Wie kam das Universum ins Dasein?

[Halman]

@Area51 1/2
Bakkad Baran verwendete die Begriffe Singularität und Urknall. Daher ist es im Bezug auf sein Posting logisch, wenn Agent Scullie sich auf die Urknalltheorie bezieht und hier Klarheit schafft. Jedenfalls bin ich sehr dankbar dafür.
Freilich gibt es auch kosmologische Theorien, in denen keine Anfangssingularität vorkommt. Dazu brauchst Du dir nur meine Eröffnungspost anschauen. Da werden einige Theorien vorgestellt.

Meine größten Bedenken sind u.a. Sätze wie,
a) Raum und Zeit sind mit dem Urknall gleichzeitig entstanden.

Sofern das Universum mit einer Anfangssingularität (Urknall) begann, begannen Raum und Zeit mit dem Urknall. Dies hängt damit zusammen, dass die Urknalltheorie noch klassisch formuliert ist und daher nulldimensionale Singularitäten kennt. In einer solchen sind Raum- und Zeitmaße 0 und erst nach dem Urknall > 0.

b) Aus eine Singularität, die nicht wieder und nirgends erscheinen/wieder passieren kann, entstand unser Universum.

Wie Agent Scullie bereits schrieb, ergibt sich die moderne Kosmologie (die Kosmologie des 20. - u. 21. Jhd's.) aus der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART).

Die beobachtete Rotverschiebung ferner Galaxien lässt sich gem. der ART als Expansion des Raumes deuten. Dem liegt die Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-Metrik zugrunde.

c) Raum und Zeit werden wieder enden wenn sich wieder, nach einen Kollaps, das Universum in eine Singularität verfällt/kollabiert.

Selbstverständlich, da dann Raum- und Zeitmaße wieder 0 sind. Man könnte sagen, eine Endsingularität bildet einen "Rand" der Raumzeit. Es gibt keine Zukunft, die darüber hinaus verläuft und keinen Raum, jenseits der Endsingularität.

Natürlich ist dies theoretisch. Die Beobachtung spricht eher gegen eine Endsingularität.

d) Raum und Zeit sind keine statischen Elemente.

Ja, gem. der ART bilden Raum und Zeit eine dynamische Einheit, die Raumzeit. Die Gravitation wird darin auf geometrische Weise als Krümmung der Raumzeit erklärt.
Freilich lässt sich auch eine so gute Theorie wie die ART schwerlich beweisen, aber sie wurde ausgezeichnet belegt, indem sie alle Versuche, sie experimentell zu falsifizieren, mit bravour standhielt.

Hast du dafür eindeutige Beweise oder ist es, wie du es so schön ausgedruckt hast
"moderne Kosmologie"? Denn mit dem Ausdruck "moderne Kosmologie" kann ich recht wenig anfangen. Was ist "modern" und bis wann wird modern eben modern sein?
Wäre es ein 100% beweisbarer Zustand/Feststellung hättest du nicht diesen Ausdruck benutzt, oder?

Die moderne Kosmologie begann, als man die ART konkret auf die Beobachtung des Universums anwandte. Sie wurde insbesondere von den Wissenschaftlern Alexander Friedmann und Georges Lemaître entwickelt.

wobei mir grade eine Doku einfällt wo es um String Theorie ging bzw. um strings die erwähnt wurden ( nein nicht die unterwäsche ^^ )
dort wird z.B. gesagt wenn es sie gibt bzw es gibt sie sind sie so klein das wir sie mit unseren instrumenten noch nicht wahrnehmen können aber dann schon von bestimmter größe reden.
desweiteren hat man noch nie ein gesehen daher kann man auch nix darüber sagen ausser was man sich halt vorstellt.

Die Größe der Strings wird mathematisch hergeleitet.

Zitat aus Skurrile Quantenwelt:
Als Planck-Länge erhalten wir demgemäß

Intregal_Plack = sqrt {γ * h/c³} = 1,616 * 10^-35 m,

eine Länge, die zugebenermaßen so unvorstellbar klein ist, dass jegliche menschliche Vorstellungskraft versagt. Doch laut Quantengravitation versagt hier nicht nur die Vorstellungskraft, sondern die Natur selbst, indem sie keine physkalischen Strukturen zulässt, die kleiner sind, als ebendiese Planck-Länge.

Dies hängt damit zusammen, dass die Stringtheorie Quantenphysik und relativistische Physik in sich vereint und somit eine Quantengravitations-Theorie ist. Damit ist sie nicht klassisch und kennt imho keine Singularitäten. Das Planck-Volumen (Kubik-Planck-Länge) ist das kleinste Volumen, dem physikalische Relevanz zugesprochen werden kann.

alles was wir heute wissen und nicht bewiesen ist können wir auch nur annehmen das es so gewesen ist. manches kann man anhand einiger dinge eventuell schon vorrausberechnen und man gibt ihm einen namen ( higgsteilchen ) und sucht danacht bis man es findet.
wenn wir pech haben wird man es nicht finden, nur da ich denke es gibt noch viel kleinere teilchen als die die wir bis jetzt wahrnehmen können könnte man ein teilchen erfinden das zum - keine ahnung, vorstufenteilchen ? - zum higgs wird. das nennt man dann hoggs ( oder nachdem der es erfunden hat ) und sucht auch danach und oh wunder man findet etwas
und schon gibt es higgs und hoggs in lehrbüchern.

Peter Hicks nahm das nach ihm benannte Teilchen sicher nicht grundlos an. Spocky, Agent Scullie und Dannyboy können Dir dies sicher besser erklären, weil ich zugebenermaßen mit der Quantenfeldtheorie völlig überfordert bin.

Aus welchem Grund sollte man annehmen, dass die Elementarteilchen (Elektronen und Quarks) nicht elementar sind?

ich sage mal

erstmal urknall beweisen. erstmal aufbau des universums eindeutig beweisen. Big Rip - Big Crunch - Big Chill eindeutig beweisen - Raum und Zeit sind mit dem Urknall entstanden eindeutig beweisen

Theorien können nach Karl Popper nicht bewiesen werden. Sie können allenfalls "belegt" werden.

Allerdings tätigen Theorien eindeutige und klare Aussagen. So steht zweifelsfrei fest, dass gem. dem Urknall Raum und Zeit mit diesem beginnen. Dies können wir wissen.

Ob das Universum mit einem Urknall begann, können wir nicht mit Sicherheit wissen.

[Dannyboy]

Schöner Post Xanrof und Halman. Nur vermute ich mal, dass Area auch diesesmal alle Aussagen ignorieren oder verfremden wird, wie es ihm gerade passt.

[Halman]

Schöner Post Xanrof und Halman. Nur vermute ich mal, dass Area auch diesesmal alle Aussagen ignorieren oder verfremden wird, wie es ihm gerade passt.

Danke für das Lob, Dannyboy. Bezüglich xanrof schließe ich mich Dir vollstens an. Er schrieb wirklich einen sehr guten und lehrreichen Beitrag über wissenschaftliche Methodik.

[xanrof]

Danke schön, das liest man gerne!

[Spocky]

a) Raum und Zeit sind mit dem Urknall gleichzeitig entstanden.

Ich verstehe dein Problem mit dieser Aussage nicht.Zeit kann ohne den Raum nicht existieren, denn Zeit vergeht nur, wenn sich etwas verändert - und wenn es nur unser Zeitgefühl ist . Ebenso bedeutet aber auch die Existenz eines sich verändernden Raumes, dass Zeit vergeht, also existiert.

Die beiden können nicht ohne den jeweils anderen

[EREIGNISHORIZONT]

Es ist schon ene Weile her, da hatte ich mal einen komischen Gedanken zum Thema "Zeit".
Wenn unsere Wahrnehmung von "vorwärts" und "rückwärts" in der Zeit quasi eine Dimension der Zeit darstellt, in dem Fall also 2 Dimensionale Zeit, warum könnte es dann nicht eine dritte oder mehrere Zeitdimensionen geben?
Mir ist schon klar, dass man anstelle vor und zurück natürlich auch hoch und runter als Bewegungsrichtig in der Zeit angeben kan, aber dennoch stelle ich mir vor, dass evtl noch eine Dimension oder mehrere existieren, aber wir halt nur nichts davon wahrnehmen. Wie beim Raum halt.

[Liopleurodon]

Es ist schon ene Weile her, da hatte ich mal einen komischen Gedanken zum Thema "Zeit".
Wenn unsere Wahrnehmung von "vorwärts" und "rückwärts" in der Zeit quasi eine Dimension der Zeit darstellt, in dem Fall also 2 Dimensionale Zeit, warum könnte es dann nicht eine dritte oder mehrere Zeitdimensionen geben?
Mir ist schon klar, dass man anstelle vor und zurück natürlich auch hoch und runter als Bewegungsrichtig in der Zeit angeben kan, aber dennoch stelle ich mir vor, dass evtl noch eine Dimension oder mehrere existieren, aber wir halt nur nichts davon wahrnehmen. Wie beim Raum halt.

Und wie bei den anderen Dimensionen stellt sich dabei die Frage, ob und wie wir sie wahrnehmen können und ob sie sich in unseren Alltagserfahrungen wiederfinden.

Oder anders gesagt, die höheren Dimensionen entziehen sich unserer Wahrnehmung, weil ein Löwe uns nur in den "normalen" 4 Dimensionen anspringt.

[Bakkad Baran]

indemfall könnte man sagen es könnte wesen geben die diese wahrnehmen und sich auch dort bewegen können - quasi zu der zeit da sind zu der sie dasein wollen

genausogut könnte man sagen eine zeitschicht neben der anderen, kein parallelraum sondern eine parallelzeit villeicht - wobei sowas auch erst bewiesen werden müsste - man kanns nur annehmen und es wissenschaftlich oder vorstellungsvermögentechnisch vermuten oder wissenschaftlich gegen angehen und es als unmöglich hinstellen - aber auch das muss erst bewiesen werden *fg*

[Agent Scullie]

Meine größten Bedenken sind u.a. Sätze wie,
a) Raum und Zeit sind mit dem Urknall gleichzeitig entstanden.

eine solche Aussage habe ich nicht gemacht. Habe gerade nochmal meinen Browser das Wort "gleichzeitig" suchen lassen. In Posting #123 kommt es nicht vor.

Andererseits ist in den Koordinaten, die man in der Kosmologie üblicherweise anwendet, den sog. "mitbewegten Koordinaten", die Anfangssingularität eine raumartige Hyperfläche, auf die die Zeitkoordinate konstant ist. Die Punkte, die die Anfangssingularität bilden, sind so gesehen gleichzeitig. Allerdings sind sie keine regluären Punkte der Raumzeit, da sie ja einer Singularität angehören.

b) Aus eine Singularität, die nicht wieder und nirgends erscheinen/wieder passieren kann,
entstand unser Universum.

dass sie nicht wieder erscheinen kann, ist nicht richtig. Es ist das Szenario denkbar, dass die Expansion des Universums irgendwann zum Stillstand kommt und in eine Zusammenziehungsphase übergeht. An deren Ende stünde dann eine Endsingularität, ein Big Crunch. Allerdings sprechen die bisherigen Beobachtungen dafür, dass das Universum ewig weiter expandieren wird.

c) Raum und Zeit werden wieder enden wenn sich wieder, nach einen Kollaps, das Universum in eine Singularität verfällt/kollabiert.

das stünde ja im Widerspruch zu b).

d) Raum und Zeit sind keine statischen Elemente.

das habe ich in der Tat so in etwa gesagt.

u.s.w.

was usw.? Wenn du mir die Passagen aus meinem Posting aufführen willst, bei denen du Bedenken hast, musst du das schon vollständig tun, unter "u.s.w." kann ich mit nichts rechts vorstellen.

Hast du dafür eindeutige Beweise

für das genau? Dafür, dass die ART richtig ist, gibt es zahlreiche experimentelle Bestätigungen. Dafür, dass im Universum auf großen Skalen die Gravitation die dominierende Kraft ist und das Universum daher durch die ART (die moderne Gravitationstheorie) beschrieben werden kann, ebenfalls.

Dafür, dass das Universum aus einer Anfangssingularität hervorgegangen ist, dafür gibt es keinen Beweis. Es sei auch betont, dass es sich dabei lediglich um die gängige Lehrmeinung handelt, nicht um die von mir persönlich vertretene Theorie. Es gibt eine Reihe kosmologischer Modelle, die ohne Anfangssingularität auskommen, von denen hat es aber noch keines zur allgemein akzeptierten Lehrmeinung gebracht. Setzt man die ART voraus, und nimmt man an, dass im frühen Universum gewöhnliche Materie und Strahlung, also Materieformen mit anziehender Gravitationswirkung, dominant waren, so ergibt sich zwingend eine Anfangssingularität. Nimmt man an, dass stattdessen eine kosmologische Konstante mit abstoßender Gravitationswirkung dominant war, oder dass eine Theorie der Quantengravitation statt der ART anzuwenden ist, lässt sich eine Anfangssingularität vermeiden.

oder ist es, wie du es so schön ausgedruckt hast
"moderne Kosmologie"? Denn mit dem Ausdruck "moderne Kosmologie" kann ich recht wenig anfangen. Was ist "modern" und bis wann wird modern eben modern sein?

als moderne Kosmologie bezeichnet man die Kosmologie, die auf der ART basiert.

Da es vor Aufstellung der ART (1915) aber so gut wie keine Kosmologie gab - man glaubte bis dahin einfach, das Universum als Ganzes sei statisch und habe entweder schon immer in seinem heutigen Zustand existiert oder sei irgendwann in diesem erschaffen worden - könnte man auch einfach "Kosmologie" statt "moderne Kosmologie" sagen. Wenn sich irgendwann einmal eine Theorie der Quantengravitation durchgesetzt haben wird, und man aus dieser kosmologische Modelle ableiten könnne wird, wird man die auf der ART basierenden kosmologischen Modelle vermutlich nicht mehr als moderne Kosmologie ansehen.

Ist es nicht eher so das sich die Kosmologie an der Mathematik anpassen tut

nein, wie kommst du darauf? Es sei denn du meinst mit "Mathematik" die ART. Da die Kosmologie auf der ART basiert, passt sie sich selbstverständlich an diese an.

Obwohl die Mathematik an sich nicht vollkommen ist...noch nicht?

wenn ich in Gedanken "Mathematik" durch "ART" ersetze: ja, die ART wird i.a. nicht als der Weisheit letzter Schluss angesehen. Aber eine allgemein akzeptierte Theorie der Quantengravitation gibt es eben noch nicht. Bis dahin muss man sich halt an die ART halten.

Überall versucht sie, und das ist gut so, Lücken zu fühlen und fast jeden Tag erscheinen neue Thesen und mathematische Formeln um das Geschehen besser zu erklären. Dabei ändert sich nur die Mathematik und nicht der Kosmos.
Wäre es, in diesem Sinn, nicht besser man sollte seine Erklärungsversuche mit den Wörtern, "Wir glauben heute das...",
anzufangen?

nein, denn das ist eine Trivialität und würde wissenschaftliche Texte nur unnötig in die Länge
ziehen.

Das einzige worauf ich basieren kann ist das Wort "unser".
Wen man davon ausgeht das damit jenes Universum gemeint ist welches wir beobachten dann kann ich dir zustimmen.
Heute geht man aber auch davon aus das es andere Universen geben könnte, mehrere Dimensionen, Blasen die ganze Universen beinhalten.

ich hatte lediglich das Standardmodell beschrieben, also das, was allgemein als Lehrmeinung akzeptiert ist. Daneben gibt es wie gesagt zahlreiche andere kosmologische Modelle, z.B. die Branenkosmologie, wonach unser Universum eine "Brane" ist, die in einen höherdimensionalen Raum eingebettet ist, in dem es noch andere solche "Branen" gibt. Die Branenkosmologie ist aber noch weit davon entfernt, Konsens zu sein.

Ein anderes Modell ist die ewige Inflation von Andrej Linde, die von mir persönlich vertreten wird. Demnach befindet sich der Großteil des Universums ständig in einem Zustand inflationärer beschleunigter Expansion - nicht die beschleunigte Expansion, die wir heute beobachten, sondern eine um viele Größenordnungen rasantere. Ab und zu aber bildet sich eine Raumregion aus, in der die Inflation zum Stillstand kommt und in eine verlangsamte Expansion übergeht. Linde zufolge befindet sich der gesamte für uns beobachtbare Ausschnitt des Universums innerhalb einer solchen Region. Eine Anfangssingularität gibt es in Lindes Szenario nicht, vielmehr dauert die inflationäre Expansion schon seit ewigen Zeiten an. Aber auch Lindes Szenario hat, obwohl schon etwas älter (es stammt aus den 80er Jahren), es noch nicht zu allgemeiner Akzeptanz geschafft.

Das Standardmodell ist daher bis auf weiteres die Entstenung des Universums aus einer Anfangssingularität.

Streit ist unter den Wissenschaftler wohl ausgeschlossen

da täusch dich mal nicht

jedoch gibt es mehrere Sichtweisen die jede sich beweisen kann...auf die eine oder andere Art und Weise.

wenn sich eine davon beweisen könnte, wäre wir ja schonmal einen Schritt weiter. Das Problem ist, dass sich eben keine davon bislang beweisen kann. Deswegen hat es bisher keine geschafft, allgemein akzeptiert zu werden.

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Ich verstehe dein Problem mit dieser Aussage nicht.Zeit kann ohne den Raum nicht existieren, denn Zeit vergeht nur, wenn sich etwas verändert

sofern man nach der relationalen Theorie der Zeit geht und die Zeit nicht als primordiale Eigenschaft der Natur ansieht. In diesen Richtung gehen z.B. die kanonische Quantengravitation und die auf ihr aufbauende Quantenkosmologie.

Die Urknalltheorie basiert aber auf der ART, und in der steht nicht eindeutig fest, ob die Zeit eine primordiale Eigenschaft ist oder nicht. Im Raumzeit-Konzept der SRT z.B. ist die Zeit noch eindeutig primordial: zwei zeitartig getrennte Ereignisse (Raumzeit-Punkte) haben eine definierten Abstand voneinander, völlig unabhängig ob irgendetwas da ist, das sich verändern könnte. In der ART gilt das ebenfalls, wenn man eine gegebene Lösung der Feldgleichungen zugrundelegt. Allerdings ist da noch Einsteins Loch-Argument, das darauf hinausläuft, dass Raumzeitpunkte ohne Bezug zu materiellen Objekten, die sich durch die Raumzeit bewegen, nicht wohldefiniert sind (Stichwort: Hintergrundunabhängigkeit). Das könnte man so deuten, dass in der ART die Theorie der relationalen Zeit anzuwenden ist.

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wobei mir grade eine Doku einfällt wo es um String Theorie ging bzw. um strings die erwähnt wurden ( nein nicht die unterwäsche ^^ )
dort wird z.B. gesagt wenn es sie gibt bzw es gibt sie sind sie so klein das wir sie mit unseren instrumenten noch nicht wahrnehmen können aber dann schon von bestimmter größe reden.
desweiteren hat man noch nie ein gesehen daher kann man auch nix darüber sagen ausser was man sich halt vorstellt.

die Länge von Strings ist, da noch nie im Experiment gemessen, natürlich bislang nur ein theoretischer Wert. Wohlgemerkt ist das aber nicht einfach einer, den man sich beliebig ausgedacht hat. Er entspricht der Planck-Länge, die sich aus der Kombination des Planckschen Wirkungsquantums, der Gravitationskonstante und der Lichtgeschwindigkeit ergibt - und diese drei sind Größen, die man bereits gemessen hat.

erstmal urknall beweisen. erstmal aufbau des universums eindeutig beweisen.

dafür, dass der heute beobachtbare Ausschnitt des Universums aus einem Zustand hoher Dichte und Temperatur hervorgegangen ist, gibt es eine Reihe empirischer Bestätigungen. Ebenso dafür, dass die Gravitation der ART gehorcht.

Raum und Zeit sind mit dem Urknall entstanden eindeutig beweisen

du hattest in deinem Posting, auf das ich geantwortet habe, den Urknall als Zustand unendlicher Dichte hingenommen, ich darf dich zitieren:

wenn die materie anfangs auf einem punkt war muss es einen ursprungsort geben - esseiden der punkt war überall wie der urknall ??

Materie auf einem Punkt = unendliche Dichte, außerdem als Anbeginn des Raumes

könnte man auch behaupten, das die materie schon immer da war der raum aber fehlte um diese zu verteilen.

Du hast also hingenommen, dass der Urknall ein Zustand unendlicher Dichte war und vorher kein Raum da war. Wenn man dann nach der ART geht, so kommt heraus, dass der Urknall eine Anfangssingularität war, an der Raum und Zeit ihren Anfang nahmen.

alles andere ist nur theorie und jeder kann seine freie Meinung dazu äussern und muss nicht als dumm oder blöd hingestellt werden wenn er nicht vom "fach" reden kann bloß weil man sowas nicht als hobby oder beruf hat sondern nur interesse dafür zeigt.

es macht durchaus einen Unterschied, ob eine Theorie von einem Experten auf dem Gebiet stammt oder von einem Laien, der vielleicht man die Analogie mit dem Ballon, der aufgeblasen wird, gehört hat. Nehmen wir mal dein kosmologisches Szenario:

dann müsste es theoretisch eine art unterraum geben aus dem dieser zweidimensionale raum herrauskam - oder so ähnlich.

im luftballon wäre das die luft die man hineinpumpt

kommt mir grad die idee das im vergleich aufs universum zu legen

ein äusserer raum der durch eine singularität ( z.B. das Blasloch vom Luftballon )

Dieses passt offensichtlich überhaupt nicht mit der ART zusammen. Also müsstest du als allererstes für einen ART-Ersatz sorgen, also eine eigene Gravitationstheorie aufstellen. Die müsste alle Beobachtungen, die die ART stützen, reproduzieren können, um bestehen zu können.

man kann ja nie wissen wie es denn nun wirklich war.

aber man kann wissen, ob eine bestimmte Vorstellung davon, wie es denn nun war, mit allem anderen, was wir so wissen - z.B. dass die Gravitation auf kosmischen Skalen die dominierende Kraft ist und sehr gut durch die ART beschrieben werden kann - zusammenpasst oder nicht.

auch wenn nach unseren maßstäben viele dinge so wie sie heute in büchern stehen wohl korrekt sind und wohl auch stimmen kann es nur auf den daten korrekt sein und stimmen die wir bisher ergründet haben.

das unterscheidet das Standardmodell der Kosmologie von deinem eigenen kosmologischen Szenario. Dein kosmologisches Szenario ist nämlich nicht auf den Daten korrekt die wir bisher ergründet haben.

riesenpech wäre es wenn man die bücher alle neu schreiben dürfte.

vor allem für den, der sie dann neu schreiben müsste. Das wärest in dem Fall, dass dein kosmologisches Szenario richtig sein soll, du selbst.

Frohes Schaffen!

- - - Aktualisiert - - -

genausogut könnte man sagen eine zeitschicht neben der anderen, kein parallelraum sondern eine parallelzeit villeicht

ist schon lange bekannt. Setze einfach zwei Uhren in gewissem Abstand nebeneinander. Dann entsprechen ihre Weltlinien zwei parallel verlaufenden Zeitkoordinatenlinien.

- wobei sowas auch erst bewiesen werden müsste -

nichts leichter als das. Ich bin hier, du dort, für uns beide vergeht Zeit.

[Thomas W. Riker]

Ich verstehe dein Problem mit dieser Aussage nicht.Zeit kann ohne den Raum nicht existieren, denn Zeit vergeht nur, wenn sich etwas verändert - und wenn es nur unser Zeitgefühl ist . Ebenso bedeutet aber auch die Existenz eines sich verändernden Raumes, dass Zeit vergeht, also existiert.

Die beiden können nicht ohne den jeweils anderen

Das ist auch der Grund, warum sich Planck-Zeit und Planck-Länge praktischerweise wechselseitig definieren.

Planck-Einheiten ? Wikipedia

In diesem link ist praktischerweise auch ein link zur passenden Alpha Centauri Sendung.

[Liopleurodon]

Ist es nicht eher so das sich die Kosmologie an der Mathematik anpassen tut als das Gegenteil?
Obwohl die Mathematik an sich nicht vollkommen ist...noch nicht?

Diese Aussage ist in diesem Zusammenhang ein Kreisargument. Die Mathematik ist nichts anderes als unser bevorzugtes Mittel, die Welt und das Universum zu beschreiben und - *taraa* - natürlich folgt das Universum mathematischen Prinzipien, denn diese haben wir ja eben genau daran aufgestellt.

[Thomas W. Riker]

Diese Aussage ist in diesem Zusammenhang ein Kreisargument. Die Mathematik ist nichts anderes als unser bevorzugtes Mittel, die Welt und das Universum zu beschreiben und - *taraa* - natürlich folgt das Universum mathematischen Prinzipien, denn diese haben wir ja eben genau daran aufgestellt.

Man könnte allerdings auch beliebige, in sich konsistente und logische Mathematiken entwickeln. Diese wären allerdings in dieser Welt nicht praktisch anwendbar. Bauwerke z.B. sähen dann bestenfalls so aus wie bei den Flintstones. Und Fahrzeuge, deren Räder danach konzipiert wären, dass Pi einen anderen als den gewohnten Wert hätte, hätten wenig Fahrkomfort. Die Innenwinkel eines Dreiecks im euklidischen Raum mit ungleich 180° wären auch problematisch, ebenso wie ein modifizierter Satz des Pythagoras wie z.B. a²+b²= -c² sicher auch seinen Reiz hätte.

Es ist doch immer wieder faszinierend, wenn T&W Threads in Richtung anthropisches Prinzip driften.

[Halman]

Von der Naturphilosophie zur Naturwissenschaft

Mit Hilfe der "Königin der Wissenschaften" (Carl Friedrich Gauß), war es möglich, die Naturphilosophie zur Naturwissenschaft weiter zu entwickeln und so einen Paradigmawechsel in der Erkenntnisfindung zu vollziehen.

Es gibt sogar Beispiele dafür, dass Mathematiker neue Impulse setzten. Gauß' Schüler, der geniale Mathematiker Georg Friedrich Bernhard Riemann, war der Erste, welcher am 10. Juni 1854 in seiner berühmten Vorlesung "Über die Hypothesen, welche der Geometrie zugrundelegen" die Hypothese aufstellte, dass das Universum möglicherweise zu einer Kugel gekrümmt sein könne und so die euklidische Geometrie infrage stellte. Damit wurde er zu einem der Vorläufer Einsteins.

Carl Friedrich von Weizsäcker vermutete sogar: „Die Natur ist nicht subjektiv geistig; sie denkt nicht mathematisch, aber sie ist objektiv geistig; sie kann mathematisch gedacht werden. Das ist vielleicht das Tiefste, was wir über sie wissen.“

Vor einiger Zeit hatte mich ein freundlicher User auf den interessanten Artikel
Von der Unterschiedlichkeit wissenschaftlicher "Revolutionen" , von Prof. Josef Honerkamp (Physiker), aufmerskam gemacht. Darin führt er aus, warum der Paradigmawechsel bei Galilei von anderer Art war, als der Wechsel von der newtonischen, klassischen Mechanik zur modernen, realtivistischen Physik. Doch lassen wir den Physiker selbst zu Wort kommen:

Zitat von Prof. Josef Honerkamp:

Ein wirklicher Paradigmawechsel

In der Tat ist der Wechsel von der Aristotelischen zur Newtonschen Physik ein höchst bedeutsamer Prozess in der Geschichte der Wissenschaft gewesen. Es war nicht nur ein Paradigmenwechsel sondern der Übergang von einer Naturphilosophie zur einer Naturwissenschaft. Dieser Wechsel wurde von Galilei angestoßen und zwei Generationen später schon wird die "neue Wissenschaft", wie Galilei sie genannt hat, durch Newton zum ersten Höhepunkt geführt. Sie stützt sich auf das Experiment und - das ist das wirklich Revolutionäre - auf die Mathematik in der Formulierung ihrer Aussagen.


[...] Es war die Erfindung einer neuen Methode, Naturforschung zu betreiben, einer Methode, bei der durch Experimente die Natur "zu Wort" kommen konnte und die Antwort in quantitativen Relationen, als in mathematische Gleichungen festgehalten wurde. Zwar hatten schon andere vor ihm den Nutzen von Experimenten eingesehen, aber Galilei demonstrierte bei seinen Fallexperimenten, dass sich das Verhalten der Natur in mathematische Gesetze fassen lässt.

Der Galileische Paradigmenwechsel war ein singulärer Prozess. Danach sah die Welt der Naturforschung ganz anders aus. Es gab nun die Naturphilosophie mit ihren Begriffen und qualitativen Vorstellungen und anderseits die Naturwissenschaften, in der quantitative, mathematisch formulierbare und damit exakt überprüfbare Aussagen eine vorherrschende Rolle spielten. Wir können uns heute keine weitere Wende eines solchen Kalibers vorstellen.

Damit gibt Honerkamp Alberst Einstein recht, der in seinem Buch feststellte:

Zitat aus "Die Evolution der Physik" Seite 67):
Naturgesetze für die Zusammenhänge zwischen aufeinanderfolgenden Ereignissen waren den Griechen unbekannt. Die Wissenschaft im Sinne einer Verknüpfung von Theorie und Experiment begann eigentlich erst mit Galilei.

Die Methodik der Arbeitsweise hatte sich verändert. Anstelle von naturphilosophischen Spekulationen, die man allenfalls durch die Gesetze der Logik bewerten konnte, wies Galilei den revolutionären Weg, Theorien so zu entwickeln, dass sie exakte, mathematische Vorhersagen lieferten, die man experimentell überprüfen konnte. Salopp gesagt, hatte man nun, anstelle von Einschätzungen und Meinungen, die Möglichkeit der Berechnung.

Hierbei geht es aber um einen Paradigmenwechsel in der wissenschaftlichen Arbeitsweise. Stand die Naturphilosophie noch auf einen Bein, steht die Naturwissenschaft nun auf zwei Beinen standfester da. Honerkamp stellt fest:

Zitat von Prof. Josef Honerkamp:
"an einer Theorie zwei Ebenen zu unterscheiden [hat], die formal mathematische einerseits und die begriffliche andererseits."

Wissenschaftstheorie kann sich somit erst mit der Entwicklung seit Galilei befassen. Eine Entwicklung der Naturforschung vor Galilei ist Teil einer Geschichte der Philosophie.

Seit Galilei bedient sich die Naturwissenschaft der Sprache der Mathematik. Hierzu stellte Honerkamp fest:

Zitat von Prof. Josef Honerkamp:
Die Theorien gewinnen ihre Identität und ihre Überzeugungskraft durch ihren Erfolg auf der formal mathematischen Ebene, nur auf dieser können sie auch experimentell geprüft werden.

Ohne Frage ist die Mathematik von fundamentaler Bedeutung für die Naturwissenschaft. Doch auch die qualitative, begriffliche Ausdeutung (sozusagen der naturphilosophische Teil) bleibt weiterhin Teil der Naturwissenschaft.
Doch bevor wir eine Theorie in mathematischer Form ausdrücken, bedarf es erst einmal einer Idee, einer Fragestellung. So versuchte Galilei die Lichtgeschindigkeit zu bestimmen. Einstein bemerkte dazu:

Zitat aus "Die Evolution der Physik" (Seiten 105/106):
Galilei hat das Problem der Lichtgeschindigkeitsbestimmung zwar formuliert, doch er vermochte es nicht zu lösen. Allerdings kommt es auf die Problemstellung mehr an als auf die eigentliche Lösung, die manchmal nur Sache der mathematischen und experimentellen Routine ist. Das Anschneiden neuer Fragen, die Erschließung neuer Möglichkeiten, das Aufrollen alter Probleme von einer anderen Seite her - das sind Aufgaben für einen schöpferischen Geist, das ist der wahre wissenschaftliche Forschritt. Das Trägheitsprinzip und das Gesetz von der Erhaltung der Energie haben wir einzig und allein neuen, originellen Gedanken zu an sich längst bekannten Experimenten und Phänomänen zu verdanken.

Einstein hebt hier die Kreativität hervor, die den nötigen Impuls für die Forschung liefert und stellt fest:

Zitat aus "Die Evolution der Physik" (Einstein, Infeld), Seite 298:
... Auf die Grundideen kommt es bei der Aufstellung einer physikalischen Theorie in erster Linie an. In wissenschaftlichen Werken wimmelt es zwar von komplizierten mathematischen Formeln, doch entspringt jede physikalische Theorie aus einem Denkvorgang, einer Idee, und nicht etwa aus Zahlengebilden. Später, wenn es an die Ausarbeitung einer quantitativen Theorie geht, müssen diese Gedanken in eine mathematische Form gebracht werden, da sie sich sonst nicht experimentell nachprüfen lassen. ....

An dieser Stelle sei daran erinnert, dass der Impuls für die Forschung manchmal auch von Mathematikern, wie Bernhard Riemann, kam.
Davon abgesehen, ist die Mathematik sicher ein unverzichtbares Werkzeug, um quantitavie Aussagen tätigen und überprüfen zu können. Doch dahinter verbirgt sich ein philosphischer Gedanke, nämlich der, an die "innere Harmonie unserer Welt". Albert Einstein führte hierzu aus:

Zitat aus "Die Evolution der Physik" (Einstein, Infeld), Seite 318-319 (Schlussgedanken):
... Ohne den Glauben daran, daß es grundsätzlich möglich ist, die Wirklichkeit durch unsere theoretischen Konstruktionen begreiflich zu machen, ohne den Glauben an die innere Harmonie unserer Welt könnte es keine Naturwissenschaft geben. Dieser Glaube ist und bleibt das Grundmotiv jedes schöpferischen Gedankens in der Naturwissenschaft. Alle unsere Bemühungen, alle dramtischen Auseinandersetzungen zwischen alten und neue Auffassungen werden getragen von dem ewigen Drang nach Erkenntnis, dem unerschütterlichen Glauben an die Harmonie des Alls, der immer stärker wird, je mehr Hindernisse sich uns entgegenstürmen.

Prof. Josef Honerkamp hat recht damit, wenn der den Galileischen Paradigmenwechsel als singulären Prozess bezeichnet. Dies war ein Paradigmenwechsel in der grundlegenden Arbeitsweise der Wissenschaft. Doch scheint er mir den begrifflichen Paradigmenwechsel von der klassischen Mechanik zur relativistischen Physik klein zu reden.
Hier kam es zu grundlegenden Änderungen. So wurde das Masseerhaltungsgesetz fallengelassen, als klar wurde, dass Masse und Energie äquivalent sind. Auch veränderten sich nicht nur einfach ein wenig unsere Begriffe von Raum und Zeit, sondern wir gaben die alten Vorstellungen von Raum und Zeit auf und verstanden sie fortan nicht mehr als eigenständige Konstrukte, sondern als Teile einer "Union", die der wegweisende Mathematiker Hermann Minkowski Raumzeit nannte. Grundlegende Begriffe, wie Raum, Zeit und Masse wurden völlig neu definiert. Dies ist m. E. ein Paradigmenwechsel im Verständnis fundamentaler physikalischer Begriffe, der zu einem völlig neuem Verständnis von dem führte, was wir Physik nennen.
Hierzu passt m. E. eine von Thomas Kuhn verwendete Veranschaulichung, in der er sich einer optischen Illusion von Jastrow bediente, womit er zeigen wollte, dass Wissenschaftliche Revolutionen dazu führen, die selben Dinge nun ganz anders zu betrachten. Ich halte es jedenfalls nicht für falsch, diese als Paradigmenwechsel anzusehen.


Allerdings räume ich ein, dass es von meiner Seite etwas gewagt erscheinen mag, dies so auszusagen. Immerhin fehlen mir die nötigen mathematischen Kenntnisse, so dass ich häufig Schwierigkeiten habe, Agent Scullie zu folgen. Notgedrungen gehe ich die Physik mehr qualitativ an und betätige mich sozusagen als "Hobby-Naturphilosoph".

[xanrof]

Wer es noch nicht kennt:
Josef Honerkamp bloggt bei den SciLogs

http://www.scilogs.de/chrono/blog/die-natur-der-naturwissenschaft

[Liopleurodon]

Man könnte allerdings auch beliebige, in sich konsistente und logische Mathematiken entwickeln. Diese wären allerdings in dieser Welt nicht praktisch anwendbar. Bauwerke z.B. sähen dann bestenfalls so aus wie bei den Flintstones. Und Fahrzeuge, deren Räder danach konzipiert wären, dass Pi einen anderen als den gewohnten Wert hätte, hätten wenig Fahrkomfort. Die Innenwinkel eines Dreiecks im euklidischen Raum mit ungleich 180° wären auch problematisch, ebenso wie ein modifizierter Satz des Pythagoras wie z.B. a²+b²= -c² sicher auch seinen Reiz hätte.

Für wie wahrscheinlich hältst Du es, dass jemand auf solche Konstrukte kommt, außer aus Langeweile? Wenn die Mathematik als Werkzeugsatz entstanden ist, um sich in der Welt zurecht zu finden, dann hätten solche Systeme keinen praktischen Nutzen.