Science zurück zur Fiction
- Ersteller Sten_Dunkan
- Erstellt am
Druid
Abgesandter von www.starwars-books.de.vu und Episo
Davon ging man bisher aus, ja, daß vor ungefähr 14 Milliarden Jahren der Urknall passierte. Allerdings basierte das auf der Beobachtung der am weitest entfernten Sterne. Mittlerweile kann man aber schon weiter ins All hinaussehen und je besser man sehen kann desto größer und älter wird das Universum
Sten_Dunkan
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Paralleluniversen
Gibt es Paralell-Universen?
Diese, in Star Trek schon oft beschriebene Möglichkeit, meint ein Universum oder viele Universen, die neben dem Unsrigen koexistieren könnten. Diese Ansammlung von Universen nennt man in der Physik auch Multiversum.
Die Vorstellung von Paralleluniversen geht auf die Wahrscheinlichkeitsaussagen der Quantentheorie zurück. ("Schrödingers Katze")
Mit anderen Worten: In jedem Augenblick seiner Existenz, verzweigt sich die Realität durch die aufsummierten Wahrscheinlichkeiten, in unendlich viele Universen. In Star Trek auch als Quantenrealitäten bezeichnet ("Parallelen" -> mit einem wirren Worf und einem verzweifelten Riker)
Alle möglichen Zustände sind auch möglich, rechnerisch gipfelte dies in einer nicht verschwindenden Wahrscheinlichkeit für ein koexistentes Paralleluniversum.
Eine zweite Vorstellung, die ein Paralleluniversum rechtfertigen würde, ist das Ekpyrotische Szenario. Mit der Idee, das der Urknall die Folge einer Kollision zweier Universen war - nämlich unseres Universums und eines Paralleluniversums. Wenn man die Stringtheorien zugrunde legt, könnten Beide Universen sogar sehr nahe beieinander sein! Also wäre eine Reise zwischen den Universen theoretisch möglich!
Zumindest haben Kosmologen eine theoretische Vorstellung vom Multiversum, eine Hypothese, die also geprüft werden kann.
Schrödingers Katze
Bei diesem Experiment wird eine Katze in eine undurchsichtige Kiste gesteckt, zusammen mit einer Apparatur, die, gesteuert durch radioaktiven Zerfall, die Katze innerhalb von einer Stunde mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% durch Gift tötet. Die Frage ist nun, in welchem Zustand sich die Katze nach einer gewissen Zeit befindet...
Schrödinger (ein berühmter Quantenphysiker) behauptet nun, daß die Katze erst dann den Zustand "tot" oder "lebendig" annimmt, wenn man die Kiste öffnet und hineinschaut. Bis dahin kann die Katze tot, lebendig oder beides sein.
Erst wenn man die Kiste öffnet, manifestiert sich der Zustand in einer 100% lebendigen oder 100% toten Katze.
Nun muß man kein Mediziner sein, um zu erkennen, daß es keine halbtoten Katzen gibt. Natürlich ist die Katze irgendwann tot, egal ob man in die Kiste guckt oder nicht. 
Gibt es Paralell-Universen?
Diese, in Star Trek schon oft beschriebene Möglichkeit, meint ein Universum oder viele Universen, die neben dem Unsrigen koexistieren könnten. Diese Ansammlung von Universen nennt man in der Physik auch Multiversum.
Die Vorstellung von Paralleluniversen geht auf die Wahrscheinlichkeitsaussagen der Quantentheorie zurück. ("Schrödingers Katze")
Mit anderen Worten: In jedem Augenblick seiner Existenz, verzweigt sich die Realität durch die aufsummierten Wahrscheinlichkeiten, in unendlich viele Universen. In Star Trek auch als Quantenrealitäten bezeichnet ("Parallelen" -> mit einem wirren Worf und einem verzweifelten Riker)
Alle möglichen Zustände sind auch möglich, rechnerisch gipfelte dies in einer nicht verschwindenden Wahrscheinlichkeit für ein koexistentes Paralleluniversum.
Eine zweite Vorstellung, die ein Paralleluniversum rechtfertigen würde, ist das Ekpyrotische Szenario. Mit der Idee, das der Urknall die Folge einer Kollision zweier Universen war - nämlich unseres Universums und eines Paralleluniversums. Wenn man die Stringtheorien zugrunde legt, könnten Beide Universen sogar sehr nahe beieinander sein! Also wäre eine Reise zwischen den Universen theoretisch möglich!
Zumindest haben Kosmologen eine theoretische Vorstellung vom Multiversum, eine Hypothese, die also geprüft werden kann.
Schrödingers Katze
Bei diesem Experiment wird eine Katze in eine undurchsichtige Kiste gesteckt, zusammen mit einer Apparatur, die, gesteuert durch radioaktiven Zerfall, die Katze innerhalb von einer Stunde mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% durch Gift tötet. Die Frage ist nun, in welchem Zustand sich die Katze nach einer gewissen Zeit befindet...
Schrödinger (ein berühmter Quantenphysiker) behauptet nun, daß die Katze erst dann den Zustand "tot" oder "lebendig" annimmt, wenn man die Kiste öffnet und hineinschaut. Bis dahin kann die Katze tot, lebendig oder beides sein.
Erst wenn man die Kiste öffnet, manifestiert sich der Zustand in einer 100% lebendigen oder 100% toten Katze.
Nun muß man kein Mediziner sein, um zu erkennen, daß es keine halbtoten Katzen gibt. Natürlich ist die Katze irgendwann tot, egal ob man in die Kiste guckt oder nicht.
Sten_Dunkan
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Re: Re: Paralleluniversen
Bei dieser Vorstellung, handelt es sich um ein Gedankenmodell, das auf einer thoretischen mathematischen Möglichkeit beruht.
Ganz praktisch: da wir nichts über die Zustände ausserhalb unseres Universums wissen, auch nicht ob, und welche Regeln dort gelten, dazu keine Möglichkeit haben dergleichen herauszufinden, ist es immer sehr spekulativ irgendwelche Vorherzusagen zu treffen.
Diese Frage kann ich nicht beantworten und wahrscheinlich auch kein richtiger Physiker.
Bei dieser Vorstellung, handelt es sich um ein Gedankenmodell, das auf einer thoretischen mathematischen Möglichkeit beruht.
Ganz praktisch: da wir nichts über die Zustände ausserhalb unseres Universums wissen, auch nicht ob, und welche Regeln dort gelten, dazu keine Möglichkeit haben dergleichen herauszufinden, ist es immer sehr spekulativ irgendwelche Vorherzusagen zu treffen.
Wenn überhaupt möglich, dann höchst wahrscheinlich, mit einer Einstein-Rosen-Brücke, auch als Wurmloch bezeichnet.
Sten_Dunkan
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Was ist eine Einstein-Rosen-Brücke?
Das ist ein temporäre Raumzeitkanal zwischen einem Schwarzen Loch (Eingang) und einem Weissen Loch (Ausgang), der aber zeitlich instabil ist. Also nix weiter als ein Wurmloch.
Es ist vorstellbar, dass dieses Wurmloch auch verschiedene Universen verbinden könnte, weil die Schwarzschild-Gleichungen diese Möglichkeit auch zulässt. Dieses Phänomen ist jedoch noch nie beobachtet worden.
Ein Wurmloch würde auf der einen Seite der Raumzeit Materie und Strahlung im Ereignisshorizont des Schwarzen Loches verschlucken (also nicht im Loch selbst!), durch einen engen Raumzeitkanal transportieren und auf der Seite des Weissen Loches wieder ausstossen.
Die enormen Gezeitenkräfte würden jedoch alles, was den Kanal passieret zerreissen, weshalb eine Reise durch Wurmlöcher alles andere als angenehm wäre.
Je grösser das Schwarze Loch ist, desto geringer sind zwar die Gezeitenkräfte, doch spätestens, wenn das einfallende Objekt die punktförmige Singularität passiert, wird es zerquetscht. (Schade eigentlich...)
Darüber hinaus zeigen Abschätzungen, dass diese Brücken äusserst instabil wären und nach kurzer Zeit verschwinden würden. (Cpt. Janeway lässt grüssen... )
Allerdings legen bisher keinerlei astronomische Beobachtung ein Wurmloch oder ein Weisses Loch nahe! Sie gelten nach wie vor als hypothetisch.
Aaaaaallerdings, rücken damit Hyperraumtore, gewissermassen in den Bereich des Möglichen - hypotherisch zumindest.
Das ist ein temporäre Raumzeitkanal zwischen einem Schwarzen Loch (Eingang) und einem Weissen Loch (Ausgang), der aber zeitlich instabil ist. Also nix weiter als ein Wurmloch.
Es ist vorstellbar, dass dieses Wurmloch auch verschiedene Universen verbinden könnte, weil die Schwarzschild-Gleichungen diese Möglichkeit auch zulässt. Dieses Phänomen ist jedoch noch nie beobachtet worden.
Ein Wurmloch würde auf der einen Seite der Raumzeit Materie und Strahlung im Ereignisshorizont des Schwarzen Loches verschlucken (also nicht im Loch selbst!), durch einen engen Raumzeitkanal transportieren und auf der Seite des Weissen Loches wieder ausstossen.
Die enormen Gezeitenkräfte würden jedoch alles, was den Kanal passieret zerreissen, weshalb eine Reise durch Wurmlöcher alles andere als angenehm wäre.
Je grösser das Schwarze Loch ist, desto geringer sind zwar die Gezeitenkräfte, doch spätestens, wenn das einfallende Objekt die punktförmige Singularität passiert, wird es zerquetscht. (Schade eigentlich...)
Darüber hinaus zeigen Abschätzungen, dass diese Brücken äusserst instabil wären und nach kurzer Zeit verschwinden würden. (Cpt. Janeway lässt grüssen...
)Allerdings legen bisher keinerlei astronomische Beobachtung ein Wurmloch oder ein Weisses Loch nahe! Sie gelten nach wie vor als hypothetisch.
Aaaaaallerdings, rücken damit Hyperraumtore, gewissermassen in den Bereich des Möglichen - hypotherisch zumindest.
Zuletzt bearbeitet:
Sten_Dunkan
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Quantenmechanik Teil 1
Was ist wissenschaftlicher Determinismus? Kann man damit die Zukunft vorhersagen? Und was hat das mit dem freien Willen zu tun? Wo liegt der Zusammenhang mit der Quantenmechanik (und was zum Teufel ist das überhaupt?)
1. Wissenschaftlicher Determinismus
Also...gehen wir an den Anfang des 19. Jahrhunderts. Isaak Newton entdekte die Grundlagen der Thermodynamik, und plötzlich wurden die Bahnen der Sterne ziemlich genau berechenbar.
Die Wissenschaftler dieser Zeit glaubten (insbesondere ein Marquis de Laplace) , das wenn man erst alle Naturgesetze kennen würde (was ja nur noch eine Frage der Zeit war) und auch den Standort aller Teilchen im Universum, für einen Augenblick erfassen könnte, wäre es möglich, alle Ereignisse der Vergangenheit und der Zukunft genau zu berechnen.
dazu sagt das Buch "Per Anhalter durch die Galaxis": Da auf jedes Teilchen im Universum in irgendeiner Weise alle anderen Teilchen im Universum einwirken, ist es theoretisch möglich, die Gesamtheit der Schöpfung - jede Sonne, jeden Planeten, ihre Umlaufbahnen, ihre Zusammensetzung und ihre Wirtschafts- und Sozialgeschichte aus, sagen wir mal, einem Stück Punschtorte zu extrapolieren, also zu errechnen.
Das würde doch aber auch bedeuten, das alles, wenn berechenbar auch vorherbestimmt wäre. Ergo hätten wir auch keinen freien Willen. Da sich ja im Prinzip alle chemischen und biologischen Vorgänge vorhersagen liesen.
Praktisch wäre es für uns Menschen natürlich nie möglich, da selbst die Zusammenhänge zwischen nur drei Teilchen so komplex sind, das wir sie selbst heute nicht berechnen können. (Siehe Jurasic Park - Chaostheorie)
Aber Beispielsweise Gott (wir nehmen jetzt einfach mal an es gibt ihn), könnte das ja sehr wohl - sollte man meinen...klingt komisch, ist aber nicht so.
HA ! Genau da kommt die Quantenphysik ins Spiel!
Stichwort Unschärferelation. Dazu mehr in Teil 2:
Warum selbst Gott die Zukunft nicht kennt, und was hat das nun wieder alles mit Schrödingers (doofer) Katze zu tun?
Quelltexte: Stephen Hawking - Das Universum in der Nuss-Schale, Douglas Adams - Das Restaurant am Ende des Universums
Was ist wissenschaftlicher Determinismus? Kann man damit die Zukunft vorhersagen? Und was hat das mit dem freien Willen zu tun? Wo liegt der Zusammenhang mit der Quantenmechanik (und was zum Teufel ist das überhaupt?)
1. Wissenschaftlicher Determinismus
Also...gehen wir an den Anfang des 19. Jahrhunderts. Isaak Newton entdekte die Grundlagen der Thermodynamik, und plötzlich wurden die Bahnen der Sterne ziemlich genau berechenbar.
Die Wissenschaftler dieser Zeit glaubten (insbesondere ein Marquis de Laplace) , das wenn man erst alle Naturgesetze kennen würde (was ja nur noch eine Frage der Zeit war) und auch den Standort aller Teilchen im Universum, für einen Augenblick erfassen könnte, wäre es möglich, alle Ereignisse der Vergangenheit und der Zukunft genau zu berechnen.
dazu sagt das Buch "Per Anhalter durch die Galaxis": Da auf jedes Teilchen im Universum in irgendeiner Weise alle anderen Teilchen im Universum einwirken, ist es theoretisch möglich, die Gesamtheit der Schöpfung - jede Sonne, jeden Planeten, ihre Umlaufbahnen, ihre Zusammensetzung und ihre Wirtschafts- und Sozialgeschichte aus, sagen wir mal, einem Stück Punschtorte zu extrapolieren, also zu errechnen.
Das würde doch aber auch bedeuten, das alles, wenn berechenbar auch vorherbestimmt wäre. Ergo hätten wir auch keinen freien Willen. Da sich ja im Prinzip alle chemischen und biologischen Vorgänge vorhersagen liesen.
Praktisch wäre es für uns Menschen natürlich nie möglich, da selbst die Zusammenhänge zwischen nur drei Teilchen so komplex sind, das wir sie selbst heute nicht berechnen können. (Siehe Jurasic Park - Chaostheorie)
Aber Beispielsweise Gott (wir nehmen jetzt einfach mal an es gibt ihn), könnte das ja sehr wohl - sollte man meinen...klingt komisch, ist aber nicht so.
HA ! Genau da kommt die Quantenphysik ins Spiel!
Stichwort Unschärferelation. Dazu mehr in Teil 2:
Warum selbst Gott die Zukunft nicht kennt, und was hat das nun wieder alles mit Schrödingers (doofer) Katze zu tun?
Quelltexte: Stephen Hawking - Das Universum in der Nuss-Schale, Douglas Adams - Das Restaurant am Ende des Universums
Eigentlich wissen doch alle Wissenschaftler, dass sie nichts wissen. Solange wir nicht wissen was in der Singularität eines supermassiven Schwarzen Loches passiert können wir nicht viel über das Universum sagen. Sicherlich ein schöner Traum zu glauben das Universum lässt sich in Naturgesetze fassen. Da gab es auch den Traum von der Weltformel.
So klug wie Gott würde ich trotzdem gerne sein. Was interessiert Gott die Zeit? Gott ist kein Naturwissenschaftler. Gott kennt bestimmt das Resultat aber nicht den Augenblick. Gott wüsste genau wie alt das Universum ist, auch wenn das in unseren Augen nicht ganz genau wäre. Bei uns Menschen sind es immerhin bisher +/- 4 Milliarden Jahre!!!
So klug wie Gott würde ich trotzdem gerne sein. Was interessiert Gott die Zeit? Gott ist kein Naturwissenschaftler. Gott kennt bestimmt das Resultat aber nicht den Augenblick. Gott wüsste genau wie alt das Universum ist, auch wenn das in unseren Augen nicht ganz genau wäre. Bei uns Menschen sind es immerhin bisher +/- 4 Milliarden Jahre!!!
Sten_Dunkan
Suchender
Warum selbst Gott die Zukunft nicht kennt, und was hat das nun wieder alles mit Schrödingers (doofer) Katze zu tun?
Also zuerstmal gibt es ja die klassische Physik. Feste Gesetze, wie sie im Energie- und Materieerhaltungssatz, oder in der Thermodynamik beschrieben werden. Oder mit Spocks Worten: "Wenn ich einen Hammer auf einer Welt mit Positiver Schwerkraft fallen lasse, wird er immer nach unten fallen."
Schöne Welt.
Nu kommen wir aber zur Quanten-Welt, also vergesst das einfach mal alles. In Der Quantenphysik gibt es keine Sicherheit, sondern nur Wahrscheinlichkeiten. Einstein sagte einmal "Gott würfelt nicht!" - er hatte nicht recht. Gott mag nicht selbst würfeln, aber dem Zufall hat er doch ne Menge Spielraum gelassen.
Ein Beispiel ist die Heissenbergsche Unschärferelation:
Wenn wir messen wollen, wo sich ein Teilchen aufhält und wie schnell es sich bewegt, müssen wir es zur Messung mit Lichtwellen treffen.
Wenn wir Wellen mit hoher Frequenz verwenden, können wir den Ort sehr genau bestimmen, weil aber Strahlung je hochfrequenter, umso energiereicher wird, beeinflussen wir das Teilchen stärker bei der Messung und erfahren umso weniger über seine Geschwindigkeit. Wenn wir im Gegenzug niedrigfrequente (energieärmere) Strahlung nehmen, können wir den Ort nicht mehr genau bestimmen.
Hm...man könnte meinen, es ist jetzt ein reines Mess-Problem, das sich irgendwann lösen liese. Klingt komisch, is aber nich so.
Diese Unschärfe ist eine grundlegende Eigenschaft des Teilchens. Wir können lediglich die Wellenfunktion de Teilchens genau beschreiben, und das ist genau die Grenze, die auch für Gott selbst gelten würde.
Man könnte sagen, es Existiert erst, wenn wir es messen. Davor ist es lediglich nur Mutmasslich an dem einen oder anderen Ort - also eine Frage der Wahrscheinlichkeit.
Wie Schrödingers Katze, die Erst tot oder lebendig ist, wenn wir tatsächlich nachschauen.
In der Praxis: Wenn wir ein radioaktives Isotop mit einer Halbwert-Zeit von, sagen wir mal, einer Minute haben, soll heissen von einer Million Atomen sind nach einer Minute die Hälfte zerfallen.
Nun wissen wir, das genau das passieren wird: die Hälfte der Atome wird zerfallen sein, aber welche 500.000 Atome zerfallen? Das einzelne Atom kann nach einer Minute zerfallen sein, aber im Maximalfall auch erst nach einer Viertelstunde...oder noch später.
Und genau diese Wahrscheinlichkeiten retten nun auch letztendlich unseren Freien Willen wieder!
Und genau das ist auch die Grundlage für die verschiedenen Quantenrealitäten, die in der Ster Trek TNG Folge "Paralellen" Worf so aus der Bahn geworfen haben.
Quelltexte: Stephen Hawking - Das Universum in der Nuss-Schale und "Eine kurze Geschichte der Zeit"
Also zuerstmal gibt es ja die klassische Physik. Feste Gesetze, wie sie im Energie- und Materieerhaltungssatz, oder in der Thermodynamik beschrieben werden. Oder mit Spocks Worten: "Wenn ich einen Hammer auf einer Welt mit Positiver Schwerkraft fallen lasse, wird er immer nach unten fallen."
Schöne Welt.
Nu kommen wir aber zur Quanten-Welt, also vergesst das einfach mal alles. In Der Quantenphysik gibt es keine Sicherheit, sondern nur Wahrscheinlichkeiten. Einstein sagte einmal "Gott würfelt nicht!" - er hatte nicht recht. Gott mag nicht selbst würfeln, aber dem Zufall hat er doch ne Menge Spielraum gelassen.Ein Beispiel ist die Heissenbergsche Unschärferelation:
Wenn wir messen wollen, wo sich ein Teilchen aufhält und wie schnell es sich bewegt, müssen wir es zur Messung mit Lichtwellen treffen.
Wenn wir Wellen mit hoher Frequenz verwenden, können wir den Ort sehr genau bestimmen, weil aber Strahlung je hochfrequenter, umso energiereicher wird, beeinflussen wir das Teilchen stärker bei der Messung und erfahren umso weniger über seine Geschwindigkeit. Wenn wir im Gegenzug niedrigfrequente (energieärmere) Strahlung nehmen, können wir den Ort nicht mehr genau bestimmen.
Hm...man könnte meinen, es ist jetzt ein reines Mess-Problem, das sich irgendwann lösen liese. Klingt komisch, is aber nich so.
Diese Unschärfe ist eine grundlegende Eigenschaft des Teilchens. Wir können lediglich die Wellenfunktion de Teilchens genau beschreiben, und das ist genau die Grenze, die auch für Gott selbst gelten würde.
Man könnte sagen, es Existiert erst, wenn wir es messen. Davor ist es lediglich nur Mutmasslich an dem einen oder anderen Ort - also eine Frage der Wahrscheinlichkeit.
Wie Schrödingers Katze, die Erst tot oder lebendig ist, wenn wir tatsächlich nachschauen.
In der Praxis: Wenn wir ein radioaktives Isotop mit einer Halbwert-Zeit von, sagen wir mal, einer Minute haben, soll heissen von einer Million Atomen sind nach einer Minute die Hälfte zerfallen.
Nun wissen wir, das genau das passieren wird: die Hälfte der Atome wird zerfallen sein, aber welche 500.000 Atome zerfallen? Das einzelne Atom kann nach einer Minute zerfallen sein, aber im Maximalfall auch erst nach einer Viertelstunde...oder noch später.
Und genau diese Wahrscheinlichkeiten retten nun auch letztendlich unseren Freien Willen wieder!
Und genau das ist auch die Grundlage für die verschiedenen Quantenrealitäten, die in der Ster Trek TNG Folge "Paralellen" Worf so aus der Bahn geworfen haben.
Quelltexte: Stephen Hawking - Das Universum in der Nuss-Schale und "Eine kurze Geschichte der Zeit"
Sten_Dunkan
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Quantenmechanik Teil 3
Die Dualität der Teilchen, Quanten, was uns der Physikunterricht verschweigt! Und was *verzweiffelt schluchz* ist den nu schon wieder eine Wellenfunktion?
Nu wirds langsam kompliziert...
Also um mal am Anfang zu beginnen...
In der Schule sehen wir dieses schöne Modell mit dem Atomkern in der Mitte und den Elektronen in Schalen aussen rum, drum heisst es ja auch Schalenmodell. Natürlich ist das Modell sehr simpel, da die einzelnen Bausteine weder in Relation zueinander stimmen, noch selbst wirklich so aussehen.
Einige Teilchen bestehen ja aus noch kleineren Teilchen - sowohl die Materie, als auch die Energie. Z.B. Lichtquanten bewegen sich in Wellen fort, aber Photonen sind gewissermassen auch Teilchen, obwohl sie sich mit LG fortbewegen und keine Ruhemasse haben. Ähnliches gilt für Neutrinos.
Die Grundbausteine der Elementarteilchen wie wir sie heute kennen sind nun die Quanten:
Photonen und Gluonen sind die Quanten der Wechselwirkungskräfte. Diese Quanten nennt man auch Bosonen (die Energieträger sozusagen), die Materiebausteine nennt man die Hadronen
Elektromagnetische Wechselwirkung (coulomb- und lorentzkräfte): Photonen
Gravitationswechselwirkung: Graviton (man ist um ihren Nachweis noch bemüht)
Schwache Wechselwirkung: W-Boson, Z-Boson
Starke Wechselwirkung: Gluon
Das sind sämtliche bekannten Wechselwirkungen, diese 4 halten die Welt zusammen.
Dann weiß man noch von den Leptonen (schwach wechselwirkende Materieteilchen die nicht zu den Quarks gehören):
Elektron, Elektron-Neutrino, Myon, Myon-Neutrino, Tauon, Tau-Neutrino
und natürlich ihre Antiteilchen.
Und dann die Quarks (Materiebausteine):
Up, Down, Charm, Strange, Top und Bottom - und dazu die Antiquarks natürlich auch noch.
Aus jeweils 3 Quarks besteht ein Elementarteilchen, z.B. ein Proton. Und die 4 Wechselwirkungskräfte werden zwischen den Elementarteilchen, von den jeweiligen Bosonen weitergegeben.
Na? Noch alle da und am Leben? keinem der Kopf geplatzt?
Und die Wellenfunktion erklärt euch als Gastdozentin heute Iolanda *Beiffalklatsch & auf Podium bittet*, weil das is selbst mir zu schwer...
Quelltexte: Stephen Hawking - Das Universum in der Nuss-Schale, Galen - Physikstudent aus dem ST-Galaxy, mit freundlicher Unterstützung von Iolanda
Die Dualität der Teilchen, Quanten, was uns der Physikunterricht verschweigt! Und was *verzweiffelt schluchz* ist den nu schon wieder eine Wellenfunktion?
Nu wirds langsam kompliziert...
Also um mal am Anfang zu beginnen...
In der Schule sehen wir dieses schöne Modell mit dem Atomkern in der Mitte und den Elektronen in Schalen aussen rum, drum heisst es ja auch Schalenmodell. Natürlich ist das Modell sehr simpel, da die einzelnen Bausteine weder in Relation zueinander stimmen, noch selbst wirklich so aussehen.
Die Grundbausteine der Elementarteilchen wie wir sie heute kennen sind nun die Quanten:
Photonen und Gluonen sind die Quanten der Wechselwirkungskräfte. Diese Quanten nennt man auch Bosonen (die Energieträger sozusagen), die Materiebausteine nennt man die Hadronen
Elektromagnetische Wechselwirkung (coulomb- und lorentzkräfte): Photonen
Gravitationswechselwirkung: Graviton (man ist um ihren Nachweis noch bemüht)
Schwache Wechselwirkung: W-Boson, Z-Boson
Starke Wechselwirkung: Gluon
Das sind sämtliche bekannten Wechselwirkungen, diese 4 halten die Welt zusammen.
Dann weiß man noch von den Leptonen (schwach wechselwirkende Materieteilchen die nicht zu den Quarks gehören):
Elektron, Elektron-Neutrino, Myon, Myon-Neutrino, Tauon, Tau-Neutrino
und natürlich ihre Antiteilchen.
Und dann die Quarks (Materiebausteine):
Up, Down, Charm, Strange, Top und Bottom - und dazu die Antiquarks natürlich auch noch.
Aus jeweils 3 Quarks besteht ein Elementarteilchen, z.B. ein Proton. Und die 4 Wechselwirkungskräfte werden zwischen den Elementarteilchen, von den jeweiligen Bosonen weitergegeben.
Na? Noch alle da und am Leben? keinem der Kopf geplatzt?
Und die Wellenfunktion erklärt euch als Gastdozentin heute Iolanda *Beiffalklatsch & auf Podium bittet*, weil das is selbst mir zu schwer...
Quelltexte: Stephen Hawking - Das Universum in der Nuss-Schale, Galen - Physikstudent aus dem ST-Galaxy, mit freundlicher Unterstützung von Iolanda
Sten_Dunkan
Suchender
News
22.07.2004 - Der britische Physiker Stephen Hawking hat auf der 17. Internationalen Konferenz über Relativität und Gravitation in Dublin eine seiner bisherigen Theorien verworfen und der Frage nach einem Paralleluniversum eine Abfuhr erteilt.
Bislang ging Hawking davon aus, das alles was in ein Schwarzes Loch gesogen wird, so für immer vollständig vernichtet wird, da dies aber nicht mit der Theorie der Quantenmechanik vereinbar ist, fand Hawking damals einen eleganten Ausweg, nämlich das alles was verschlungen wird in einem Paralleluniversum wieder auftaucht.
Nun verwarf Hawking diese Theorie wieder und erklärte das die Singularität, die entsteht wenn ein massereicher Stern sein Leben in einer Supernova beendet, die verschluckte Materie fest hält und sie erst wieder frei gibt wenn die Singularität zerfällt. Dabei wird die Materie in kein anderes Universum als unsere eigens geschickt.
"Es gibt kein Baby-Universum, wie ich einst dachte" alles bleibt also in unserem Universum. Des weiteren bedauerte Hawking, dass er die Science-Fiction-Gemeinde enttäuschen müsse. Aber seinen Erkenntnissen zufolge gebe es keine Möglichkeit, durch Schwarze Löcher in andere Universen zu reisen.
"Wenn du in ein Schwarzes Loch springst, wird deine Massenenergie wieder in unser Weltall zurückgegeben, allerdings in einer zermalmten Form, die keine Informationen mehr darüber enthält, wer du warst" so Hawking.
Hawking löste auch eine Wette ein, die er vor 29 Jahren mit dem Astrophysiker John Preskill eingegangen war, der schon damals darauf beharrt hatte, dass Materie in einem Schwarzen Loch nicht zerstört werden könne. Beide hatten um eine Enzyklopädie gewettet. Hawking übergab daraufhin Preskill eine Enzyklopädie über Baseball.
Quelle: [url]www.extrasolar-planets.com[/url]
picardiño aus dem DSi schrieb:Folgende Meldung ist mir auf Yahoo ins Auge gefallen:
Hawking zieht Theorie zu Schwarzen Löchern zurück
22.07.2004 - Der britische Physiker Stephen Hawking hat auf der 17. Internationalen Konferenz über Relativität und Gravitation in Dublin eine seiner bisherigen Theorien verworfen und der Frage nach einem Paralleluniversum eine Abfuhr erteilt.
Bislang ging Hawking davon aus, das alles was in ein Schwarzes Loch gesogen wird, so für immer vollständig vernichtet wird, da dies aber nicht mit der Theorie der Quantenmechanik vereinbar ist, fand Hawking damals einen eleganten Ausweg, nämlich das alles was verschlungen wird in einem Paralleluniversum wieder auftaucht.
Nun verwarf Hawking diese Theorie wieder und erklärte das die Singularität, die entsteht wenn ein massereicher Stern sein Leben in einer Supernova beendet, die verschluckte Materie fest hält und sie erst wieder frei gibt wenn die Singularität zerfällt. Dabei wird die Materie in kein anderes Universum als unsere eigens geschickt.
"Es gibt kein Baby-Universum, wie ich einst dachte" alles bleibt also in unserem Universum. Des weiteren bedauerte Hawking, dass er die Science-Fiction-Gemeinde enttäuschen müsse. Aber seinen Erkenntnissen zufolge gebe es keine Möglichkeit, durch Schwarze Löcher in andere Universen zu reisen.
"Wenn du in ein Schwarzes Loch springst, wird deine Massenenergie wieder in unser Weltall zurückgegeben, allerdings in einer zermalmten Form, die keine Informationen mehr darüber enthält, wer du warst" so Hawking.
Hawking löste auch eine Wette ein, die er vor 29 Jahren mit dem Astrophysiker John Preskill eingegangen war, der schon damals darauf beharrt hatte, dass Materie in einem Schwarzen Loch nicht zerstört werden könne. Beide hatten um eine Enzyklopädie gewettet. Hawking übergab daraufhin Preskill eine Enzyklopädie über Baseball.
Quelle: [url]www.extrasolar-planets.com[/url]
Sten_Dunkan
Suchender
Alles, jedes Molekül oder Atom wird in einem Schwarzen Loch bis auf die Quantenebene (mindestens) auseinendergerissen. Und wenn überhaupt, später nur als einzelne Quanten wieder emitiert. Quanten unterliegen aber der Unschärferelation und nicht dem Determinismus (siehe die Beiträge oben). Ergo ist alle Information aus der Zeit vor dem Schwarzrn Loch verloren.Rolle schrieb:
Sten_Dunkan
Suchender
Ja, genau die.
Imbe
loyaler Abgesandter
Ich glaub da nicht so recht dran. Vielleicht ist die Materie - also in dem Fall die einzelnen Elementarteilchen - doch stabiler, als man denkt und es entsteht überhaupt keine Singularität. Sondern nur eine sehr dichte Masse.
Weiß man denn etwas darüber, wie stabil z.B. ein Elektron ist??
Weiß man denn etwas darüber, wie stabil z.B. ein Elektron ist??
Sten_Dunkan
Suchender
Dieses Bild soll nur die rechnerische Singularität des Schwarzen Loches darstellen. Tatsächlich Ist es ein masiver Körper (unsere Sonne z.B. wäre als Schwarzes Loch nur noch 10 km im Durchmesser), aber es besitzt zwei grundlegende Unterschiede, zu sagen wir mal einem Neutronenstern:
- Das Licht ist nicht mehr schnell genug um der hohen Schwerkraft zu entkommen, weshalb dieser supermasive Körper eben Schwarz erscheint
- Die Schwerkraft ist auf so engem Raum so hoch, das die Kernkräfte, welche die Atome stabil halten, überwunden werden, und dadurch werde sie auch in ihre Grundbausteine zerlegt.
Wenn jetzt aber aller Brennstoff verbraucht ist und die Kernfussion endet, gewinnt die Schwerkraft die Oberhand und die Sonne fällt in sich zusammen. Z.B. in einer Supernova.
Jetzt ist die gleiche Masse auf viel engerem Raum zusammengepresst, also ist die Sternenleiche viel dichter.
Ab einer Gewissen Grenze (Chandrasekharsche Grenze), ist diese Dichte so hoch, das die klassischen Naturgesetze enden, und rechnerisch eine Singularität entsteht.
(Kannst du aber auch in diesem Thread unter Schwarze Löcher nachlesen.)
Das Elektron ist ein Grundbaustein ähnlich Quarks auch. (seht in Quantenmechanik Teil 3 - s.o.) Soll heissen es geht nicht kaputt - es ist einfach. Es Unterliegt dem Materie-Erhaltungssatz. Jedes Elektron ist so alt wie das Universum und endet auch erst mit ihm.
Zuletzt bearbeitet:
Sten_Dunkan
Suchender
Von Iolanda aus dem Dsi
Über Wellenfunktionen - Teil 1
Eine Welle hat bestimmt jeder schon mal gesehen - am Meer, oder eine La-Ola-Welle im Fußballstadion.
Ich fange erst mal mit den einfacheren, mechanischen Wellen an.
Bei mechanischen Wellen hat man schwingungsfähige Teilchen (Oszillatoren), die aneinander gekoppelt sind, z.B. die Wassermoleküle einer Wasseroberfläche oder die uns umgebenden Luftmoleküle.
Eine Welle entsteht dadurch, dass ein Gegenstand in Schwingungen versetzt wird, und sich diese Schwingung in der Umgebung fortsetzt, dies kann ein Stein sein, der ins Wasser fällt, oder ein Lautsprecher, welcher die ihn umgebende Luft in Schwingung bringt, diese Schwingung wird von unseren Ohren aufgenommen und als Ton wahrgenommen.
Charakteristisch für eine Welle sind Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich die Welle ausbreitet, z.B. ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall ca. 344m/s
Als Wellenlänge bezeichnet man den Abstand zweier Oszillatoren, die in gleicher Phase schwingen.
Schön kann man sich die Begriffe an den folgenden Applett veranschaulichen:
http://www.pk-applets.de/phy/welle/welle.html
In dem folgenden Applett kann man beobachten, wie sich die durch einen Wassertropfen erzeugte Welle auf einer Wasseroberfläche ausbreitet:
http://www.pk-applets.de/phy/wwanne/wwanne.html
Neben den mechanischen Wellen gibt es auch Wellen, die sich ohne Materie ausbreiten, elektromagnetische Wellen. Sie entstehen durch Schwingungen von Strom (Elektronen) auf Hertzschen Dipolen, besser als Antenne bekannt, und beruhen darauf, dass ein sich änderndes elektrisches Feld ein sich änderndes magnetisches Feld erzeugt, welches wieder ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt, usw.
Ablösung der elektrischen Komponente einer elektromagnetischen Welle von einem Dipol (dieser steht senkrecht zum Bildschirm in dem mittleren Punkt)
Die Grundlage für die Berechnung dieser Wellen ist ein Satz von vier Differentialgleichungen, den sogenannten Maxwellgleichungen.
Keine Angst, die werde ich nicht näher erläutern *gg* Wichtig ist nur, dass man für jede Welle eine Differentialgleichung aufstellen kann, mit deren Lösung man dann die Gestalt der Welle beschreiben kann.
*********
Eigentlich wollte ich noch was nettes über Differentialgleichungen schreiben, aber die von Wikipedia haben das bereits gemacht:
http://de.wikipedia.org/wiki/Differentialgleichung
Über Wellenfunktionen - Teil 1
Eine Welle hat bestimmt jeder schon mal gesehen - am Meer, oder eine La-Ola-Welle im Fußballstadion.
Ich fange erst mal mit den einfacheren, mechanischen Wellen an.
Bei mechanischen Wellen hat man schwingungsfähige Teilchen (Oszillatoren), die aneinander gekoppelt sind, z.B. die Wassermoleküle einer Wasseroberfläche oder die uns umgebenden Luftmoleküle.
Eine Welle entsteht dadurch, dass ein Gegenstand in Schwingungen versetzt wird, und sich diese Schwingung in der Umgebung fortsetzt, dies kann ein Stein sein, der ins Wasser fällt, oder ein Lautsprecher, welcher die ihn umgebende Luft in Schwingung bringt, diese Schwingung wird von unseren Ohren aufgenommen und als Ton wahrgenommen.
Charakteristisch für eine Welle sind Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich die Welle ausbreitet, z.B. ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall ca. 344m/s
Als Wellenlänge bezeichnet man den Abstand zweier Oszillatoren, die in gleicher Phase schwingen.
Schön kann man sich die Begriffe an den folgenden Applett veranschaulichen:
http://www.pk-applets.de/phy/welle/welle.html
In dem folgenden Applett kann man beobachten, wie sich die durch einen Wassertropfen erzeugte Welle auf einer Wasseroberfläche ausbreitet:
http://www.pk-applets.de/phy/wwanne/wwanne.html
Neben den mechanischen Wellen gibt es auch Wellen, die sich ohne Materie ausbreiten, elektromagnetische Wellen. Sie entstehen durch Schwingungen von Strom (Elektronen) auf Hertzschen Dipolen, besser als Antenne bekannt, und beruhen darauf, dass ein sich änderndes elektrisches Feld ein sich änderndes magnetisches Feld erzeugt, welches wieder ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt, usw.
Ablösung der elektrischen Komponente einer elektromagnetischen Welle von einem Dipol (dieser steht senkrecht zum Bildschirm in dem mittleren Punkt)
Die Grundlage für die Berechnung dieser Wellen ist ein Satz von vier Differentialgleichungen, den sogenannten Maxwellgleichungen.
Keine Angst, die werde ich nicht näher erläutern *gg* Wichtig ist nur, dass man für jede Welle eine Differentialgleichung aufstellen kann, mit deren Lösung man dann die Gestalt der Welle beschreiben kann.
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Eigentlich wollte ich noch was nettes über Differentialgleichungen schreiben, aber die von Wikipedia haben das bereits gemacht:
http://de.wikipedia.org/wiki/Differentialgleichung
Sten_Dunkan
Suchender
Was ist Dunkle Materie und Dunkle Energie?
Dunkle Materie
Bei Dunkler Materie handelt es sich um eine unsichtbare, bislang unbekannte Form der Materie. Aufgrund von Beobachtungen im Jahr 2002, schlossen Astronomen erstmals auf die Existenz von dunkler Materie.
Ein Bild vom Chandra Röntgenteleskop der Galaxis NGC 720 zeigte eine elliptischen Wolke aus heißem Gas, die im Infrarotbereich eine andere Orientierung hatte als im sichtbaren Optischen Bereich. Dies stellte die Astronomen vor ein Rätsel, da der Unterschied so groß war, das er sich mit keiner Theorie vereinbaren lies.
Hierbei könnte es sich um ein Halo aus Dunkler Materie handeln, das das heiße Gas festhält und es so davon abhält zu entweichen. Die dunkle Materie die dafür notwendig wäre hätte eine Masse die 5 mal größer ist als die Masse aller Sterne dieser Galaxie.
Dies deutet erstmals darauf hin, das die Dunkle Materie keine Illusion ist, sondern Realität.
Dunkle Materie besteht aus sich langsam bewegenden Partikeln die mit normaler Materie nur auf Basis der Gravitation reagieren.
Dunkle Materie besteht demnach in der Theorie, aus mysteriösen Teilchen aus der Frühzeit des Universums die mit normaler Materie nur über die Gravitationskraft in Wechselwirkung treten.
Beobachtungen des Galaxienhaufens Abell 2029 im Jahr 2003, deuten darauf hin, das 70-90 % der gesamten Materie des Universums aus kalter Dunkler Materie besteht.
Dunkle Energie
Albert Einstein bezeichnete einmal seine Kosmologische Konstante als seine größte "Eselei" jedoch liegen die beobachtbaren Eigenschaften dieser Kosmologischen Konstante und der Dunklen Energie eng beieinander. Falls jedoch Einstein falsch liegt, könnte die Dunkle Energie das Universum schneller zerstören als in den geschätzten 30 Milliarden Jahren.
Viele Wissenschaftler vermuten als treibende Kraft für die Expansion des Universums die Dunkle Energie. Dabei handelt es sich nicht um dasselbe wie Dunkle Materie, sondern um eine seltsame Energie die der Gravitation entgegenwirkt.
Die Dunkle Energie, die nur über große Distanzen wirkt, führt dazu, dass die Expansion des Kosmos nicht durch die Gravitation abgebremst wird, sondern sich noch weiter ausdehnt.
Die neuen Daten deuten darauf hin das die Dunkle Energie konstant ist, stimmt das, könnte das Universum ewig expandieren. Es könnte aber auch sein das die Dunkle Energie langsam mit der Zeit zunimmt in diesem Fall würden eines Tages die Galaxien, Sterne, Planeten und selbst die Atome auseinander gerissen. Diesen Fall nennt man "The Big Rip".
Angenommen die Dunkle Energie ist wirklich verantwortlich für die Beschleunigung des Universums, würden sich folgendes Bild ergeben, 75% des Universums besteht aus der Dunklen Energie, 21% aus Dunkler Materie und nur 4 % aus sichtbarer Materie. Unterstützt wird diese These auch durch Beobachtungen des Hubble Weltraumteleskops.
Quelle: extrasolar-planets
Dunkle Materie
Bei Dunkler Materie handelt es sich um eine unsichtbare, bislang unbekannte Form der Materie. Aufgrund von Beobachtungen im Jahr 2002, schlossen Astronomen erstmals auf die Existenz von dunkler Materie.
Ein Bild vom Chandra Röntgenteleskop der Galaxis NGC 720 zeigte eine elliptischen Wolke aus heißem Gas, die im Infrarotbereich eine andere Orientierung hatte als im sichtbaren Optischen Bereich. Dies stellte die Astronomen vor ein Rätsel, da der Unterschied so groß war, das er sich mit keiner Theorie vereinbaren lies.
Hierbei könnte es sich um ein Halo aus Dunkler Materie handeln, das das heiße Gas festhält und es so davon abhält zu entweichen. Die dunkle Materie die dafür notwendig wäre hätte eine Masse die 5 mal größer ist als die Masse aller Sterne dieser Galaxie.
Dies deutet erstmals darauf hin, das die Dunkle Materie keine Illusion ist, sondern Realität.
Dunkle Materie besteht aus sich langsam bewegenden Partikeln die mit normaler Materie nur auf Basis der Gravitation reagieren.
Dunkle Materie besteht demnach in der Theorie, aus mysteriösen Teilchen aus der Frühzeit des Universums die mit normaler Materie nur über die Gravitationskraft in Wechselwirkung treten.
Beobachtungen des Galaxienhaufens Abell 2029 im Jahr 2003, deuten darauf hin, das 70-90 % der gesamten Materie des Universums aus kalter Dunkler Materie besteht.
Dunkle Energie
Albert Einstein bezeichnete einmal seine Kosmologische Konstante als seine größte "Eselei" jedoch liegen die beobachtbaren Eigenschaften dieser Kosmologischen Konstante und der Dunklen Energie eng beieinander. Falls jedoch Einstein falsch liegt, könnte die Dunkle Energie das Universum schneller zerstören als in den geschätzten 30 Milliarden Jahren.
Viele Wissenschaftler vermuten als treibende Kraft für die Expansion des Universums die Dunkle Energie. Dabei handelt es sich nicht um dasselbe wie Dunkle Materie, sondern um eine seltsame Energie die der Gravitation entgegenwirkt.
Die Dunkle Energie, die nur über große Distanzen wirkt, führt dazu, dass die Expansion des Kosmos nicht durch die Gravitation abgebremst wird, sondern sich noch weiter ausdehnt.
Die neuen Daten deuten darauf hin das die Dunkle Energie konstant ist, stimmt das, könnte das Universum ewig expandieren. Es könnte aber auch sein das die Dunkle Energie langsam mit der Zeit zunimmt in diesem Fall würden eines Tages die Galaxien, Sterne, Planeten und selbst die Atome auseinander gerissen. Diesen Fall nennt man "The Big Rip".
Angenommen die Dunkle Energie ist wirklich verantwortlich für die Beschleunigung des Universums, würden sich folgendes Bild ergeben, 75% des Universums besteht aus der Dunklen Energie, 21% aus Dunkler Materie und nur 4 % aus sichtbarer Materie. Unterstützt wird diese These auch durch Beobachtungen des Hubble Weltraumteleskops.
Quelle: extrasolar-planets
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