die Speicherkapazität der Festplatten zu erhöhen. Auch konnte die QM bisher allen Versuchen, sie zu widerlegen, mühelos widerstehen.
Wir haben also zwei überprüfte Theorien, die in der heutigen Technik zwingend berücksichtigt werden müssen und als bestätigt gelten, die nicht so recht zusammenpassen wollen. Die ART und die QM sind daher als Teilbeschreibungen der Natur anzusehen.
Ein Ausweg aus diesem Dilemma versucht man seit Jahrzehnten zu finden, indem man beide großen Theorien zu einer Theorie der Quantengravitation (QG) zusammenfasst.
Dazu ist es notwendig, die nicht quantisierten Quantenfelder zu quantisieren. Dies gelang in der Quantenfeldtheorie (QFT), in der man drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen zusammenschloss. Nun muss noch die Hürde genommen werden, auch das Gravitationsfeld zu quantisieren. Dazu muss man allerdings die QFT mit der ART zu einer Theorie der QG zusammenfassen.
Die bekanntesten Vertreter der QG sind die Superstringtheorie und die Loop-Quantengravitation (LQG).
Gemäß der Superstringtheorie bestehen alle Teilchen aus eindimensionalen Fäden, die Strings genannt werden. Anstelle von nulldimensionalen Punktteilchen der Elementarteilchenphysik haben wir also extrem winzige Strings, die offen, oder geschlossen sein können. Die Schwingung der Strings bestimmt IMHO nun, um was für Teilchen es sich handelt (bspw. Photon oder Elektron).
Allerdings muss ich einräumen, dass ich mit der Superstringtheorie nicht vertraut bin - Agent Scullie kann das wesentlich besser erklären.
Gemäß der LQG (Schleifenquantengravitation) ist die Raumzeit auf mikroskosmischer Ebene dynamisch. Demnach ist die Raumzeit selbst quantisiert und die Quantenzustände werden durch ein Spin-Netzwerk beschrieben. Ergänz man den Raum nun durch die Zeit zur Raumzeit, werden aus denKnoten des Spin-Netzwerkes Linien, und aus den Linien des Spin-Netzwerkes werden Flächen - so erhält man den Spin-Schaum.
Vielleicht interessiert Dich hierzu auch die Diskussion hier:
Zitat von cyberloki
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Das die Quantenmechanik nicht determiniert ist, bedeutet nicht, dass sie kausale Schleifen erlaubt. Dies bedeutet AFAIK lediglich, dass man den Ort der Lokaliserung eines Teilchens auch dann nicht vorhersagen kann, wenn einem alle Daten zur Verfügungs stehen.
In der klassischen Mechanik wären z.B. die Abläufe bei Billard-Spiel, sobald man die weiße Kugel angestoßen hat, vorberechenbar, sofern man Masse, Ort und Impuls aller Kugeln, sowie die Beschaffenheit des Billard-Tisches, kennt. Somit unterlieg das Billard-Spiel der klassischen Mechanik und ist determiniert. Der scheinbare Zufall ist subjektiv.
Wären die Billardkugeln Quantenobjekte (wie bspw. Elektronen), könnte man nicht mehr mit Sicherheit sagen, wann eine bestimmte Kugel in ein bestimmtes Loch fällt, man könnte dafür nur noch eine statistische Wahrscheinlichkeit angeben. Man könnte noch nicht einmal sagen, ob man mit überhaupt eine Kugel trifft. Man könnte nur bei einer bestimmten Anzahl von Stößen eine statistische Wahrscheinlichkeit dafür angeben. Die Welt der Quanten erscheint mir daher interdeterminiert und beinhaltet einen objektiven Zufall.
Billardkugeln als Quantenobjekte wären nicht an einem bestimmten Ort positioniert, sondern wären superposioniert auf der ganzen Fläche des Tisches (wie eine Welle). Erst beim Stoß würde ihre Wellenfunktion zusammenbrechen und sie erscheinen als Teilchen. Aber kausale Schleifen wären ihnen trotzdem nicht möglich.
Falls Dich das Thema interessiert, findest Du hier eine Diskussion dazu:
Zitat von Thomas W. Riker
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