Einige Klarstellungen in Sachen Physik [Diskussion]

[Halman]

Danke für die ausgezeichnete Erklärung!
Die ist ja besser als die Doku auf N24 war.

Nun, dann dürfen wir doch hoffen, dass sich diese Theorie genauso schnell wieder verpflüchtigt wie der Protonenzerfall. Die Vorstellung von einem Universum, dass ewig fortbesteht gefällt mir nämlich viel besser - schließlich habe ich noch Pläne für die Zukunft. (Och-ja, da ist ja noch die Sache mit Sonne ... gut, da überlege ich mir noch was.)

Prof. Harald Lesch hatte sich mal bezüglich der Dunklen Energie sinngemäß so geäußert, dass wir vielleicht wieder einen "Einstein" brauchen. Ich hatte den Eindruck, dass Prof. Lesch mit der gegengwärtigen Erklärung sehr unzufrieden war, so als wäre es eine Behelfserklärung.

Forschen wir da an Etwas, dass wir nie zuende bringen können oder werden wir noch in diesem Jahrundert die Weltformel knacken?

[Halman]

Ich habe mich schon seit Jahren gefragt, ob unser Univerum Teil eines Multiversums ist. Bei der Google-Suche bin ich auf diesen Link gestoßen:

Parallelwelt ? Wikipedia


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 15 Minuten und 8 Sekunden:

Schon seit Jahren frage ich mich, ob unser Universum Teil eines Multiversums sein könnte. Bei der Google-Suche bin ich auf diese Links gestoßen:

Parallelwelt ? Wikipedia
Physik der Welterkenntnis

Was haltet ihr davon?

[Agent Scullie]

In der Wikipedia steht ja geschrieben, dass es für Quarks zwei Massezahlen gibt. Das ist wohl die halbwegs eleganteste Lösung des Problems und verdeutlich das Grundproblem.

Einmal die Stromquarkmasse ? Wikipedia , also die tatsächlich zugeordnete Masse eine hypothetisch ungebundenen Quark

noch etwas zur Stromquarkmasse. Bei Wikipedia heißt es ja:

Da sich die Massen der Quarks nicht direkt experimentell bestimmen lassen, da Quarks nie frei beobachtet wurden, sondern immer nur gebunden als Quark-Paare in Mesonen oder Konfigurationen von drei Quarks in Baryonen, muss die Stromquarkmasse aus theoretischen Modellen extrapoliert werden

Ich habe mir mal überlegt, wie eine solche Extrapolation aussehen könnte (ist eine eigene Überlegung, ich kann nicht für die Richtigkeit garantieren!):
Von der starken WW zwischen Quarks heißt es, dass sie bei hohen Energien asymptotisch frei ist. Das kann man sich so vorstellen, dass sich die Quarks innerhalb eines Hadrons frei bewegen können, sofern der Abstand zwischen ihnen nicht den Hadronenradius überschreitet. Das hat zur Folge, dass ein Quark innerhalb eines Hadrons sehr stark lokalisiert werden kann (mit einer Ortsunschärfe viel kleiner als der Hadronenradius), ohne dass die Bindung des Quarks an das Hadron zerstört wird. Zum Vergleich: wollte man ein Elektron in einem Atom stärker lokalisieren, als es im 1s-Zustand lokalisiert ist, so würde die resultierende Impulsunschärfe (Unschärferelation) dazu führen, dass die mittlere kinetische Energie des Elektrons so groß wird, dass seine Bindung an das Atom gelöst und das Elektron freigesetzt würde. Beim Quark kann das aber wegen das Confinements nicht passieren. Seine mittlere kinetische Energie wird zwar sehr groß, es bleibt aber im Hadron gefangen. Man kann nun die Bewegung eines solchen innerhalb des Hadrons stark lokalisierten Quarks betrachten, und ihm, da es sich dort wie ein freies Teilchen verhält, anhand der Bewegungsgesetze für freie Teilchen eine Masse zuschreiben, eben die Stromquarkmasse.

[Nimmermaer]

E=mc^2

die Anhängigkeit der Masse von der Geschwindigkeit ist eine veraltete Vorstellung, die im Grunde nichts anderes bedeute, als dass man die Gesamtenergie eines Körpers zusätzlich als Masse bezeichnete. Nach der heutigen Sprechweise geht nur die Energie gegen unendlich, wenn sich ein Körper der Lichtgeschwindigkeit annähert, seine Masse (früher Ruhmasse genannt) bleibt unverändert.

Tschuldigung, dass ich hier dieses Uraltzitat von Agent Scullie raussuche, aber da dieser User hier so kompetente Beiträge einstellt, muss ich zu dieser Aussage meinen Senf dazu gebenl

Diese "alte Sprechweise" mag bei manchen Leuten nicht mehr so ankommen, ich finde sie aber didaktisch durchaus wertvoll.

Man sollte ja nicht vergessen, dass die irreduzible kinetische Energie eines Systems, d.h. die Bewegungsenergie, die man nicht durch eine Transformation in ein anderes Inertialsystem los wird, zu dessen invarianter Masse (Ruhemasse) beiträgt. Die "Ruhemasse" eines Baryons, z.B., besteht zu einem großen Teil aus der Bewegungsenergie seiner Konstituenten, der Quarks.

[Agent Scullie]

Diese "alte Sprechweise" mag bei manchen Leuten nicht mehr so ankommen, ich finde sie aber didaktisch durchaus wertvoll.

Man sollte ja nicht vergessen, dass die irreduzible kinetische Energie eines Systems, d.h. die Bewegungsenergie, die man nicht durch eine Transformation in ein anderes Inertialsystem los wird, zu dessen invarianter Masse (Ruhemasse) beiträgt. Die "Ruhemasse" eines Baryons, z.B., besteht zu einem großen Teil aus der Bewegungsenergie seiner Konstituenten, der Quarks.

hier betrachtest du ein zusammengesetztes System, bei dem muss man unterscheiden zwischen der Bewegungsenergie der Konstituenten und der Bewegungsenergie des Gesamtsystems. Im Ruhsystem des Gesamtsystems haben die Konstituenten eine Bewegungsenergie, nicht aber das Gesamtsystem. Die Bewegungsenergie der Konstituenten trägt zur Ruhenergie und damit zur (Ruh-)Masse des Gesamtsystems bei, nicht zu dessen Bewegungsenergie, die ja null ist. Entsprechend ist die Bewegungsenergie der Konstituenten auch keine "irreduzible kinetische Energie eines Systems, d.h. die Bewegungsenergie, die man nicht durch eine Transformation in ein anderes Inertialsystem los wird", sondern auf das Gesamtsystem bezogen eben nur Ruhenergie aka Masse.

Die alte Terminologie der dynamischen Masse hätte lediglich den vermeintlichen Vorteil, dass in ihr die Masse des Gesamtsystems als Summe der (dynamischen) Massen der Konsituenten geschrieben werden kann. Das ist aber kein wirklicher Vorteil, wenn man bedenkt, dass in der relativistischen Mechanik die (Ruh-)Masse der Länge eines Vierervektors, nämlich des Energie-Impuls-Vektors entspricht, und der Energie-Impuls-Vektor des Gesamtsystems die Summe der Energie-Impuls-Vektoren der Konstituenten ist. Da bei der Summation mehrerer Vektoren die Länge des Ergebnisvektors in der Regel nicht gleich der Summe der Längen der summierten Vektoren ist, ist es kein Nachteil, wenn die Masse des Gesamtsystems als Länge eines Vektors nicht mit der Summe der Massen der Konstituenten übereinstimmt.

[Nimmermaer]

Nun ja, im Prinzip geht es nur um Semantik.
Mit irreduzibler kinetischer Energie meinte ich natürlich die Ruhemasse des Systems, nicht etwa seine kinetische Energie.

Und ich wollte nicht etwa darauf hinaus, dass die dynamische Masse so wohldefiniert ist wie die Ruhemasse. In der ART kann man sie getrost über Bord werfen. Doch in der SRT hat sie durchaus eine gewisse Bedeutung, da sie sich wie in etlichen Szenarien wie die klassische träge Masse eines Teilchens verhält. So beschreibt die dynamische Masse das Verhalten des relativistisch bewegten Teilchens unter Einfluss einer transversal zur Bewegungsrichtung wirkenden Kraft (longitudinal muss man natürlich die Energiezunahme berücksichtigen). In ihr drückt sich also die Masse-Energie-Äquivalenz aus.

Man muss bei solchen Begriffen natürlich die Gültigkeitsgrenzen kennen. Ähnlich sieht es ja mit der Zentrifugalkraft aus, die oft geschmäht wird, aber in manchen Fällen eben als anschauliche Beschreibung taugt. Wichtig ist in der Physik jedoch nur die klare mathematische Definition und Darstellung, Worte und Begriffe sind letzendlich nur Hifskonstrukte.

[Agent Scullie]

Nun ja, im Prinzip geht es nur um Semantik.
Mit irreduzibler kinetischer Energie meinte ich natürlich die Ruhemasse des Systems, nicht etwa seine kinetische Energie.

Und ich wollte nicht etwa darauf hinaus, dass die dynamische Masse so wohldefiniert ist wie die Ruhemasse. In der ART kann man sie getrost über Bord werfen. Doch in der SRT hat sie durchaus eine gewisse Bedeutung, da sie sich wie in etlichen Szenarien wie die klassische träge Masse eines Teilchens verhält.

wenn man der SRT-Philosophie entsprechend statt der Newtonschen Bewegungsgleichung in nichtrelativistischer Form

F = m d^2 x / dt^2

die korrekte relativistische Bewegungsgleichung

F^mu = m d^2 x^mu / dtau

(mit t = Koordinatenzeit, tau = Eigenzeit) verwendet, wird die Rolle der trägen Masse von der Ruhmasse übernommen, nicht von der dynamischen Masse.

Man muss bei solchen Begriffen natürlich die Gültigkeitsgrenzen kennen. Ähnlich sieht es ja mit der Zentrifugalkraft aus, die oft geschmäht wird, aber in manchen Fällen eben als anschauliche Beschreibung taugt.

ich wüsste nicht, dass die Zentrifugalkraft "geschmäht" würde. Sie ist eine Scheinkraft, da sie nur in einem beschleunigten (da rotierenden) Bezugssystem vorhanden ist, im Unterschied zu echten Kräften, die auch in Inertialsystemen auftreten. Dass sie in einem solchen beschleunigten Bezugssystem eine nützliche Beschreibung ist, ändert daran nichts.

[Nimmermaer]

wenn man der SRT-Philosophie entsprechend statt der Newtonschen Bewegungsgleichung in nichtrelativistischer Form

F = m d^2 x / dt^2

die korrekte relativistische Bewegungsgleichung

F^mu = m d^2 x^mu / dtau

(mit t = Koordinatenzeit, tau = Eigenzeit) verwendet, wird die Rolle der trägen Masse von der Ruhmasse übernommen, nicht von der dynamischen Masse.

Mit der Eigenzeit gibt es selbstverständlich keine Probleme mehr. Und das ist sicherlich die überlegene Darstellung.

Damit bist Du für mich aber schon einen Schritt von der ursprünglichen Definition der trägen Masse entfernt, hast bereits die Verallgemeinerung der dynamischen Gesetze vollzogen. Die ursprüngliche Frage wäre aber wie ein schneller Körper auf Kräfte reagiert.

Die dynamische Masse spielte für mich eine Rolle beim Verständnis der SRT beim Selbststudium in der Schule, da sie für mich den Übergang von der "naiven" Newtonschen Betrachtungsweise ermöglichte. Ich ging da meistens in Schritten vom alten zum neuen, generalisierten Konzept, und die dynamische Masse war für mich der erste. Ich bin wohl einfach sentimental

ich wüsste nicht, dass die Zentrifugalkraft "geschmäht" würde. Sie ist eine Scheinkraft, da sie nur in einem beschleunigten (da rotierenden) Bezugssystem vorhanden ist, im Unterschied zu echten Kräften, die auch in Inertialsystemen auftreten. Dass sie in einem solchen beschleunigten Bezugssystem eine nützliche Beschreibung ist, ändert daran nichts.

Vielleicht bin ich da nur vorgeprägt, weil das erste, was mir in der Mechanik-Vorlesung eingebläut wurde, ist, "Die Zentrifugalkraft gibt es nicht". Es gibt durchaus Anhänger davon dieses Wort aus dem Lexikon zu streichen

[Bakkad Baran]

@ Mondwinters text ^^

Es existiert keine andere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit: alle Dinge in diesem Universum bewegen sich stets mit ihr. Erklärung: Die Zeit ist eine Richtung, und wir bewegen uns durch sie wie entlang eines Tunnels. Wenn wir im Raum still stehen, bewegen wir uns mit Lichtgeschwindigkeit in der Zeit nach vorne. Wenn wir loslaufen, bewegen wir uns durch den Raum und dafür etwas langsamer in Richtung der Zeit – in der Summe ist es aber wieder die Lichtgeschwindigkeit. Wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen könnten, würden wir in der Zeit stillstehen. Damit haben wir auch gleich die Erklärung für die Zeitdilatation. Was die Uhr anzeigt ist lediglich ein Maß dafür, wie weit wir uns in der Zeit nach vorne bewegt haben. Eine Sekunde entspricht dabei etwa 300.000 km in Zeitrichtung. (In der Relativitätstheorie messen wir Zeit als Strecke.)

also wenn wir mit lichtgeschwindigkeit reisen würden würden wir in der zeit still stehen - also gar nicht vorrankommen, seh ich das richtig ?
dann wäre aber die frage warum sich lichtteilchen vorranbewegen können ? müssten die nicht auch in der zeit stillstehen ?

[Mondwinter]

also wenn wir mit lichtgeschwindigkeit reisen würden würden wir in der zeit still stehen - also gar nicht vorrankommen, seh ich das richtig ?
dann wäre aber die frage warum sich lichtteilchen vorranbewegen können ? müssten die nicht auch in der zeit stillstehen ?

Hi

Genau, Licht hat keine Masse, und wenn etwas keine Masse hat, muss es sich automatisch mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen. Das folgt direkt aus einer Gleichung der speziellen Relativitätstheorie. Es steht dann in der Zeit still und bewegt sich nur durch den Raum.

Du brauchst keine Zeit, um voran zu kommen. Man ist es nur gewohnt, so zu denken, weil wir es so messen - also wie weit jemand in so und soviel Zeit gekommen ist. Aber Zeit ist eigentlich eine Entfernung, genau wie Raum.
Du kannst es dir so vorstellen, dass Zeit wie eine Bewegung geradeaus ist, und Raum ist wie eine Bewegung nach rechts. Man bewegt sich immer konstant mit c (Lichtgeschwindigkeit). Wenn du mit c nach vorne fliegst, dann bewegst du dich nicht nach rechts (nicht durch den Raum), also mit c in Richtung Zeit. Wenn du dich mit c nach rechts bewegst, dann bewegst du dich eben nicht durch die Zeit. Alles andere ist dazwischen, also einen Teil der Geschwindigkeit im Raum, und einen Teil in der Zeit. Es ist eigentlich ganz anschaulich. Der eigentliche Trick an der speziellen Relativitätstheorie besteht darin, die Zeit als eine Richtung zu verstehen, in die wir uns bewegen

[xanrof]

Hi Mondwinter,

schöner Beitrag nebenan

Aber eine, nicht ganz ernst gemeinte, Frage habe ich doch:
Du schreibst:

Alle Quellen, die nicht zur Fachliteratur gehören, kratzen allerdings nur an der Oberfläche, zeigen die Dinge meist in entstellter Form und enthalten Fehler oder Missverständnisse. (...) Viele Dinge lassen sich nicht allgemeinverständlich ausdrücken - durch die Vereinfachung werden sie in der Regel falsch.

Nun sind deine Äußerungen aber auch keine Fachliteratur, kratzen nur an der Oberfläche und sind ein Versuch, sich allgemeinverständlich auszudrücken. Heißt das, wir sollen dir nicht glauben?

Nach ''Neil deGrasse Tyso'' werde ich mal suchen, denn ein paar Verständnishilfen zur ART/SRT u.ä. tun mir auch ganz gut. Bei deinen Anmerkungen finde ich gerade die Punkte hierzu sehr anschaulich formuliert.

[Thomas W. Riker]

Hi Mondwinter,

schöner Beitrag nebenan

Aber eine, nicht ganz ernst gemeinte, Frage habe ich doch:
Du schreibst:Nun sind deine Äußerungen aber auch keine Fachliteratur, kratzen nur an der Oberfläche und sind ein Versuch, sich allgemeinverständlich auszudrücken. Heißt das, wir sollen dir nicht glauben?

Nach ''Neil deGrasse Tyso'' werde ich mal suchen, denn ein paar Verständnishilfen zur ART/SRT u.ä. tun mir auch ganz gut. Bei deinen Anmerkungen finde ich gerade die Punkte hierzu sehr anschaulich formuliert.

Hallo xanrof,
mit dem Zitat hast Du Dir selber ein logisches Bein gestellt. Auch wenn es so anfängt, ist es kein Allsatz, da das Zitat mit "meist", "viele Dinge" und "in der Regel falsch" eingeschränkt wird. Nicht alle Kreter lügen immer.

Auch von mir herzlichen Dank und an Mondwinter.
Ich freue mich immer wieder, wenn Fach-Wissenschaftler, besonders in T&W, Sachverhalte für interessierte Laien verständlich darstellen.

[xanrof]

mit dem Zitat hast Du Dir selber ein logisches Bein gestellt.

Da sieht man's: selbst in Logik brauch ich Nachilfe

[Mondwinter]

Freut mich, dass es euch gefällt! Dann schreibe ich vielleicht noch mehr

Da ich vom Fach bin, darf man das ruhig so glauben, aber ist natürlich trotzdem etwas vereinfacht - es stehen schließlich keine Gleichungen da

Was ich natürlich meinte sind Dokus, Magazine und vor allem News Artikel. Alles unausweichlich oberflächlich und es ist tatsächlich oft irgendwas ungenau oder falsch - nicht nur in der Physik, eigentlich in jedem Fachgebiet. Die Leute dahinter sind nun mal in der Regel keine Wissenschaftler, oder sie müssen es für's Fernsehen zu stark runterkochen. Daher will ich bloß davor warnen, es zu ernst zu nehmen. Dokus haben schöne Effekte und so, aber beim Inhalt hapert es leider. Einfach Ton abschalten und genießen

Am besten sind da die Wissenschaftskommunikatoren, wie Neil deGrasse Tyson, Lawrence Krauss und dergleichen. Krauss hat auch ein Buch über die Physik von Star Trek geschrieben und sollte hier in der Community eigentlich bekannt sein. Er hält fabelhafte Vorträge über Astrophysik, die man sich auf Youtube anschauen kann

[Mondkalb]

Dokumentationen werden von Journalisten gemacht, die im besten Fall etwas studiert haben, was in der Nähe ihres jeweiligen Themas liegt.
Dokumentationen sind, abhängig vom Programmschema, für das sie produziert werden, in der Länge beschränkt und an ein Zielpublikum gerichtet, das in der Regel noch weniger von der Thematik versteht als der Journalist.

Daraus ergeben sich zwangsläufig Vereinfachungen und Fehler aller Art.

Ich ärgere mich häufig bei ansonsten guten Dokumentationen über die deutsche Synchronisation, bei der meistens noch weniger Fachwissen beteiligt ist, was dann teilweise absurde Übersetzungsfehler produziert.

All das gilt natürlich auch für populärwissenschaftliche Darstellungen in Büchern oder Magazinen.

Es geht natürlich auch kaum anders, weil die meisten Menschen eben keine Physiker oder Archäologen oder was auch immer sind.
Man muss sich nur immer bewusst sein, dass man mehrfach gefilterte und vereinfachte Darstellungen sieht oder liest.