Weltformel - Wo sich QM und RT widersprechen

[elfcrystal]

Hey Leute!

Erst einmal möchte ich mich entschuldigen, einn solch altes und hier wohl schon einige Male angeführtes Thema erneut erörtern zu wollen. Leider hat mir das Schicksal ein wenig übel mitgespielt, so muss ich einen Vortrag über die Suche nach der Weltformel halten. Aus der Erinnerung fischen, geht leider nicht... und obwohl ich mich intensiv mit dieser physikalischen "Herausforderung" beschäftige bzw. beschäftigt habe, fehlt mir noch immer der richtige Durchblick... es wäre sehr schön, wenn wir bei diesem Thema irgendwo in der Nähe bei 0 beginnen könnten und ihr mir daher bitte gaaaanz langsam versucht zu erklären, wo sich QM und RT genau widersprechen. Man sagte mir einmal, es läge a) an der Plancklänge, die in RT nicht vorkommt, oder aber auch b) im Unterschied/ Widerspruch durch die Rotlichtverschiebung.... aber so ganz richtig habe ich es immer noch nicht verstanden, etwas, wofür ich mich als Physikfan richtig schämen sollte. ...
Ich hoffe ehrfürchtig, ihr könnt mir verzeihen... ... *heul*...

[HiroP]

Zunächst einmal kannst du QM und RT nicht wirklich miteinander vergleichen.

Die QM beschreibt die Welt im mikroskopischen Maßstab, die RTn im makroskopischen Maßstab.
Diese beiden Theorien zu verbinden, ist das derzeitige Ziel der Physik.

Das vorweg.

Nun schieb ich gleich eine Frage hinterher: Inwiefern widersprechen sich die beiden Theorien denn bei der Rotverschiebung?

[elfcrystal]

Zunächst einmal kannst du QM und RT nicht wirklich miteinander vergleichen.

Die QM beschreibt die Welt im mikroskopischen Maßstab, die RTn im makroskopischen Maßstab.
Diese beiden Theorien zu verbinden, ist das derzeitige Ziel der Physik.

Das vorweg.

Ist mir klar.

Nun schieb ich gleich eine Frage hinterher: Inwiefern widersprechen sich die beiden Theorien denn bei der Rotverschiebung?

Ja, genau das ist ja auch meine Frage... moment... ich versuche mal, ob ich den Beitrag finde, den ich mal erhalten habe... Hier:

Also ich versuch es mal zu erklären: Du hast eine Taschenlampe (gelbliches Licht) und schaust dir die Taschenlampe aus einer bestimmten Entfernung an. Dabei befindet sich die Taschenlampe und Du zu einander in Ruhe, also es bewegt sich nichts. Nun bewegt sich die Taschenlampe mit hoher Geschwindikkeit von dir weg (nahe c). Die Taschenlampe sendet weiter gelbes Licht aus, aber dadurch, das sie sich mit hoher Geschwindigkeit von dir wegbewegt, wird die Wellenlänge vergrößert, dadurch sieht es für dich so aus, als ob die Taschenlampe nun rotes Licht aussendet. (Rotverschiebung) Nun wird die Taschenlampe in einer bestimmten Entfernung von dir angehalten. Nachdem das Lciht, was die Taschenlampe ab diesem Zeitpunkt aussendet, bei dir angekommen ist, siehst du wieder eine gelbe Taschenlampe. Nun wird die Taschenlampe sehr schnell auf dich zubewegt (wieder nahe c), was zur Folge hat, das das gelbe Licht, was die Taschenlampe aussendet durch die Bewegung der Taschenlampe ins blaue verschoben wird. (Das Licht was die Taschenlampe aussendet kann ja auch nur mit Lichtgeschwindigkeit sich ausbreiten, da die Taschenlampe aber schon einen hohen Prozentsatz dieser besitzt, wird die Wellenlänge des Lichtes gestaucht, also ins Blaue verschoben.) Du siehst also eine Blaue Taschenlampe. (Blauverschiebung) Wenn sie wieder vor dir zum Stillstand kommt, siest du wieder eine gelbe Taschenlampe. Wenn du aber jetzt auf einem Wagen mit der Taschenlampe diese Reise unternommen hättest, wäre sie dir immer gelb erschienen. Das ist wie wenn ein Feuerwehrauto mit eingeschalteter Sirene auf dich zu fährt und dann von dir weg, zuerst erscheint die Sirene höher und schneller, dann für einen kurzen Moment (wenn das Feuerwehrauto neben dir ist), so wie sie wirklich ist, und dann tiefer und langsamer. Für den Fahrer klingt die Sirene aber immer gleich.

Die Stärke dieses Efektes ist von der Geschwindikeit abhängig, also näher die verwendete Geschwindigkeit an c ist, desto extremer ist dieser Effekt. Die Relativitätstheorie setzt für diesen Effekt keine Grenze, also das Licht kann immer weiter gestaucht werden, ohne jemals eine Mindestwellenlänge zu ererreichen. Die Quantentheorie setzt hingegen hierfür eine Mindestwellenlänge, die Planklänge. Aber warum das so ist, weiß ich auch nicht...

Ich hoffe mal, ich habe das richtig und verständlich erklärt...

Mein Problem ist damit aber irgendwie immer noch ungelöst...

[HiroP]

Achso, das ist gemeint.
Das ist eigentlich kein Widerspruch zwischen den beiden Theorien.
Der Fall zeigt, dass die beiden Theorien sich an manchen Stellen ergänzen.
Außerdem ist die Planck-Länge, die kleinste Länge, die man messen kann und damit die kleinste Länge, die für uns existiert.

[elfcrystal]

Mmm.... ich habe mich heute noch einmal mit meinem "Physik-AG"-Lehrer unterhalten, richtig helfen konnte er mir allerdings nicht, da er sich eigentlich nur in der speziellen RT auskennt, aber er wollte mir in nächster Zeit ein Buch der Oberstufe ausleihen... na, mal sehen, denke, ich werde mich dann eben dadurch "kämpfen"...

Er meinte eben, er hätte es damals auf Anhieb verstanden... dann muss es mir ja weiterhelfen... ^^

Eure Hilfe ist aber dennoch gefragt... wenn also jemand eine Idee hat... bitte sehr!

[HiroP]

Was genau hat er denn auf Anhieb verstanden?

[Floore]

Öhm, was soll eigendlich diese Weltformel sein?

[Mondkalb]

Die Weltformel soll die Vereinigung aller Kräfte bzw. Feldtheorien sein.
Historisch ist das schon lange bei der Vereinigung der elektrischen mit der magnetischen Kraft im Elektromagnetismus gelungen.
Die Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung vereinigt die schwache Wechselwirkung (radioaktiver Beta-Zerfall) mit dem Elektromagnetismus.
Man erwartet, darin auch die Wechselwirkung der Quarks (starke Kernkraft) einzubinden und hätte dann mit der GUT (Grand Unified Theory) ein Modell für vier der fünf Grundkräfte.
Die Gravitation ist noch außen vor, weil es bis jetzt keine Quantentheorie der Gravitation gibt, aber es könnte sein, dass auch die Gravitation bei sehr hohen Energien mit den anderen Kräften zusammen fällt. Das hofft man in einer einheitlichen Therorie, der Weltformel, beschreiben zu können.
Das ist das Modell einer Urkraft, die unmittelbar nach dem Urknall ununterscheidbar wirkte. Kurz danach kam es durch die Abkühlung bei niedrigeren Temperaturen bzw Energien zu Symmetriebrüchen, die die verschiedenen Kräfte voneinander trennte.

[elfcrystal]

Ja, natürlich... die Weltformel eben... aber wo! unterscheiden sich jetzt diese beiden Teiltheorien? Ich bin der Verzweiflung. ^^

[Mondkalb]

Eben darin, dass man bisher die Gravitation nicht quantisieren kann.
Hoffnungsschimmer am Horizont sind da die Stringtheorien die überraschender Weise ein Teilchen wie das (hypothetische) Graviton enthalten oder die Schleifen-Quantengravitation.

Die bisherige Gravitationstheorie enthält außerdem Singularitäten, also Zustände unendlicher Dichte und unendlicher Krümmung auf unendlich kleinem Raum, was mit der Quantentheorie nicht vereinbar ist.

[HiroP]

Generell möchte man Singularitäten eigentlich vermeiden, da sie zeigen, dass die Theorie an dieser Stelle fehlerhaft ist, bzw. keine Erklärungsmöglichkeiten bietet. Daher sind sie immer ein mathematisches Problem in jeder physikalischen Theorie.

[elfcrystal]

Die bisherige Gravitationstheorie enthält außerdem Singularitäten, also Zustände unendlicher Dichte und unendlicher Krümmung auf unendlich kleinem Raum, was mit der Quantentheorie nicht vereinbar ist.

-> Pauli-Prinzip, wenn ich mich da nicht mal irre. Sprich: das Pauli Prinzip lässt solche Singulariäten, aufgrund der Abstoßungen der Elektronen (und Spins, daher nicht mehr als zwei Elek. im Aufenthaltswahrscheinlichkeitsbereich) nicht zu, die Gravitationtheorie (besonders durch die RT, die ja Singulariäten vorraussagt) widerspricht dem. Habe ich das so richtig verstanden?

[Floore]

Ich würde sagen Quantentheorie und ART widersprechen sich nicht in dem Sinne, sie haben unterschiedliche Gültigkeitsbereiche. Deshalb kannst du die ART auch nicht auf Fälle anwenden, in denen das Pauli-Prinzip eine Rolle spielt und umgekehrt, das geht zwangsläufig schief. Das bedeutet allerdings auch, dass beide Theorien unvollständig sind und es eine übergeordnete Theorie gibt, nur die zu finden ist etwas äh, schwierig.

[elfcrystal]

Ich würde sagen Quantentheorie und ART widersprechen sich nicht in dem Sinne, sie haben unterschiedliche Gültigkeitsbereiche. Deshalb kannst du die ART auch nicht auf Fälle anwenden, in denen das Pauli-Prinzip eine Rolle spielt und umgekehrt, das geht zwangsläufig schief.

Ok... das ist mir einigermaßen klar. Aber wenn ich so etwas vorhätte (Betonung liegt auf hätte), würde die Vereinigung spätestens bei dem Pauli-Prinzip scheitern, oder? ...

[Mondkalb]

Das zeigt eben nur, dass die ART für winzige Abstände nicht so ohne weiteres anwendbar ist und demnach unvollständig.
Etwa so wie Newtons Gesetze zwar im Alltag durchaus ausreichen, aber bei hohen Geschwindigkeiten und großen Massen nicht mehr zutreffen (bzw. sogar schon korrigiert werden müssen, z. B. bei Satelliten im Erdorbit, wo es eine Zeitabweichung zur Oberfläche gibt).
Die Newtonschen Gesetze ergeben sich aber als Näherungen aus Einsteins Gleichungen für unsere Alltagswelt.