Was uns oft nicht bewusst ist

   





D i s k u s s i o n


 Beitrag 0-328
Zum Wert der Wissenschaft — und warum man auch sie kritisch zu hinterfragen hat

 
 

 
Wissenschaft ist ...
 
 
nicht deshalb vertrauenswürdig, weil sie immer recht hätte,
 
sondern weil sie uns stets die  b e s t e n  Antworten liefert, die bisher gefunden wurden.

 

 

 Beitrag 0-181
Geist und Materie — wie sie sich definieren

 
 

 
Geist und Materie

 
 
Ganz offensichtlich besteht all unsere Realität aus Geist und Materie, wobei
 
  • ein  m a t e r i e l l e s  Objekt  eines ist, dem sich Impuls und Energie zuordnen lassen,
     
  • ein  g e i s t i g e s  Objekt  aber stets nur als Bewusstseinszustand in den Köpfen biologischer Wesen existieren kann.

Da sich geistige Objekte in mündlicher oder schriftlicher Form weitergeben lassen, ist klar, dass sie in Form von Nachrichten existieren können, die sich materiellen Objekten aufprägen lassen und dann (als Form) durch sie zwar nicht verstanden, aber doch über Zeit und Raum hinweg transportiert werden können.
 
Bevor es Menschen gab — Wesen mit Bewusstseinszustand — gab es keine geistigen Objekte ( oder vielleicht doch? ).
 
Wo z.B. ein Wolf sein Revier durch Urin markiert, spätestens aber dann, wenn er so eine Markierung findet, existiert ganz sicher auch ein geistiges Objekt.

 
 
Quelle der Definition: Josef Hohnerkamp: Was können wir wissen? (Springer 2013, Kap.7: Wandlungen des Materiebegriffes)

 

 
Harte und weiche Naturwissenschaft

 
 
Es wundert mich immer wieder, wie schwer es manchen Menschen fällt, den Unterschied zwischen Naturwissenschaft und Geisteswissenschft zu erklären.
 
Welch ausweichende Antworten man da bekommt, zeigt sich z.B. auf gutefrage.net in [1] und [2].
 
Selbst wer ernsthaft versucht, eine zu geben (wie etwa Michael Blume), produziert zwar interessante, meist aber doch recht umständliche Erklärungen.
 
Daher hier nun meine eigene Antwort:
 
 
Es gibt Wissenschaften — ich nenne sie die harten Naturwissenschaften —, die sich ausschließlich mit Materie befassen: Physik, Chemie, Biologie, Neurologie und natürlich sämtliche Ingenier-Wissenschaften.
 
Daneben gibt es die reinen Geisteswissenschaften — die also, die sich nur mit geistigen Objekten befassen: Mathematik, Erkenntnistheorie, und Sprachwissenschaft.
 
Die meisten Wissenschaften allerdings sind ganz klar Mischformen, die sich grob — aber doch nicht ausschließlich — mit Geistigem oder Materiellem befassen: Psychologie, Medizin, Wirtschaftswissenschaft, Geschichte und — als Extremfall — die Philosophie (die ja einfach nur nach Wahrheit und Erkenntnis sucht).
 
Künstler verbinden sogar ganz gezielt Materielles mit Geistigem.
 
 
Mein Fazit also:

 
Es gibt keine klare Trennung von Naturwissenschaft und Geisteswissenschaft.
 
Verwunderlich ist das nicht, denn Teil der Natur sind auch die geistigen Objekte.
 
 
Die Natur umfasst mehr — weit mehr — als nur materielle Objekte.
 

 
 
Gebhard Greiter, Jan 2016

 

 Beitrag 0-186
Warum man heute selbst das Licht noch als Materie einstuft

 
 

 
Was gilt heute als Materie?

 
 
Heute gilt als Materie tatsächlich alles, was Energieträger ist — sogar das Licht.
 
Das war nicht immer so, doch wie es dazu kam, erklärt der Physiker Prof. em. Josef Hohnerkamp so:
 


Hohnerkamp (2013, stark gekürzt):
 
Der englische Naturforscher Isaac Newton stellte fest, dass es bei verschiedenen Körpern auch einer verschiedenen Kraftanstrengung bedarf, ihre Bewegung zu ändern. Er führte als Maß für solche Trägheit den Begriff Masse ein und postulierte auch gleich, dass jene Masse dafür verantwortlich sei, dass Körper sich gegenseitig anziehen. Fortan galt die Eigenschaft, Masse zu besitzen, als Spezifikum materieller Objekte (und auch heute findet man das oft so formuliert, z.B. in Wikipedia).
 
Materielle Objekte sind danach alle Objekte, die Masse besitzen und daher Trägheit bei Bewegungsänderung zeigen sowie von anderen Objekten gleicher Art angezogen werden.
 
Erst Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mache uns klar, dass dazu auch Licht gehört und man das Wort » Masse « besser durch » Energie « ersetzt, da ja Masse im Sinne Newtons nicht notwendig Ruhemasse ist.
 
 
Was aber wurde nun aus dem Begriff » Materie « ?
 
Offensichtlich bestehen alle Objekte, die man vor Einstein als materiell bezeichnet hatte, aus Elementarteilchen, d.h. aus Quanten. Auch das Licht — sich uns als Welle eines elektromagnetischen Feldes zeigend — ist auf mikroskopischer Ebene ein Strom von Quanten.
 
Somit musste man sich neu überlegen, was denn nun das Spezifikum eines materiellen Objekts sein solle.
 
 
Mit Hilfe der Relativitätstheorien und der Quantenphysik ist leicht einzusehen, wie die Definition des Begriffs » Materie « abzuwandeln ist, um diesen neuen Einsichten Rechnung zu tragen:
 
 
Was ein materielles Objekt kennzeichnet, ist nicht die Eigenschaft (Ruhe-) Masse zu haben,
 
sondern die Eigenschaft Energieträger zu sein.

 
 
Aber nicht nur das: Wer die Spezielle Relativitätstheorie kennt, der weiß, dass die Energie immer zusammen mit einem Impuls auftritt, diese beiden Größen also ebensowenig von einander trennbar sind wie Zeit von Raum.
 
Demnach sagt die Physik heute:
 
Materielle Objekte sind alle,
 
denen sich ein Energie-Impuls-Vektor zuordnen lässt.

 
 
Note: Da sich die neue Sprechweise noch nicht überall durchgesetzt hat — und alte Schriften ohnehin nicht abänderbar sind — wird häufig noch von Masse gesprochen, wo eigentlich Materie bzw. die sie darstellende Energie gemeint sind.

 
Sie ist relativ, d.h. aus der jeweils subjektiven Sicht unterschiedlicher, relativ zueinander bewegter Bezugssysteme heraus unterschiedlich groß.
 


 
Quelle: Josef Hohnerkamp: Was können wir wissen? (Springer, 2013), S. 53-59


 

 Beitrag 0-137
Raum, Zeit und alles darin Existierende lassen sich nicht voneinander trennen

 
 

 
Raum, Zeit und alles darin Existierende

formen einander

und sind deswegen untrennbar miteinander verwoben

 
 
Wie Einsteins Gravitationstheorie zeigt, bestimmen nicht nur Massen, sondern z.B. auch elektromagnetische Felder — jede Verteilung von Energie — nach Maßgabe seiner Feldgleichungen die Metrik der Raumzeit.
 
Die erste Prüfung für Einsteins Gleichung war natürlich die Frage, ob man Newtons Gravitationsgesetz dort als Näherung wiederfindet. Da sich nun aber für einzelne materielle Körper — beispielsweise unser Sonnensystem — das Gravitationsfeld nach Maßgabe von Einsteins Feldgleichung relativ leicht errechnen lässt, zeigte sich schnell,
  • dass der Hauptterm der Lösung tatsächlich Newtons Gesetz ist
     
  • und dass die zusätzlichen Terme, die über diese Näherung hinausgehen, sogar noch ein altes Problem der Himmelsmechanik lösen:
     
    Bei den Berechnungen der Bahn des Planeten Merkur mittels Newtons Gesetz hatte sich bezüglich seiner Wanderung des sonnennächsten Punktes im Raum (der sog. Periphereldrehung) stets eine kleine Diskrepanz zur Beobachtung ergeben. Berücksichtigt man nun aber die zusätlichen Terme, so verschwindet sie.

Weitere Test waren erfolgreich und sind ausführlich diskutiert worden.
 
Beide — die spezielle wie auch die allgemeine Relativitätstheorie — gelten heute als etabliert und finden vielfältige Anwendung: Die GPS-Navigationsgeräte unserer Autos, Flugzeuge und Schiffe etwa würden ohne sie nicht funktionieren.
 
 
Damit sind nun nicht mehr nur Raum und Zeit untrennbar miteinander verwoben, sondern auch alle materiellen Dinge und alle Energie tragenden der Welt mit der Raumzeit.
 
Insbesondere sehe ich (Gebhard Greiter) in der Tatsache, dass erst Einsteins Theorie GPS-Geräte hinreichend genau macht, einen überzeugenden Beweis dafür, dass nicht einfach nur unser Zeitgefühl — welches ja relativ ungenau ist — die Zeit konstruiert.
 
 
Die Aussagen der Realativitätstheorien über Raum und Zeit haben unter denen, die diese Theorien studiert oder anhand von Experimenten überprüft haben, große Begeisterung hervorgerufen.
 
Dennoch gab es unter Philosophen, Theologen, ja selbst Physikern auch heftigen Widerspruch. Die Tatsache nämlich, dass Einstein aus einem physika­lischen Prinzip (dem Äquivalenprinzip) etwas über Raum und Zeit folgern konnte, das empirische Bestätigung fand, stand im Widerspruch zu Aussagen von Kant, nach denen weder Raum noch Zeit empirische Begriffe seien, sondern lediglich Formen des Anschauens, die — wie Kant überzeugt war — noch "vor aller Wahrnehmung eines Gegenstandes in uns angetroffen werden".
 
Von Philosophen wurden unterschiedlichste Versuche unternommen, damit fertig zu werden. Details dazu findet man in Hentschel K.: Interpretationen und Fehl­inter­pretationen der Allgemeinen Relativitätstheorie durch Zeitgenossen Albert Einsteins (Birkhäuser 1990).
 
 
Quelle: Josef Honerkamp: Wissenschaft und Weltbilder, Springer 2015, S. 211-213


 

 Beitrag 0-319
Wie sich Raum definiert

 
 

 
Wie sich Raum definiert

 
 
Der Physiker Paul Davies schrieb:
 
Die Kosmologen haben lange darum gerungen, wie man die Expansion des Universums mit einfachen Worten am besten erklären kann. Für Laien am ehesten verständlich könnten folgende vier Aussagen sein:
     
  • Der Raum befindet sich im Universum — nicht umgekehrt das Universum im Raum.
     
  • Der Urknall fand überall im Raum statt — nicht nur an einem bestimmten Punkt.
     
  • Er bestand in der schlagartigen Ausdehnung des Raumes — war also nicht einfach nur eine Explosion irgendwo im Raum.
     
  • Das expandierende Universum gleicht einem Hefeteig, der aufgeht. Die Abstände von Rosinen darin (der Galaxien) vergrößern sich dadurch ständig.

 
Etwas genauer noch lässt sich sagen:

 
Die Tatsache, dass Raum existiert, bedeutet nichts anderes, als dass
 
zueinander disjunkte Objekte zum Austausch von Information Zeit benötigen.

 
 
Ihr Abstand ist proportional zur Zeit, die jedes Signal  m i n d e s t e n s  benötigt, um von einem der Objekte zum jeweils anderen zu kommen.

 
Kein Signal kann schneller sein als ein Lichtsignal.

 
Damit ist eine Eigenschaft des Lichts dafür verantwortlich, dass Zeit und Raum existieren.

 
Unter dem Urknall versteht man ein Ereignis, welches die so definierten Abstände aller damals existierenden Objekte fast schlagartig um mindestens den Faktor 1050 vergrößert hat.

 

 Beitrag 0-144
Die zentralen Aussagen von Einsteins Relativitätstheorie

 
 

 
Spezielle Relativitätstheorie sagt:

 
 
Unabhängig vom Zustand eines Beobachters wird das Licht sich relativ zu ihm mit stets gleicher Geschwindigkeit bewegen. Daraus folgt:
 
Sind A und B zwei relativ zueinander bewegte identisch gebaute Objekte, die jeweils identisch gebaute Uhren enthalten, so werden — nur aus Sicht von B
     
  • die Uhr von A langsamer gehen als die Uhr von B,
     
  • alle Abstände auf A in Bewegungsrichtung verkürzt sein
     
  • und A — wieder nur aus Sicht von B — mehr Masse haben als B.

Diese Unterschiede sind nur beobachtungstechnisch begründete Unterschiede, die zustande kommen, weil die Lichtgeschwindigkeit endlich ist.
 
Dies nämlich bewirkt, dass fern vom Beobachter eintretende Ereignisse ihm erst als etwas später eingetreten erscheinen und dieser Zeitverzug umso größer sein wird, je weiter entfernt vom Beobachter das Ereignis stattfindet.
 
Und natürlich gilt, dass umgekehrt aus Sicht von A
     
  • die Uhr von B langsamer geht als die von A,
     
  • alle Abstände auf B in Bewegungsrichtung verkürzt sind
     
  • und B mehr Masse hat als A.

Mehr dazu findet sich erklärt auf Seite » Relativitätstheorie beschreibt beobachterspezifische Realität «.
 
 
Konsequenz aus all dem:

 
Jede Quantifizierung von Zeit oder Energie (Masse) ist subjektiv,
 
d.h. abhängig davon, wie sich das beobachtete Objekt relativ zum Beobachter bewegt.

 
Kurz: Zeit und Energie sind relativ.

 
 
 
Zieht man  Allgemeine Relativitätstheorie  hinzu, so können auch Effekte berücksichtigt werden, die sich ergeben aufgrund der Tatsache, dass Beschleuni­gung notwendig war, jene Relativgeschwindigkeit zu erreichen.
 
Da jene Beschleunigung auf A und B nach Stärke und/oder Richtung ungleich verteilt worden sein kann, kann dann nicht mehr erwartet werden, dass A und B gleich alt, gleich groß oder von gleicher Masse sein werden, wenn sie sich wieder treffen sollten.
 
 
Es bleibt also festzuhalten:
 
Erst Beschleunigungseffekte führen zu wirklich gewordenen Unterschieden, wie sie sich im sog. Zwillingsparadoxon zeigen
 
und 1976 mit einer Ungenauigkeit von nur 1.6% im Maryland-Experiment auch tatsächlich nachweisbar waren.

Konsequenz daraus:

 
Erst Beschleunigung wird objektive Altersunterschiede bewirken.

 
Kurz: Alter ist stets objektiv (da es sich aus der Eigenzeit des alternden Objekts ergibt).


 
 
 
Note: Eine besonders verständlich geratene populärwissenschaftliche Herleitung dieser Sachverhalte findet sich auf Seite 187-211 in Daniela Leitner: Als das Licht laufen lernte (Bertelsmann 2013). Die Autorin hat selbst nicht Physik studiert, aber in einem Vorwort zum Buch bestätigt Harald Lesch explizit die Richtigkeit aller von ihr im gesamten Werk gemachten physikalischen Aussagen:
 
 
 
Je nachdem, wie sich etwas im Raum relativ zum Beobachter gerade bewegt, wird — aus Sicht des Beobachters — gelten:

 
Je größer die Geschwindigkeit, desto langsamer vergeht die Zeit des Objekts, desto kürzer werden seine Längen und desto größer wird seine Masse.
 
Selbst die Reihenfolge von Ereignissen kann aus der Sicht unterschiedlicher Bezugssysteme unterschiedlich sein.

 
Aus solch scheinbaren Unterschieden werden  w i r k l i c h e  Unterschiede, wenn Beschleunigung ins Spiel kommt:
 
Sie führt zu einem kontinuierlichen Austausch des Bezugssystems.

 
 
Die Zeitverkürzung im Sinne der SRT zu verstehen, denke man daran, dass
  • aus Sicht eines ruhenden Beobachters das in einer Lichtuhr zwischen den beiden waagrecht parallel zueinander angebrachten Spiegeln nicht einfach nur senkrecht auf und ab wandert, sondern dass es sich dort — der Bewegung des Objekts und der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit wegen — zudem auch noch in Richtung der Bewegung des Objekts zu bewegen hat (so dass aus Sicht des Beobachters pro Uhrentick in der bewegten Uhr mehr Weg zurückzulegen ist als auf seiner eigenen, identisch gebauten).
     
  • Falls sich das beobachtete Objekt auf den Beobachter zu oder von ihm weg bewegt, ist zudem noch der entsprechende Dopplereffekt zu berücksichtigen.
    Er beschleunigt bzw. verlangsamt — aus Sicht des Beobachters — die Uhr des Objekts, je nachdem, ob es sich auf den Beobachter zu oder von ihm weg bewegt.

 
Um den Effekt des Massenzuwachses zu demonstrieren, betrachten wir einen Beobachter B und zwei weitere Objekte O1 und O2 identischer Bauart.
  • O1 stehe neben B, O2 aber bewege sich schnell an B vorbei.
     
  • In dem Moment, in dem O2 und O1 gleichen Abstand von B haben, stoße B beide mit genau gleicher Kraft an.
     
  • Der hierbei jeweils übertragene Impuls I1 bzw. I2 berechnet sich nach der Formel Impuls = Masse mal Beschleunigung (Newtons Bewegungsgesetz).
     
  • Beide Stöße führen zu einer Beschleunigung der gestoßenen Objekte.
     
  • Da B den beiden gleich gebauten Objekten einen Schubs mit jeweils derselben Wucht gibt, der Impuls (als abgegebener) also identisch ist, müssten sie eigentlich auch gleich stark und gleich lang beschleunigt werden.
     
    Doch dem ist nicht so:
     
    Um das zu verstehen, versetzen wir uns in die Lage von B:
     
      Da O1 relativ zu B ruht, O2 aber relativ zu B hohe Geschwindigkeit hat, scheint die Zeit von O2 verkürzt.
       
      Wegen Masse = Impuls/Beschleunigung und da die Beschleunigung von O2 aus Sicht von B wegen der dort scheinbar langsamer tickenden Uhr geringer ausfällt als beim baugleichen Objekt O1, B aber beiden denselben Impuls mitgibt, sieht man, dass die Masse von O2 dem B größer erscheinen muss als die von O1.

    Aus diesem Phänomen des Massenzuwachses hat Einstein auch seine berühmte Formel  E = mc2  hergeleitet.

 
Wichtiger Hinweis:
    Wer von » Masse « spricht, kann damit entweder die relativistische (reale) Masse meinen (wie wir hier) oder die Ruhemasse. Letztere ist aus Sicht aller Beobachter — d.h. bezogen auf jedes Bezugssystem — gleich.
     
    Einstein hat dafür plädiert, nur die Ruhemasse als Masse zu bezeichnen (siehe Wechsel im Wortgebrauch).
     
    Wer sicher sein möchte, immer richtig verstanden zu werden, der sollte den Begriff » Masse « gar nicht mehr gebrauchen, sondern einfach nur noch die Begriffe Energie und Ruhemasse.

 
Noch ein wichtiger Hinweis:
    Beim Sprechen über Relativitätstheorie das Wort subjektiv zu verwenden (wie ich es oben tat), gefällt vielen Leuten nicht. Man verwende dann stattdessen besser das Wort relativ.
     
    Mit zu diesen Leuten gehört der von mir recht geschätzte Physiker Joachim Schulz. Er begründet seinen Standpunkt wie folgt:
     
    » Wir sollten in der Didaktik und Populärwissenschaft aufpassen, welche Bilder wir hervorrufen. Die Rede von Beobachtern weckt den Eindruck, die Physik der Relativitätstheorie sei subjektiv, beobachterabhängig. Das ist sie nicht. Es geht in der Relativitätstheorie um vorhersehbare Effekte, deren Darstellung, nicht aber deren Charakter von der Wahl der Koordinaten abhängt. «
     
    Sein Standpunkt ist nachvollziehbar, doch sollte man sich bewusst sein, dass viele Physiker noch ganz andere — weit schlimmere — Formulierungssünden begehen. Siehe etwa eine von mir in [1] diskutierte Formulierung von Heinrich Päs, die sich leider auch in vielen populärwissen­schaftlichen Darstellungen der Relativitätstheorie findet und mit Sicherheit von Laien missverstanden wird.

     

 Beitrag 0-316
Was man unter » Raum « versteht

 
 

 
Was ist Raum?

 
 
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie bestätigt, was schon Leibniz vermutet hat:
 
 
Raum als solchen gibt es gar nicht - es gibt nur Abstand zwischen Materie.
 
Abstände sind relativ, d.h. stets nur relativ zu einem jeweils fest gewählten Objekt mit Ruhemasse eindeutig quantifizierbar.
 
Dieses Objekt nennt man dann den Beobachter.

 
 
Wie unterschiedlich groß der Abstand zweier Objekten aus Sicht unterschiedlicher Beobachter ist, hängt davon ab,
     
  • wie schnell und in welche Richtung sich jedes der beiden Objekte relativ zum Beobachter bewegt,
     
  • und welcher Beschleunigung Beobachter und beobachtete Objekte unterliegen.


 

 Beitrag 0-178
Die Natur kennt keine Zeit — sie kennt nur objektspezifische Eigenzeit

 
 

 
Wirklich ist nur Alter — aber nicht die Zeit

 
 
Immer noch kann die Theoretische Physik nicht beantworten, was denn nun eigentlich das wahre Wesen der Zeit ist. Der gegenwärtige Stand der Diskussion findet sich — gezielt vollständig und sehr genau — aufgeschrieben in den Büchern
 

Meiner Ansicht nach aber haben Einstein und die Quantenphysik das Rätsel um die Zeit längst gelöst, denn:

 
 
Die Natur kennt keine Zeit — sie kennt nur Alter
 
im Sinne von » Eigenzeit «

 
Beweis hierfür ist folgende Argumentation:
 
Einstein und Bohr haben uns gelehrt, dass es zwischen Wirklichkeit und Realität einen ganz gravierenden Unterschied gibt:
     
  • Wirklichkeit ist das objektiv Vorhandene (dessen Funktionsweise wir aber nicht kennen),
     
  • Realität aber ist der Menschen subjektive Sicht auf die Wirklichkeit (es kann dies die Sicht eines Individums oder auch die Sicht einer ganzen Gruppe von Individuen, beispielsweise einer ganzen Gesellschaft sein, oder gar sämtlicher Menschen überhaupt).
     
    Anders ausgedrückt: Realität ist stets etwas nur durch unseren Verstand Konstruiertes — etwas nicht Wirkliches (siehe Wie real ist die Welt um uns herum?).

Nun weiß man aber:
     
  • Einsteins Spezielle Relativitätstheorie zeigt: Jede Quantifizierung von Zeit ist subjektiv (genauer: abhängig vom gewählten Bezugssystem).
     
  • Seine Allgemeine Relativitätstheorie aber — und insbesondere das sog. Zwillingsparadoxon sowie seine den Physikern ja bekannte Lösung — zeigen:
     
    Da sich das Alter eines Objekts aufgrund seiner Eigenzeit ergibt, ist Alter etwas Objektives, d.h. etwas, das man als wirklich (statt als nur real) anzusehen hat. Experimente im Labor mit schnell im Kreis bewegten, und damit beschleunigten Myonen bestätigen das:
     
    In ihrem Experiment verglichen die Wissenschaftler zehntausend ruhende Teilchen im Labor mit zehntausend schnell bewegten Teilchen im Speicherring.
    Die Messung zeigte, dass nach zwanzig Mikrosekunden kein einziges ruhendes Myon mehr vorhanden war, aber doch noch 8600 bewegte Myonen. Das Zwillingsparadoxon ist hier in spektakulärer Weise realisiert: Die meisten im Kreis bewegten Myonen existieren noch, wenn fast alle ruhenden schon zerfallen sind.
     
    Quelle: http://www.weltderphysik.de/gebiete/theorie/albert-einstein-und-die-relativitaetstheorie/spezielle-relativitaetstheorie/
     
    Siehe auch: Myonen und Spezielle Relativitätstheorie.
     
    Auch die zentralen Ergebnisse der beiden Relativitätstheorien sollte man sich nochmals vor Augen geführt haben.

 
 
Nebenbei: Auf die Frage, » Was ist Zeit? « soll Einstein einmal geantwortet haben » Zeit ist, was man von der Uhr abliest «. Wie meine Argumentation oben zeigt, wissen wir jetzt, dass Einstein damit recht hatte — und das wirklich im buchstäblichen Sinne. Was er sagte, war ganz offenbar mehr als nur eine flapsige Bemerkung (wie klar auch immer ihm selbst das gewesen sein mag). Sein Gefühl dafür, was physikalisch richtig sein mag, war einzigartig.
 
 
Da wir jetzt also wissen, dass Zeit stets nur das subjektiv gefärbte Ergebnis einer Beobachtung von Eigenzeit ist, stellt sich die Frage, warum wir sie in unserem Alltagsleben dennoch dermaßen erfolgreich nutzen. Das aber liegt daran,
  • dass in unserem Alltagsleben die Unterschiede zwischen Zeit und objektspezifischer Eigenzeit gering genug sind, dass man sie vernachlässigen kann
  • bzw. dass wir gelernt haben, sie zu berücksichtigen in jedem Kontext, in dem sie nicht mehr ignoriert werden dürfen (beim GPS-System etwa).
Tatsache also ist: Nicht Zeit, sondern Eigenzeit, ist das, was uns hilft. Eigenzeit aber ist normiert quantifizierte Veränderung des Objekts, dem sie sich zuordnet. Solche Normierung gelingt nur im Fall hinreichend einfach gebauter Objekte (Atomuhren). Wir nutzen sie als Stellvertreter komplizierterer Objekte — wählen sie aber für jedes Objekt so, dass seine Eigenzeit und die der es vertretenden Uhr nur unwesentlich unterschiedlich sind.
 
 
Nebenbei noch: Was für das Paar Zeit und Eigenzeit richtig ist, gilt natürlich auch für das Paar Länge und Abstand: Länge ist das beobachterspezifisch subjektiv gefärbte Ergebnis einer Beobachtung von Abstand.
 
 
Mit der hier angesprochenen beobachterspezifischen Subjektivität ist natürlich stets das vom Beobachter gewählte Bezugssystem gemeint.
 
Natürlich lässt sich der eben beschriebene Sachverhalt aber auch über die Physik hinaus noch als richtig erkennen: Je spannender die Tätigkeit ist, die ein Mensch gerade ausübt, desto schneller wird ihm — seinem Gefühl nach — die Zeit vergehen. Ursache so entstandener Subjektivität ist dann (z.B.), wie oft jene Person sich gedrängt fühlt, auf eine Uhr zu sehen.
 
 
Nebenbei noch: Wie wir jetzt wissen, muss Einsteins Ausspruch
 
 
Zeit ist, was man von der Uhr abliest.

verstanden werden als
 
Zeit ist stets nur, was man von der eigenen Uhr abliest.

 
 
Letztlich ist jedes Objekt seine eigene Uhr.
 
Und tatsächlich schrieb Einstein (1905 in seinem Aufsatz Zur Elektrodynamik bewegter Körper): "Es könnte scheinen, dass alle die Definition der Zeit betreffenden Schwierigkeiten dadurch überwunden werden können, dass ich an Stelle der Zeit die Stellung des kleinen Zeigers meiner Uhr setze."
 
 
Da beschleunigte Objekte im Vergleich zu nicht beschleunigten aus der Sicht Dritter weniger schnell altern, sind die Entfernungen, die ein Mensch während seines Lebens im Prinzip überwinden kann, nur deswegen begrenzt, weil sein Organismus nur begrenzt hohe Beschleunigung auszuhalten im Stande ist.
 
Für Objekte, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, gibt es keine Zeit.

 

 Beitrag 0-180
Welche Eigenschaften hat Eigenzeit? Ist sie wirklich?

 
 

 
Eigenschaften der Eigenzeit

 
 
Auch Einsteins Relativitätstheorie ist nur eine Theorie. Wir können deswegen nicht sicher sein, dass sie in allem recht hat, was sie uns sagt. Legen wir sie aber zugrunde, so haben wir davon auszugehen, dass Eigenzeit folgende Eigenschaften hat:
     
  • Sie ist — mit letzter Genauigkeit wenigstens — nur durch das Objekt selbst beobachtbar.
     
  • Wie viel Eigenzeit ein Objekt verbraucht, um von einem Ereignis E1 zu einem anderen Ereignis E2 zu kommen, ist davon abhängig, welchen Weg durch die Raumzeit es nimmt (Beweis: das Zwillingsparadoxon und seine Lösung durch die ART).
     
  • Der Fluß der Eigenzeit entspricht einer Alterung des Objekts.
     
  • Wir kennen nur ganz wenige Objekte, von denen wir nicht mit Sicherheit sagen können, ob sie unendlich alt werden können. Es sind dies
     
    • der Kosmos (bzw. Universen)
    • sowie alle Elementarteilchen, von denen wir bisher nicht wissen, ob sie zerfallen (Protonen und Neutrinos).

     
  • Nach Einsteins Theorie lässt sich nicht ausschließen, dass Eigenzeit der Wirklichkeit zuzurechnen ist. In dem Fall könnt es gut sein, dass wir nie mehr über sie erfahren, als wir jetzt schon wissen.

 
Dass wir über Eigenzeit tatsächlich schon alles wissen, was die Natur uns offenbart, ist keineswegs klar (selbst dann nicht, wenn sie sich tatsächlich der Wirklichkeit zurechnen sollte).
 
Spekulationen, die es noch zu klären gibt, sind wenigstens folgende:
     
  • Hat tatsächlich  j e d e  Art von Objekten eine durch die Natur gegebene Halbwertszeit?
     
    Diese Vermutung liegt nahe, da wir für alle uns bekannten Elementarteilchen — Protonen und Neutrinos ausgenommen — eine Halbwertszeit beobachtet haben, die sogar noch ihrem Wert nach Naturgesetz zu sein scheint, obgleich dieser Wert spezifisch zur Art der Teilchen ist.
     
    Nur für Protonen und Neutrinos scheint er — wenn sie überhaupt zerfallen — jenseits dessen zu liegen, was für menschliche Experimentalphysik bisher nachweisbar war.
     
    Auch alle uns bekannten Arten biologischer Lebenwesen haben eine für die jeweilige Art typische mittlere Lebenserwartung.
     
    Dies gilt selbst für große unbelebte Objekte, für Sterne etwa, ja sogar für Schwarze Löcher (auch wenn für sie die "Art" durch ihre Masse gegeben erscheint, Masse aber — wie wir wissen — relativ ist).
     
  • Man könnte auf die Idee kommen, daraus zu folgern, dass der Fluß der Eigenzeit — den wir ja auch unter dem Begriff "Alterung" kennen — Objektverschleiß bewirkt.
     
    Auch scheint die Existenz von Eigenzeit immer an die Existenz des Objekts gebunden zu sein, dem sie sich zuordnet. Dies ist der Grund dafür, dass ich in Notiz Wirklich ist nur Alter — aber nicht die Zeit für die Eigenzeit auch den Begriff » Alter « verwende.
     
    Solch physikalisches Objektalter darf natürlich nicht mit dem im Sinne von Biologie oder Medizin verwechselt werden, da letzteres ja auch mit Zerfall von Form zu tun hat, die per Emergenz entstand.

 
 
Ein Spezialfall von Eigenzeit ist

die Eigenzeit nicht beschleunigter Objekte (sog. proper Time): Sie ist nicht-relativ.


Lee Smolin in seinem Buch » Time Reborn « (S. 58-59):
 
If you remove everything corresponding to the observations of particular observers from the description of nature given by Special Relativity, there remains the casaul structure. Since this is all that's observer-independent, it must — if the theory is true — correspond to physical reality [Wirklichkeit]. Hence, to the extent that Special Relativity is based on true principles, the universe is timeless. It is timeless in two senses:
  • There is nothing corresponding to the experience of the present moment,
  • and the deepest description is of the whole history of causal relations at once.
Relationships are the only reality that corresponds to time — relationships of a causal sort.
 
Besides the causal structure, there is another piece of information all observers agree about:
 
Consider a physical clock, which ticks off seconds, floating freely in space. It strikes noon, then a minute later ist strikes a minute past noon. The first event can be considered a cause of the second. In between the clock ticks 60 times. The number of times it ticked between the two events is something else all observers, regardless of their relative motion, can agree about. This is called the proper time.
 
[Smolin ergänzt in Fußnoten 6 und 9, S. 276-277]:
 
This does not mean that all clocks will tick the same number of times between two events. Consider two movings clocks that pass each other when they both read noon, they seperate. One of them accelerates and reverses direction, passing the other clock again when that clock reads 12:01. The accelerating clock will display a different time. But the point is that all observers will agree about how many times one particular clock ticks between two events.
 
The clock that ticks the most times between two events is the one that is free-falling — and
 
because the time a free-falling clock measures is distinguished in this way, we call it the proper time.

 
The geodesics of spacetime, as opposed to space, are the paths that take the most proper time rather than the shortest distance:
 
A free-falling clock ticks faster and thus more often than any other clock traveling between two events. This leads to a good piece of advice: If you want to stay young, accelerate.
 


 
Was Smolin hier sagt, bedeutet: Der zeitliche Abstand zweier Ereignisse, die nicht gleichzeitig stattfinden, ist nicht eindeutig, denn
     
  • sein Wert ist zwar nach oben hin begrenzt
     
  • kann aber jeden noch so kleinen Wert haben (für entsprechend stark beschleunigte Objekte).

 
In Summe lässt sich feststellen:
 
Die Wirklichkeit der Zeit scheint sich darin zu erschöpfen, dass jedes sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegende Objekt einem Zwang zu altern unterliegt. Warum der mit zunehmender Beschleunigung des Objekts geringer wird, ist wohl die eigentlich interessante Frage.

 

 Beitrag 0-179
Warum Masse nicht additiv ist — ein besonders extremes Beispiel

 
 

 
Wie sich Masse addiert

und selbst ein System von Photonen noch Ruhemasse haben kann

 
 
Im Rahmen der Relativitätstheorie beschreibt man den Bewegungszustand durch einen 4-dimensionalen Impulsvektor, dessen Koordinaten sich aus Energie und Impuls bzw. der Geschwindigkeit des Körpers ergeben.


Hohnerkamp (ein Professor für Physik) erklärt:
 
Bei einem System von zwei Körpern ergibt sich der 4-dimensionale Implusvektor des Systems einfach durch Addition der entsprechenden Impulsvektoren der beiden Körper, und die Masse des Systems erhält man durch Lösen der Gleichung
 
( mc2 )2  =  E2 – ( pc )2 ,

 
in der m, E, p für Masse (im Sinn von Ruhemasse), Energie und Impuls des Gesamtsystems stehen.
 
Das Verblüffende ist nun, dass die Masse dieses 2-Körper-Systems keineswegs gleich der Summe der Massen der beiden Körper ist und sogar noch von den Geschwindigkeiten seiner einzelnen Teilsysteme abhängt.
 
Erst im Extremfall sehr kleiner Geschwindigkeiten ergibt sich die Additivität der Massen, wie man sie aus der Newtonschen Mechanik kennt.
 
 
Ein besonders extremer Fall von Nicht-Additivität ist der folgende:
 
Seien die beiden Körper ein Elektron und sein Antiteilchen (ein Positron), deren Impulse entgegengesetzt sind, so dass der Gesamtimpuls verschwindet. Die Masse dieses Systems ist verschieden von Null. Wenn Elektron und Positron aufeinander treffen und in zwei Photonen zerstrahlen, so ändert das weder die Gesamtenergie, noch den Gesamtimpuls, und so bleibt dann auch die Masse des Gesamtsystems gleich — besteht jetzt aber nur noch aus 2 Lichtwellen. Man hat dann also ein System aus zwei Photonen mit Ruheenergie (Masse), obgleich die beiden Photonen als die einzigen Konstituenten des Systems masselos sind. Die Masse des Gesamtsystems besteht tatsächlich nur aus der Energie der beiden Lichtwellen.
 
Wie auf solche Weise verschiedenste Energieformen zur Ruhemasse eines Systems beitragen können, sieht man auch bei der Erwärmung eines Körpers: Die einzelnen Konstituenten gewinnen dadurch im Mittel an Bewegungsenergie, was die Ruhemasse des Körpers erhöht obgleich die Summe der Massen der einzelnen Konstituenten konstant bleibt.
 
 
Interessant ist, dass die Masse des Gesamtsystems keineswegs immer größer ist als die Summe der Massen seiner Konstituenten.
 
Beispiele hierfür sind jedes Atom und jeder Atomkern: Ihr Zusammenhalt wird durch die elektromagnetische Kraft bzw. die starke Wechselwirkung garantiert. Die Energie, die man aufwenden muss, um solche Bindungen zu lösen, nennt man Bindungsenergie.
 
Die Masse eines Atoms (oder Atomkerns) ergibt sich stets als Summe der Massen seiner Konstituenten abzüglich der Bindungsenergie.
 


Quelle: Josef Hohnerkamp: Was können wir wissen? (Springer, 2013), S. 29-31

 
 
Analog der Argumentation in » Wirklich ist nur Alter — aber nicht die Zeit « lässt sich einsehen: Da auch die Energie materieller Objekte — ihre reale Masse — relativ ist, kann sie nicht wirklich sein (ihre Größe ist abhängig vom Bezugssystem, in dem man als Betrachter argumentiert).

 

 Beitrag 0-317
Understandig GPS

 
 

 
On GPS

 
 
General relativity dictates that a clock runs slower in a gravitational field, the stronger the field the slower the clock:
    A GPS satellite's clock runs faster when observed from a receiver on the earth as the satellite is in a weaker gravitational field. Conversely a consequence of special relativity is that a clock moving with respect to the observer appears to run slow.
As a GPS satellite is moving in the reference frame of an observer on the earth, a time dilation effect occurs and the satellite's clock appears to run slower.
 
 
So the general and special relativistic effects work in opposition to one another, with the gravitational effect being the more dominant for a GPS satellite. Thus an uncompensated satellite master clock would appear to run fast to the earth-bound receiver.
 
 
In the real GPS satellites the relativistic effect is nominally compensated by reducing the master 10.23 MHz clock down by 0.00457 Hz before launch. For an ideal satellite in a circular orbit, this would remove the effect.
 
With an elliptical orbit the satellite clock will still not be correct to an earth observer as it speeds up and comes closer to the earth on one half of it's orbit (clock slows down) and slows down and goes further from the earth in the other half of it's orbit (clock speeds up). Thus the receiver must make compensation for this according to the eccentricity of the orbit and the satellite's position within the orbit at a given time.
 
 
Note: One can also calculate the Doppler effect (which is much greater than the effects mentioned above) and obtain the relative speed, which may also be included in the calculation of position.
 
 
Quelle: Understanding GPS


 

 Beitrag 0-322
Treiber der Evolution sind spontane Symmetriebrüche

 
 

 
Treiber der Evolution sind spontane Symmetriebrüche

 
 
Unter einem spontanen Symmetriebruch verstehen Physiker den plötzlichen Übergang eines von außen nicht beeinflussten Systems aus einem Zustand Z1 in einen Zustand Z2, der weniger symmetrisch, dafür aber deutlich stabiler ist.
 
Kleinste Kräfte — und daher anscheinend nur der Zufall — entscheiden, wie der neue Zustand aussehen wird.
 
Gutes Beispiel ist ein senkrecht hingestellte dünne Stange: Da das Gravitationsfeld der Erde rotationssymmetrisch ist, wird es ihm völlig gleichgültig sein
     
  • ob die Stange senkrecht steht oder liegt
     
  • und in welche Richtung sie fällt, wenn z.B. eine kleine Luftbewegung oder eine Erschütterung des Bodens sie aus dem Gleichgwicht bringt.

Wer diesen Versuch sehr oft wiederholt, wir feststellen, dass die Richtungen, in welche die Stange nach nur sehr kurzem Stehen umfällt, gleichverteilt sind. Dies zeigt uns, dass den hier wirkenden physikalischen Gesetzen tatsächlich hohe Symmetrie innewohnt — auch wenn das anhand des Einzelfalls nicht erkennbar ist.
 
 
Hier noch ein komplizierteres Beispiel:
 
Sämtliche DNA-Moleküle uns bekannten biologischen Lebens haben die Form einer rechts-drehenden Helix. [ Die Wendeltreppe in mittelalterlichen Burgen dreht sich manchmal nach rechts, manchmal nach links, aber die DNA dreht sich immer nach rechts. ]
 
Es gibt keinen vernünftigen Grund, warum biologisches Leben sich nicht auch auf links-drehende DNA stützen könnte: Sie hätte gleiches chemisches Verhalten, wäre ebenso stabil, und nichts an ihr würde irgendein physikalisches Gesetz verletzen. Der Grund hierfür: Die elektromagnetischen Gesetze, welche die Bildung von Molekülen bestimmen, sind gegenüber Vertauschung von rechts und links völlig unempfindlich. Im Fachjargon ausgedrückt: Der Elektromagnetismus ist spiegelsymmetrisch.
 
 
Interessant am Symmetriebruch ist, dass steigende Temperatur ihn häufig wieder heilt. Es gilt:
     
  • Systeme mit hoher Temeratur sind mehr durch Symmetrie bestimmt, als solche tiefer Temperatur.
     
  • Bei absinkender Temperatur kommt es zu zunehmend mehr Symmetriebrüchen und — makroskopisch gesehen — zur Bildung deutlich vielfältigerer Form.

Man denke z.B. an Wasser: Interessante Eiskristalle oder Eisbrocken jeder nur denkbaren Form gibt es nur, wenn Wasser gefroren ist. All diese Formen verschwinden wieder, wenn sich die Temperatur erhöht und über den Schmelzpunkt von Eis ansteigt.
 
 
Wie sinkende Temperatur die Bildung makroskopischer Formen begünstigt, zeigt auch sehr schön der Magnetismus des Eisens:
 
Er hat keine Vorzugsrichtung, und so ist das Gesamtfeld gleich Null. Unterhalb der Curie-Temperatur aber, setzt das Magnetfeld spontan ein, da sich dann alle Mini-Magnete in gleiche Richtung drehen und so die Rotationssymmetrie der zugrunde liegenden elektromagnetischen Gesetze gebrochen wird. Nur wenn ein Eisenstab zu schnell abgekühlt wird, wird die zufällige Ausrichtung der Mini-Strukturen eingefroren und so die Rotationssymmetrie bewahrt. Der Stab als Ganzes zeigt dann keine magnetische Vorzugsrichtung.
 
Ein fast noch schöneres Beispiel sind Bose-Einstein-Kondensate: Wird eine Menge von Atomen gleichen Typs auf nahezu den absloluten Nullpunkt abgekühlt, verhält sich die gesamte Menge dieser Atome wie ein einziges (bzw. wie eine im Gleichschritt marschierende Kompanie von Soldaten).
 
 
Merken wir uns also:
 
Je mehr Symmetrien einen Prozess bestimmen, desto weniger wird er makroskopisch Formen generieren und erhalten:
 
 
» Hitze geht einher mit ärmlicher Gestaltung — Kälte aber mit reicher Gestaltung «


 

 Beitrag 0-8
Der Kosmos kennt keine eindeutig quantifizierbaren Abstände und Geschwindigkeiten (die des Lichts ausgenommen)

 
 

 
Die Entfernung zwischen zwei Objekten
 
ebenso wie die Geschwindigkeit eines Objektes mit Ruhemasse
 
hat niemals vom Beobachter unabhängigen Wert

 
 
Wie Relativitätstheorie uns zeigt, gilt ganz grundsätzlich:
  • Der zeitliche, räumliche oder raumzeitliche Abstand unterschiedlicher Punkte der Raumzeit kann keinen vom Beobachter unabhängig definierbaren Wert haben.

 
 
Darüber hinaus gilt:
  • Wo der Abstand zweier Punkte x und y sich verändert, wird auch die Geschwindigkeit v(x,y), mit der er sich verändert, nur beobachterspezifischen Wert haben können.
  • Welchen Wert sie aus Sicht eines Beobachters B bekommt, hängt mit davon ab, wie groß der Winkel zwischen x und B einerseits und x und y andererseits ist.
  • Wie eine Rechnung des Physikers Giolini zeigt, ist dieser Wert vB(x,y)  k e i n e s w e g s  durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt: Er kann tatsächlich beliebig groß sein.

 
Dass vB(x,B) kleiner als c ist, gilt aber sicher dann,
 
wenn x sich entlang der Geodäte bewegt, die x mit B verbindet — auf dem Weg also, den Signale nehmen, die zwischen ihnen fließen.

 
 
Interessant ist, dass über all das hinaus, mindestens noch ein weiteres Faktum existiert, welches uns klar macht, dass selbst die ART keinen beobachter-unabhängigen Abstandbegriff kennt:


Grtgrt
 
Wie auf Seite Zur Geometrie der Allgemeinen Relativitätstheorie erläutert, gibt es nämlich — wenn man ganz genau ist — überhaupt keine Metrik des Raumes, die ortsunabhängig wäre. Jene, die unsere Geräte — das GPS etwa — verwenden, gilt mit ausreichend guter Näherung zwar durchaus in einem weiten Umfeld der Erde, aber eben nicht im gesamten Universum:
 
Sie gilt so genau z.B. nicht mehr über große kosmische Entfernungen hinweg
 
und vor allem nicht auf Geodäten, die nahe an Schwarzen Löchern vorbeiführen (z.B. nahe am Zentrum unserer Milchstraße).

 
Nun könnte man aber auf den Gedanken kommen, als universellen Abstand zweier Objekte X und Y im Raum, die Entfernung zu definieren, die sich ergibt, wenn man entlang der X und Y verbindenden Geodäte über die (durch Einsteins Feldgleichungen ortsabhängig definierte) Metrik integriert. Das aber funktioniert aus gleich mehreren Gründen nicht:
  • Wir kennen keine Formel für jene Metrik, die mit absoluter Genauigkeit überall auf dem Weg gelten würde (und da die Raumzeit kein Vektorraum sondern nur Riemannsche Mannigfaltigkeit ist, kann es eine universell gültige ja auch gar nicht geben).
  • Aber selbst wenn es so eine Formel gäbe, müsste sie — da die Massen im Raum sich relativ zueinander bewegen — einen Zeitparameter enthalten. Nun gibt es aber gar keinen universell gültigen Zeitbegriff ...
  • Und letztlich ist ja auch schon die konkrete  L a g e  der Geodäte zeitlich variabel ...
Wir sehen:

Keineswegs nur die Quantenphysik kennt naturgegebene Unschärfe.
 
Selbst die makroskopische Geometrie des Universums stellt sich uns als unscharf dar!

 



 

  Beitrag 2112-27
Die Aussagen der SRT richtig verstehen

 
 
Wrentzsch in 2112-26:
 
Geschwindigkeiten näher an Lichtgeschwindigkeit sollen den Zeitablauf verlangsamen nach der SRT.


Nur aus der  S i c h t  von jemand, der vom Zeitablauf eines Objekts spricht, das sich mit solcher Geschwindigkeit relativ zu ihm bewegt.

( Siehe hierzu auch Beitrag 2113-1 )


 

  Beitrag 2113-1
Nachweis einer Klarstellung zur SRT

 
 

In Wikipedia wird völlig richtig erklärt:



Bewegte Uhren scheinen langsamer zu gehen:

Jeder Beobachter, relativ zu dem die Uhr sich bewegt, hat diesen Eindruck.

Das Ausmaß allerdings, in dem unterschiedliche Beobachter eine bewegte Uhr langsamer gehen sehen, kann von Beobachter zu Beobachter verschieden groß sein. Kurz:


Wie schnell ein Beobachter eine Uhr gehen sieht,

hängt davon ab, wie schnell er sich ihr gegenüber bewegt.



Man kann das einsehen wie folgt:

    Hat man zwei Objekte, die sich mit konstanter Geschwindigkeit von einander weg bewegen, so wird jedes von beiden den Eindruck haben, die Zeit beim jeweils anderen vergehe langsamer. Da sich diese beiden Beobachtungen aber widersprechen, steht fest, dass es sich hierbei um einen nur beobachtungstechnisch bedingten Effekt handelt: um ein Scheinergebnis, welches sich der Realität des Beobachters zuordnet, aber nicht Wirklichkeit sein muss.

    Und tatsächlich gilt ja im Rahmen von Einsteins Theorie immer:

    Jede Beobachtung ist ihrem Ergebnis nach abhängig vom Bezugssystem, aus dem heraus der Beobachter argumentiert.

    Anders gesagt: Wir sprechen stets nur über beobachterspezifische Realität



Kleine Übungsaufgabe:

    Nimm an, wir hätten einen Schienenweg, der einen Kreis darstellt. Irgendwo auf dieser eingleisigen, kreisförmigen Strecke stehen zwei baugleiche Lokomotiven, deren Rückseiten sich berühren und die zum selben Zeitpunkt in entgegengesetzte Richtung abfahren, stets identisch beschleunigt werden, aber anhalten in dem Moment, in dem sie sich wieder berühren (sie kommen ja nicht an einander vorbei). Beide, so nehmen wir an, transportieren baugleiche Uhren, die beim Start der Lokomotiven 12:00 zeigten.

    FRAGE: Werden die beiden Uhren unterschiedliche Zeit anzeigen, wenn die beiden Lokomotiven wieder aufeinander treffen? (Sie werden dann jeweils genau gleich weit gefahren sein.) Wie verträgt sich deine Antwort mit der Tatsache, dass während der Fahrt aus Sicht jeder der beiden Uhren
     
    • die jeweils andere langsamer ging, solange der Abstand zwischen ihnen sich vergrößert hat
    • bzw. schneller ging, sobald der Abstand zwischen ihnen sich wieder verkleinerte.




Okotombrok in 1997-99:
 
Grtgrt in 1997-94:
 
Das Szenario symmetrisch zu machen erlaubt uns zu erkennen, dass — in der SRT —

die beobachtete Zeitdilation nur in den  S i c h t e n  der beiden Beobachter auftritt, aber eben  n i c h t  in der Raumzeit selbst.

Dummes Zeug,
das einzige, was dein Szenario erkennen lässt ist, dass unter gleichen Bedingungen Bedingungen herrschen, die zu gleichen Bedingungen führen.
 



Nun, Okotombrok,

so richtig verstanden hast Du die SRT wohl nicht, denn auch Physiker betonen, dass die SRT nur von beobachterspezifischen  S i c h t e n  spricht, aber keineswegs von Raumstruktur:
 

Zitat von Helmut Satz (2013):
 
Wenn in einem Raumschiff, das sich mit einer hohen konstanten Geschwindigkeit v relativ zur Erde bewegt, die Lichtgeschwindigkeit c die gleiche ist, wie in einem irdischen Labor, dann muss aus unserer Sicht das Längenmaß des Raumschiffes kürzer sein als unseres oder deren Uhr muss langsamer sein als unsere oder beides.

In der Tat tritt beides auf. Ein festes Maß d0. ein Standardmeter, hat den gleichen Wert für uns hier wie für die Passagiere des Raumschiffs.

Aber von uns aus gemessen erscheint deren Standardmeter d0 auf eine Länge d geschrumpft

d  =  d0 • ( 1 – (v/c)2 )1/2


Und ein festes Zeitintervall t0 erscheint, von der Erde ais gesehen, länger geworden zu sein, den Wert

t  =  t0 • ( 1 – (v/c)2 )–1/2

zu haben.
 


Quelle: Seite 212 des Buches Gottes unsichtbare Würfel von Helmut Satz (Verlag C.H. Beck 2013)

Der Autor — Helmut Satz — war von 1971 bis 2001 Professor für Theoretische Physik an der Universität Bielefeld.


 
Fast noch deutlicher wird Grtgrt bestätigt durch Bojowald:

Zitat von Martin Bojowald (2008):
 
Wenn wir uns beim Betrachten einer Situation schneller bewegen als ein zweiter Beobachter, so erscheinen uns räumliche und zeitliche Abstände in den beobachteten Ereignissen anders als diesem.

Wie ein Wechsel des Sichtwinkels die räumlichen Ausdehnungen ineinander überführt, so wandelt ein Ändern der Geschwindigkeit beim Beobachten räumliche in zeitliche Abstände um und umgekehrt.

Aus diesem Grunde ist die Unterscheidung zwischen räumlicher und zeitlicher Ausdehnung vom Standpunkt (oder genauer von der "Standbahn", wenn wir uns wirklich bewegen) abhängig und hat keine physikalische Basis unabhängig von Beobachtern. Anstatt Raum und Zeit zu trennen, gibt es nur ein einziges gemeinsames Objekt: die Raumzeit.
 



Quelle: Seite 24 des Buches Zurück vor den Urknall von Martin Bojowald (Fischer Taschenbuchverlag, 3. Auflage 2012)

Martin Bojowald lehrt Theoretische Physik an der Penn State University, USA.


 
Völlig richtig wird der wahre Sachverhalt auch beschrieben durch Carrier. Seine Formulierung enthält auch eine Begründung:

Zitat von Martin Carrier (2009):
 
Kennzeichnend für die SRT ist der Vorrang raumzeitlicher Größen vor ihren räumlichen und zeitlichen Bestandteilen. Dieser Primat der 4-dimensionalen Größen wurde zuerst 1908 von Minkowski hervorgehoben: Von Stund an sollen Raum für sich und Zeit für sich völlig zu Schatten herabsinken und nur noch eine Art Union der beiden soll Selbständigkeit bewahren.

Minkowski erkannte, dass sich die SRT als eine spezifische, neuartige Geometrie darstellen lässt, in der die raumzeitlichen Abstände eine zentrale Stellung insofern einnehmen, als sie die  o b j e k t i v e n  Beziehungen zwischen Ereignissen wiedergeben, während deren räumliche und zeitliche Bestimmungsstücke vom Bewegungszustand des Beobachters abhängen und in diesem Sinne  s u b j e k t i v  sind.

Genauer: Der [mit Hilfe der Minkowski-Metrik errechnete] Viererabstand ist die zentrale Größe der Raumzeit der SRT. Im Unterschied zur Raum-Zeit der klassischen Physik bleibt allein diese Größe bei einem Wechsel des Inertialsystems erhalten — nicht aber der 3-dimensionale räumliche Abstand oder der 1-dimensionale zeitliche.

Wegen dieser Invarianz ist der Viererabstand fundamentaler [ der Wirklichkeit näher ] als die vom Bezugssystem abhängigen räumlichen und zeitlichen Größen.

Dennoch ist es nicht die 4-Dimensionalität als solche, die die Relativitätstheorie auszeichnet: Auch Ereignisse in der Newtonschen Raum-Zeit werden ja erst durch 3 Ortskoordinaten und eine Zeitkoordinate vollständig lokalisiert. Kennzeichnend für die SRT ist vielmehr der Vorrang raumzeitlicher Größen vor ihren räumlichen und zeitlichen Bestandteilen. ...

Insofern beinhaltet der Übergang von der Newtonschen zur Einsteinschen Raumzeit die Ersetzung 3-dimensionaler bzw. 1-dimensionaler absoluter Größen durch jeweils nur  e i n e  4-dimensionale absolute Größe.
 

Insbesondere sagt Carrier (nach Erklärung eines scheinbaren Paradoxons):

Zitat von Martin Carrier (2009):
 
Deutlich wird, dass die relativistische Längenkontraktion eine Folge des Verfahrens der Längenmessung ist.
 



Quelle: Seite 33-39 des Buches Raum-Zeit von Martin Carrier (de Gruyter 2009)

Carrier ist Professor für Philosophie an der Universität Bielefeld mit Schwerpunkt Wissenschaftsphilosophie
Er begann seine Ausbildung mit einem Studium der Physik.


 

 Beitrag 0-38
Zur Lösung relativistischer Paradoxa bei Längenmessung

 
 

 
Zur Lösung relativistischer Paradoxa bei Längenmessung

 
Quelle: Martin Carrier: RaumZeit, de Gruyter 2009

 
 
Die Zeitdilation der SRT besagt, dass aus gleichförmig zueinander bewegten Inertialsystemen heraus der Uhrengang im jeweils anderen verlangsamt erscheint: Die jeweils als ruhend betrachtete Lichtuhr geht am schnellsten — so dass aus ihrer Sicht der zeitliche Abstand zweier Ereignisse am größten ist.
 
Die Lorentz-Kontraktion leitet sich wie folgt daraus ab:
 
Ein Beobachter lege in seinem Ruhesystem zwei Markierungen mit Abstand LB (aus seiner Sicht) an. Eine Uhr U bewege sich am Beobachter vorbei und passiere beide Markierungen (an denen in diesem Ruhesystem synchrone Uhren postiert seien). Für diesen ruhenden Beobachter benötigt die bewegte Uhr U dafür die Zeitspanne ΔBt, so dass sich für B die Geschwindigkeit der Uhr zu  vB = LB / ΔBt  ergibt.
 
Das Zusammentreffen von Uhr und Markierung stellt ein objektives Ereignis dar, das unabhängig vom Bezugssystem der jeweiligen Betrachters als solches erkannt wird, und so kann man den Vorbeizug der Uhr an den beiden Markierungen auch vom Standpunkt der bewegten Uhr her beschreiben:
 
Aus ihrer Perspektive bewegen sich die Markierungen sowie der vormals ruhende Betrachter, so dass dessen Zeitangaben einem Dilatationseffekt unterliegen (seine Uhren scheinen aus Sicht von U langsamer zu gehen als U selbst). Resultat ist, dass aus Sicht von U der Beobachter B die Zeitspanne  ΔUt = ( 1 – v2/c2 ) • ΔBt  misst.
Es ist also ΔUt < ΔBt .
 
Da die Relativgeschwindindigkeit beider Systeme aus Sicht von U ebenso groß wie aus Sicht von B, ergibt sich LUU = LBB , wo LU den zunächst unbekannte Abstand beider Markierungen aus Sicht von U bezeichnet. Umformung dieser Gleichung führt auf  LU = ( 1 – v2/c2 ) • LB , und so ist LU < LB . Resultat also:
 
Bewegten Beobachtern U erscheinen räumliche wie auch zeitliche Abstände verkürzt um den Faktor ( 1 – v2/c2 ) ,
 
wo v die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der sie sich relativ zu den im anderen System ruhenden Markierungen bewegen.

 
 
Damit ergibt sich nun folgendes Paradoxon :
 
Ein Zug, der eine Ruhelänge von 120 m fahre durch einen Tunnel, der in seinem Ruhesystem eine Länge von 100 m hat. Wir nehmen an, er fahre mit einer Geschwindigkeit v, die so groß ist, dass gilt: ( 1 – v2/c2 ) = 0.5
 
Die Frage, ob sich der Zug jemals zur Gänze im Tunnel befindet, ist jetzt nicht mehr ganz einfach zu beantworten, denn
  • aus Sicht eines im Tunnel stehenden Beobachters hat der Zug eine Länge von 60 m, der Tunnel aber eine von 100 m.
  • Aus Sicht der Reisenden im Zug aber ist der Zug volle 120 m lang, der Tunnel aber nur 50 m.
Passt der Zug nun also in den Tunnel oder nicht?


Martin Carrier (auf Seite 37 seines Buches "Raumzeit") erklärt, an was man hier nicht denkt
 
Dieser zunächst paradoxe Befund klärt sich durch die Berücksichtigung der Relativität von Gleichzeitigkeit:
 
Jede Längenmessung erfordert, dass Anfang und Ende eines Objekts  g l e i c h z e i t i g  markiert werden. Markiert man aber Anfang und Ende eines bewegten Objektes zu unterschiedlichen Zeiten, dann ist es nicht erstaunlich, dass sich abweichende Werte ergeben. Wegen der Relativität der Gleichzeitigkeit unter­scheiden sich die Urteile beider Beobachter über die Gleichzeitigkeit der Markierung der beiden Enden — mit der Folge unterschiedlicher Messergebnisse.
 
Deutlich wird, dass die relativistische Längenkontraktion eine Folge des  V e r f a h r e n s  der Längenmessung ist.
 


 
In welchem Ausmaß uns Längen an einem relativ zu uns bewegten Objekt verkürzt erscheinen — oder stattdessen sogar verlängert — hängt (wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit) zudem noch davon ab, wie groß der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung und der uns mit dem bewegten Objekt verbindenden Strecke ist. Details dazu erklärt die Notiz » Sieht ein fast lichtschnell bewegtes Objekt immer verkürzt aus? «.
 
 
Note: Carriers Argumentation ist weiterer Beweis dafür, dass Okotombrok in Beitrag 1997-99 mit seinem Urteil "Dummes Zeug" eben doch im Irrtum war (siehe auch Grtgrts Beitrag 2113-1, dessen Antwort auf Okotombroks Meinung im Forum als nicht erwünscht galt und deswegen dort Opfer der Zensur wurde).

 

 Beitrag 0-66
Lässt Beschleunigung — oder Geschwindigkeit — uns langsamer altern?

 
 

 
Wer in der Raumzeit von einem Ereignis A zu einem Ereignis B kommen möchte, sollte wissen:

 
 
Beschleunigung hat einen Weg durch die Raumzeit zur Folge
 
auf dem wir Zeit sparen ( d.h. weniger altern )

 
 
Der Physiker Joachim Schulz argumentiert, dass nicht Beschleunigung, sondern Geschwindigkeit für das jeweils bewegte Objekt die Zeit bestimmt, um von A nach B zu kommen.
 
Das aber fand ich zunächst überhaupt nicht nachvollziehbar, denn der Titel seiner Seite » Nicht die Beschleunigung macht die Zeit « schien mir genau das Gegenteil von dem zu behaupten, was Schulz selbst am Ende einer seiner anderen Seiten über die Ergebnisse des Maryland-Experiments sagt (ich zitiere):
 


Ergebnis des Maryland-Experiments (nach Joachim Schulz):
 
Die im Maryland-Experiment verwendeten Atomuhren wurden in speziellen Transportbehältern gelagert, in denen sie von Umwelteinflüssen aller Art abgeschirmt wurden. Dadurch sollten Störungen des Experiments zum Beispiel durch Temperaturschwankungen ausgeschlossen werden. Die Flugzeuge flogen nicht, wie im Hafele-Keating-Experiment, um die Erde, sondern sie kreisten über der Chesapeake Bay im Bundesstaat Maryland (USA) in ständiger Sichtweite zum Flughafen. Vor dort aus wurde ihr Kurs durch Laserpeilung genau verfolgt und die Zeit der Atomuhr am Boden wurde durch kurze Laserimpulse ständig mit der Zeit der Atomuhren in den Flugzeugen verglichen.
 
Die Flugzeuge kreisten nämlich zunächst fünf Stunden auf 25.000 Fuß, stiegen dann auf 30.000 Fuß, wo sie fünf Stunden kreisten, um dann die letzten fünf Stunden auf 35.000 Fuß zu kreisen. Wie das folgende Bild aus der Original-Veröffentlichung zeigt, war die Messung genau genug um nachzuweisen, dass die Uhren tatsächlich um so schneller gingen, je weiter sie aus dem Gravitationsfeld der Erde heraus waren
.
 
 
 

 
 
Note: Die Uhren wurden nacheinander in 3 unterschiedlichen Höhen (25.000, 30.000, und 35.000 Fuss über Meeres­niveau) transportiert.
 
Die Flugzeuge waren immer in Sichtweite des Flughafens, flogen also nicht besonders schnell.

 


 
Dass Joachim Schulz mit seiner Aussage, nur Geschwindigkeit — aber keinesfalls Beschleunigung — mache die Zeit, dennoch recht hat, erkennt, wer sich vor Augen führt, dass seine Aussage sich auf einen schon fest gewählten Weg bezieht. Tatsächlich gilt:
 

 
Über mehr oder weniger Beschleunigung wählt man den Weg durch die Raumzeit.
 
Ihn dann gegeben, bestimmt die Geschwindigkeit, mit der wir uns räumlich bewegen, die Zeitspanne, die wir benötigen, um von A nach B zu kommen.

 
 
Beweis: Durch die Raumzeit bewegt jedes Objekt sich  s t e t s  mit Lichtgeschwindigkeit.

 
 
 
Note: Zu erkennen, wie ich Schulz missverstanden hatte, halfen mir eine Diskussion, die Herr Senf anstieß und zu der vor allem Chrys und Schulz selbst Entscheidendes beitrugen. Herzlichen Dank meinerseits an sie alle!
 
Mehr Details am Ende meiner Seite zum Zwillingsparadoxon.

 
 

 
Man kann es auch so ausdrücken:
 
Bewegt sich eine Objekt von Ereignis E1 durch die Raumzeit hin zu Ereignis E2, so wird sein Weg,
  • ausschließlich durch die Zeit führen — entlang einer Geodäte, die E1 mit E2 verbindet —, wenn das Objekt keinerlei Beschleunigung unterliegt (sich also stets in freien Fall befindet).
     
  • Erst Beschleunigung bewirkt, dass sein Weg  a u c h  durch den Raum führt. Entsprechend kürzer wird die Reisezeit, denn sie ist die Länge der zeitlichen Komponente seines Weges — sie wird nur zu Null, wenn das Objekt sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt (es kann dann aber keine Ruhemasse haben).

 
 
Wir sehen:
 
Je beschleunigter sich ein Objekt bewegt,
 
desto größere räumliche Distanzen (aus Sicht anderer) kann es während seiner Lebenszeit überbrücken.

 
 


Lee Smolin schreibt (auf S. 59 und 279 seines Buches TIME REBORN, 2013):
 
Consider a physical clock, which ticks off seconds, floating freely in space. It strikes noon, and later it strikes a minute past noon. In between the clock ticked sixty times. The number of times it ticked between the two events is something  a l l  observers, regardless of their relative motion, can agree upon. This is called the proper time.
 
This, however, does  n o t  mean that all clocks will tick the same number of times between two events:
 
Consider two moving clocks that pass each other when they both read noon, then seperate. One of them accelerates and reverses direction, passing the other clock again when that clock reads 12:01. The accelerating clock will display a different time. But the point ist that all observers agree about how many times one particular clock ticked between these two events. The clock that tickes the most times between two events is the one that is free-falling — and because the time a free-falling clock measures is distinguished in this way, we call it the proper time.
 



Josef Honerkamp schreibt (auf S. 194 seines Buches Wissenschaft und Weltbilder, 2015):
 

In starken Gravitationsfeldern gehen Uhren langsamer.

 
Beobachten wir z.B. ein Objekt, welches in ein Schwarzes Loch fällt und dabei seiner Eigenzeit nach jede Sekunde ein Signal aussendet:
 
Wir werden feststellen, dass — nach unserer, des Beobachters, Eigenzeit — die Abstände zwischen den Signalen immer größer werden, auch nachdem man die Laufzeiten der Signale in Rechnung gestellt hat.
 
Die Zeit verrinnt im Objekt immer langsamer, je näher das Objekt dem Schwarzen Loch kommt, bis sie schließlich stillsteht und damit das Objekt für uns alle Zeit am gleichen Ort erscheint.
 


 
Dass auch weltweit bekannte Physiker und Buchautoren sich nicht immer völlig unzweideutig ausdrücken, wenn sie über unterschiedlich schnell verstreichende
E i g e n z e i t  sprechen, zeigt folgendes Zitat:


Steven S. Gubser (Zitat von S. 2-3 seines Buches Das kleine Buch der Stringtheorie, 2011):
 
Wenn jemand ganz schnell im Kreis läuft, während ihm jemand, der daneben steht, zuschaut, verstreicht die Zeit für den Läufer langsamer als die Zeit für den Zuschauer.
 
Wenn beide eine Uhr bei sich tragen, vergeht auf der Uhr des Läufers weniger Zeit als auf der des ruhenden Zuschauers.
 


Die erste dieser beiden Aussagen wäre weniger missverständlich, wenn da stünde » vergeht für den Läufer weniger Zeit als für den Zuschauer «.

 

  Beitrag 1997-80
Bernd Sonne und Reinhard Weiß rechnen das Zwillingsparadoxon auf Basis nur der SRT nach

 


Beschleunigung — und wirklich nur sie — dehnt Eigenzeit

Henry in 1997-67:
 
Um nicht immer aus Wikipedia zu zitieren:

» Durch Einstein wurde unser Verständnis von Raum und Zeit radikal neu gestaltet: Phänomene wie Zeitdilatation und Lorentz-Kontraktion und die Verschmelzung von Raum und Zeit im Raum-Zeit-Kontinuum sind eine natürliche Konsequenz der Speziellen Relativitätstheorie. «


Ein Zitat aus http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/ von Dr. Andreas Müller.

Der Autor Dr. Andreas Müller ist Astrophysiker und wissenschaftlicher Koordinator im Exzellenzcluster "Origin and Structure of the Universe" der Technischen Universität München.


Hallo Henry,

diese Aussage Müllers ist richtig — aber eben  n u r  wegen der Vergröberung, mit der sie formuliert ist. Diese Vergröberung (ein Ausblenden wirklich wichtiger Details) besteht darin, dass diese Formulierung den qualitativen Unterschied zwischen der Raumzeit einerseits und beobachterspezifischen  S i c h t e n  darauf andererseits völlig ignoriert.

Tatsache ist:

Eine Dilation der Zeit und zu ihr korrelierte Kontraktion von Längen gibt es NUR im Sinne der  S i c h t e n ,
aber keineswegs im Sinne der Struktur der Raumzeit (der SRT) selbst.


Dass dem wirklich so ist, erkennt man sehr schön, wenn man sich zwei Personen X und Y vorstellt, die sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit zuerst voneinander ent­fernen um dann, wenn jeder den jeweils anderen in einer Entfernung von genau 100 km vermutet, mit eben derselben Geschwindigkeit wieder aufeinander zuzufliegen.
Bitte beachte:
  • Dies ist ein absolut symmetrisches Szenario.
  • Aus Sicht der einen Person geht die Uhr der jeweils anderen langsamer,
  • und doch werden beide Uhren — wenn die beiden Personen sich wieder treffen — genau gleiche Zeit anzeigen (das folgt aus der Symmetrie des Szenarios und ist deswegen so, weil X und Y dann ja auch wieder dasselbe Bezugssystem haben).

Wir sehen also: Das Zwillingsparadoxon gibt es  n u r  in der Raumzeit der ART, aber  n i c h t  in der Raumzeit der SRT.

In der SRT sind beobachtete Unterschiede wirklich  n u r  darauf zurückzuführen, dass Beobachter, die solche Unterschiede feststellen, aus unterschiedlichen Bezugs­systemen heraus argumentieren.

In der ART dageben kommt unterschiedliches Altern der Zwillinge durchaus zustande, da hier auch die für beide Personen unterschiedlichen Beschleunigungen mit be­rücksichtigt werden: eine Art von Kraftwirkung also, die die SRT gar nicht erst zu betrachten versucht.

Gruß,
grtgrt
 

PS: Eine erweiterte, über Einstein hinausgehende Form der SRT löst das Zwillingsparadoxon dennoch. Genauer:

Obgleich Einstein selbst im Rahmen der SRT niemals auch beschleunigte Bewegung diskutiert hat, hat man das — so etwa um das Jahr 2000 herum — dennoch versucht und hierbei schnell festgestellt, dass die Lorentztransformation der SRT auch Aussagen darüber machen kann, wie sich Beschleunigung auf das beschleu­nigte System auswirkt (siehe etwa ein durch Joachim Schulz beschriebenes Gedankenexperiment).

Dass solche Ergebnisse tatsächlich mit denen der ART übereinstimmen, wird — wenigstens für die dem Zwillingsparadoxon zugrundeliegende Situation — explizit nachgerechnet von Bernd Sonne und Reinhard Weiß in ihrem Buch Einsteins Theorien: Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie für interessierte Einsteiger und zur Wiederholung (Springer, 2013). Ihre Rechnung auf Seite 111 bis 129 des Buches zeigt klar, dass auch die SRT den für die Zwillinge entstandenen Altersunterschied

ausschließlich auf jene Phasen der Reise zurückführt, in denen die beiden Zwillinge unterschiedlich beschleunigt waren.


FAZIT also:
  • Wer von der SRT (in Einsteins Fassung) ausgeht, geht von einer Theorie aus, die zu beschleunigten Bewegungen nichts aussagen will und demnach auf die Situation des Zwillingsparadoxon gar nicht anwendbar ist.
  • Seit etwa 2000 aber geht man nicht mehr davon aus, dass die SRT — wenn man versucht, sie auch auf beschleunigte Bewegung anzuwenden — falsche Aussagen macht. Soweit man nämlich Beispiele in SRT  u n d  ART durchgerechnet hat, kam man zum gleichen Ergebnis (was aber nicht heißt, dass wirklich alles, was die ART sagt, auch mit Mitteln der SRT nachrechenbar wäre).
    Es kommt hier wohl die Tatsache zum Tragen, dass in jeder hinreichend kleinen Umgebung eines nicht singulären Punktes P der Raumzeit der ART die SRT sehr gute Approximation der ART ist.



 

 Beitrag 0-69
Was selbst geringe Beschleunigung — wenn sie lange genug anhält — bewirken kann

 
 

 
Was selbst geringe Beschleunigung — wenn sie lange genug anhält — bewirken kann

 
 
Auf den Seiten 208-211 seines Buches Die Physik des [ heute noch ] Unmöglichen (Rowohlt 2008) versucht der Physiker Michio Kaku zu erklären, was man mit einem sog. Staustrahltriebwerk erreichen könnte. Er schreibt da:
 


Michio Kaku (2008):
 
Im Prinzip könnte sich Staustrahltriebwerk — durch Aufsammeln im Weltraum reichlich vorhandenen Wasserstoffgases — bis in alle Ewigkeit selbst antreiben und schließlich weit entfernte Sonnensysteme erreichen.
 
Da die Zeit — laut Einstein — sich in der Rakete verlangsamt, könnte es möglich sein, astronomische Entfernungen zu überbrücken, ohne die Crew in einen Kälteschlaf versetzen zu müssen. Den Uhren an Bord zufolge würde man
  • nach 11 Jahren Beschleunigung mit 1g den Sternhaufen der Plejaden erreichen, der 400 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
     
  • Schon in 23 Jahren würde man zur Andromeda-Galxis gelangen, die 2 Mio Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
     
  • Rein theoretisch könnte so ein Raumschiff innerhalb der normalen Lebensspanne eines Besatzungsmitglieds selbst noch die Grenze des [ von der Erde aus ] sichtbaren Universums erreichen, obgleich auf der Erde dann schon viele Milliarden Jahre vergangen sein mögen.

 


 
Interessant ist, dass Kaku den erfolgreichen Bau eines Staustrahltriebwerks als » Umöglichkeit ersten Grades « einstuft, worunter er Techniken versteht, die mensch­liche Ingenieure heute noch weit überfordern, aber doch vielleicht schon im nächsten Jahrhundert möglich werden könnten (da sie keine bekannten Naturgesetzte verletzen und da erste Ideen sie zu verwirklichen schon existieren).
 


Michio Kaku (2008):
 
Mein Favorit unter den Kandidaten, die uns zu den Sternen bringen könnten, ist das Staustrahltriebwerk, denn:
 
Wasserstoff gibt es im Universum in Hülle und Fülle, und so ein Triebwerk könnte ihn auf seiner Reise einschaufeln und hätte somit eine unerschöpfliche Quelle für Rakententreibstoff. Der eingesammelte Wasserstoff würde auf einige Millionen Grad erhitzt, so dass er fusionierte und die Energie einer thermonuklearen Reaktion freisetzte.
 
Triebwerke dieser Art wurden 1960 vom Physiker Robert W. Bussard vorgeschlagen. Er berechnete das Gewicht eines Staustrahltriebwerks zu etwa 1.000 Tonnen um theoretisch einen ständigen Schub von 1g aufrecht erhalten zu können (1g = Schwerebeschleunigung — was mit dem Stehen auf der Erde vergleichbar ist).
 
Könnte ein Staustrahltriebwerk 1 Jahr lang mit 1g beschleunigen, würde es [ von der Erde aus gesehen ]   77 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen, so dass dann interstellare Reisen möglich sein könnten.
 
 
Die Erfordernisse für ein Staustrahltriebwerk sind einfach zu berechnen, denn
  • zum einen kennt man die durchschnittliche Dichte von Wasserstoffgas im Universum,
     
  • und zum anderen können wir ungefähr errechnen, wie viel Wasserstoff verbrannt werden muss, um ständige Beschleunigung von 1g zu erreichen.
     
  • Hieraus lässt sich die Größe der Schaufel ableiten, die notwendig wäre, den Wasserstoff einzusammeln (unter plausiblen Annahmen lässt sich ausrechnen, dass eine Schaufel von etwa 160 km Durchmesser ausreichen würde. Sie im Weltraum zu bauen könnte — dank der Schwerelosigkeit dort — tatsächlich machbar sein.

 



 

 Beitrag 0-14
Die gesamte Natur ist Summe aus Geist, Zufall und Energie

 
 

 
Die Natur ist:  Geist, Zufall und Energie

 
 
So wie die Bibel den Gott, von dem sie spricht, als Summe von 3 Personen sieht, so muss Naturwissenschaft bekennen:
 
Der Gegenstand ihrer Betrachtung — die Natur — existiert ganz offensichtlich als Summe von 3 Phänomenen, die man kurz als
 
 
Geist, Zufall, und Energie

 
bezeichnet, dann aber doch etwas erklären muss:
 
  • Unter Geist versteht der Naturwissenschaftler das Wirken zeitlos gültiger mathematischer Gesetze.
    Sie existieren und wirken unabhängig davon, ob der Mensch sie nun kennt oder nicht, d.h. ob er sie schon entdeckt oder eben noch nicht entdeckt hat.
     
  • Zufall — gemeint ist absoluter Zufall im Sinne der Quantenphysik — regiert überall dort, wo mathematisches Gesetz keine Vorschriften mehr macht (d.h. berall dort, wo der einem existierenden Zustand innewohnende Drang, sich zu verändern, nach mindestens zwei Richtungen hin absolut gleich stark ist).
     
  • Energie schließlich ist zu verstehen als quantifizierbares Wirkpotential. Es kann (aus Sicht der Physiker) in recht unterschiedlichen Formen vorliegen, i.W. als
     
    • kinetische Energie
    • als Kraft, die drückt oder zieht
    • oder als potenzielle Energie (die aber eher doch nur Erscheinungsform drückender oder ziehender Kraft ist).

 
Das mit Abstand wichtigste Phänomen, über das absoluter Zufall sich bemerkbar macht, ist Quantenfluktuation (Vakuumfluktuation). Wir können heute nicht ausschließen, dass selbst der sich anscheinend völlig zufällig ergebende Wert einer quantenphysikalischen Messung durch Quantenfluktuation beeinflusst eintritt.
 
Da durch Quantenfluktuation stets Paare virtueller Teilchen entstehen bzw. sich gegenseitig vernichten, muss — wer den Energie-Erhaltungssatz ernst nimmt — aller Energie, die in Form von Elementarteilchen existiert, eine Art logisches Vorzeichen zuschreiben. Dieses Vorzeichen mit berücksichtigt, könnte die Summe aller Energie stets Null sein, womit dann klar wäre, dass selbst alle Energie noch allein durch Geist und absoluten Zufall erzeugt sein könnte.
 
Da absoluter Zufall einfach nur das Fehlen einer vom Geist gegebenen Regel ist, wäre so die gesamte Natur auf Geist und Zufall allein zurückgeführt.

 

  Beitrag 2102-145
Das Bild, das wir uns vom Existierenden machen, ist oft allzu einseitig

 
 
Hans-m in 2102-143:
 
Wie wir unsere Welt wahrnehmen hängt nur von den Informationen ab, die uns unsere Sinne liefern. Aber auch jene Ereignisse, die wir nicht wahrnehmen, sind trotzdem existent.

Daher dürfen wir das Universum nicht ausschließlich nach dem beurteilen, was es uns preisgibt.



Das ist absolut richtig und gilt nicht nur für Ereignisse, sondern auch für Eigenschaften, die wir Vorhandenem zuschrieben.

Die Situation ist immer die gleiche: Wir haben einen Sinneseindruck, den wir extrapolieren, und so zu einem Bild machen, wie die Wirklichkeit aussehen könnte.
Wer nicht vorsichtig genug ist, macht den Fehler, das Bild mit der Wirklichkeit gleichzusetzen.

Extrapolation aber vergrößert Fehler, und da unser Sinneseindruck — das, was das Universum uns über sich preisgibt — nur einen extrem kleinen Teil aller existierenden Dinge, Ereignisse und ihrer Eigenschaften zum Gegenstand hat,  m ü s s e n  wir geradezu damit rechnen, dass es deutlich anders ist als wir denken.


PS: Hans-Peter Dürrs gut begründete Feststellung » Es gibt keine Materie « ist eindrucksvollstes Beispiel dieser Tatsache.

Aber schon Bhudda war klar: Wer 7 von Geburt an Blinde zum ersten Mal an einen Elephanten heranführt, ihn zu berühren, wird feststellen, dass die entsprechende Sinneswahrnehmunug jener Blinden sie zu sieben völlig verschiedenen Vorstellungen führt, was für eine Art Tier der Elefant denn wirklich sei.

 

  Beitrag 2039-1
Es gibt keine Materie — erst unsere Sinne konstruieren sie (als Eindruck)

 
 
Wie es zur Illusion anfassbarer Objekte kommt, und wo der Anfang von Leben zu finden sein könnte, wurde hier im Forum schon mehrfach gefragt und zu beantworten versucht.

Eben aber finde ich in Hans-Peter Dürrs Buch "Geist, Kosmos und Physik" einige ganz besonders interessante Feststellungen dazu. Sie sind Kern seines modernen, holistischen Weltbildes, welches sich auf die Erkenntnisse der Quantenphysik gründet:


Zitat von Dürr (S. 36-37, etwas gekürzt):
 
Die neue Weltsicht ist im Grunde holistisch, nicht atomistisch: Es existiert eigentlich nur das Eine, das Ungetrennte, das Untrennbare. ...

Das untrennbare Eine ist Prozesshaftes, Potentialität, aber nicht nur Möglichkeit, sondern auch das Vermögen zur Schaffung von Realität und von greifbar Seiendem [bestehend aus anfassbaren Objekten].

Die zeitliche Evolution besteht in einem fortschreitenden Prozess der Differenzierung dieses Untrennbaren durch Errichtung von Grenzzäunen (physikalisch: auslöschende Überlagerung von Potentialwellen).

Man ist an Zellteilung erinnert, wo sich eine Zelle ja auch vermehrt durch Neubildung von Zellwänden.

Dies imitiert die Entstehung unabhängiger Subsysteme, die als Teile des Gesamtsystems fungieren und aus denen dieses Gesamtsystem "zusammengesetzt" erscheint. Dies ist aber nie der Fall, weil der Zusammenhang viel tiefer geht, so wie etwa die sichtbar getrennten weißen Schaumkronen auf stürmischer See ja auch nicht die Betrachtung rechtfertigen, das Meer sei aus Wellen und Schaumkronen zusammengesetzt.

Das Sinnstiftende im Zusammenwirken der Als-ob-Teile entsteht immer aus dem Ganzen, das sie einschließt. Dieses Ganze, Eine, ist immer da.

Auch wir, die wir alle hier im Raum leben, sollten uns nicht vorstellen, dass wir wirklich getrennte Teile dieser Wirklichkeit sind, lose zusammengehalten durch einige Licht-, Laut- und andere von der Physik identifizierbaren Signale, die wir uns zur Verständigung wechselseitig zuwerfen. Wir sind alle Teile dieses selben Einen, derselben Potentialität, und spüren das auch: Wie sonst nämlich könnten ein paar hingeworfene Worte und Sätze mit ihrem dürftigen, abzählbaren Informationsgehalt sich in unserem jeweiligen Bewusstsein so reich entfalten.
 


Hier wird ganz klar deutlich, dass alles materiell Existierende seiner wahren Natur nach nur Wellenpaket ist.

Und so schreibt Dürr denn auch:


Zitat von Dürr, S. 44:
Ich habe als Physiker 50 Jahre lang — mein ganzes Forscherleben — damit verbracht zu fragen, was eigentlich hinter der Materie steckt. Des Endergebnis ist ganz einfach:

Es gibt keine Materie!


Diese so provokativ klingende Aussage Dürrs soll aufrütteln und uns klar machen:

Was unsere Interpretation der Wirklichkeit als Materie kennt, kennt sie auch als Wellenpaket im Feld der 4 physikalischen Grundkräfte.



Interessant ist ferner wie sich Dürr vorstellt,
  • dass es zu Leben kam,
  • dass materielle Objekte, Lebewesen und Anderes, nur endlich langes Leben haben und
  • wie sich Emergenz erklärt (er benutzt dieses Wort nicht, erklärt ihr Zustandekommen aber wenigstens ansatzweise):


Zitat von Dürr, S. 39-42, einiger Kürzungen wegen nicht ganz wörtlich:
 
Unsere Mesowelt ist eine statistisch ausgemittelte Mikrowelt (vergleichbar einem Ameisenhaufen, der von Ferne wie ein statischer Hügel aussieht, der beim genauen Hinsehen aber ungeheuere Beweglichkeit zeigt: Dass sich dies Gewimmel nicht auch im Großen ausprägt, liegt daran, dass für jede Ameise, die in einer Richtung läuft, es immer auch eine andere gibt, die das Umgekehrte macht, weshalb dann im Durchschnitt keine Bewegung des Ganzen sichtbar ist).

Dass diese Ausmittelung so vollständig gelingt, liegt wesentlich am 2. Hauptsatz der Thermodynamik, welcher besagt, dass in einem sich selbst überlassenen System jede Besonderheit, jedes Ausgezeichnetsein, im Laufe der Zeit zerstört wird (man denke an einen Schreibtisch, der, wenn wir nicht aufräumen, immer unordentlicher wird).

Deshalb verstehen wir nicht, wie es in der Natur mit ihrem starken Hang zur Unordnung überhaupt dazu kommt, dass sich bei der Evolution hochdifferenzierter Systeme (wie uns Menschen etwa) Unordnung über lange Zeit hinweg hinweg nicht durchsetzen kann.

Was also ist da passiert? Hat die Natur für ihren lebendigen Teil nicht vielleicht doch bei einer höheren Instanz eine Ausnahmeregelung den Zweiten Hauptsatz betreffend erwirkt?

Nach heutiger Einsicht scheint es keine solche Ausnahmeregelung zu geben. Die unbelebte wie die belebte Natur basieren auf derselben Art von Prä-Materie, die im Grunde eigentlich keine Materie ist. Sie kann sich auf verschiedene Weise organisieren:
  • Einmal ungeordnet und unkorreliert. Dann wird das resultierende Gesamtsystem stumpf, langweilig, apathisch (und wir nennen es unbelebte Materie).
  • Prä-Materie kann sich aber auch auf differenziertere, raffiniertere Weise formieren. Es entstehen dann Stukturen, in denen das im Grunde embryonal Lebendige selbst noch in der Mesowelt zum Ausdruck kommt und so lebendiger Organismus wird. Die eingeprägte Potentialität wird makroskopisch sichtbar. Das Gesamtsystem muss dazu weit weg von seinem Gleichgewichtszustand sein, um ein Ausmitteln seiner inneren Lebendigkeit zu vermeiden.
    Stellen Sie sich ein physikalisches Pendel vor (als herabhängenden, beweglichen Stab mit einem Gewicht unten). Es pendelt beim Anstoßen vorhersehbar und berechenbar um seine unter stabile Gleichgewichtslage. Dreht man aber Stab und Gewicht weit weg von unteren, stabilen Gleichgewicht nach ganz oben, so gibt es dort eine weitere Gleichgewichtslage. Sie ist instabil, und so wissen wir nicht, ob das Pendel auf die eine oder die andere Seite fallen wird. In diesem Instabilitätspunkt wird die inhärente Lebendigkeit des Systems sichtbar, weil es von winzig kleinen Unterschieden abhängt, ob der Pendel zum einen oder zum anderen Bewegungsablauf veranlasst wird. Die Naturwissenschaft kennt viele Systeme mit solch eingeprägten, dynamischen Instabilitäten. Sie führen zu, wie man sagt, "chaotischem" Bewegungsverhalten: Kleine Veränderungen in den Ursachen bewirken extrem große Unterschiede in den Folgen: Der Schlag eines Schmetterlings kann einen Taifun auslösen.

Leben — belebte makroskopische Oranismen — erfordern Strukturen in der Nähe inhärenter Instabilitäten. Aber Instabilitäten kippen. Um sie also lange in der Balance zu halten, müssen sie dauernd nachjustiert werden durch etwas, das sie neu austariert (intelligente Zuführung von Energie).

Diese Situation steht nicht im Widerspruch zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik (d.h. zur allgegenwärtigen, dominanten Tendenz zur Unordnung). Denn es ist ja auch unsere ordnende Hand, die unseren Schreibtisch immer wieder in Ordnung bringen kann. Sie darf dabei aber nicht nur werkeln; sie muss darauf achten, was sie tut: Sie muss intelligent sein, den sonst beschleunigt sie nur den Prozess hin zur Unordnung.

Lebendige Systeme brauchen deswegen ... Intelligenz, eine geistige Führung, die prinzipiell im immateriellen Form-Grund verankert ist und sich in der Milliarden Jahre langen Evolution des Biosystems durch ein Plus-Summen-Spiel in komplexen Verästelungen immer höher entwickelt hat.
 

 

  Beitrag 2102-146
Ein Standardargument all derer, die Denkverbote aufstellen wollen, ist ...

 
Grtgrt in 2102-145:
...das, was das Universum uns über sich preisgibt — nur einen extrem kleinen Teil aller existierenden Dinge, Ereignisse und ihrer Eigenschaften zum Gegenstand hat,  m ü s s e n  wir geradezu damit rechnen, dass es deutlich anders ist als wir denken.

Hallo Grtgrt,

das kommt darauf an, worüber man redet.
Wenn man über das physikalische Universum redet, dann können wir das Universum ausschließlich nach dem beurteilen, was es uns preisgibt.

Wer nur über esoterische Wald- und Wiesenphilosophie mit religiöser Einfärbung reden will, der rechnet immer damit, dass es deutlich anders ist als die Physiker denken.

Aber das bringt die Wissenschaft nicht weiter.

M.f.G. Eugen Bauhof
 

  Beitrag 2102-148
aber: Denkverbote machen keinen Sinn

 
 
Ja, Eugen,

so allgemein gesprochen (2102-146) hast Du natürlich recht.

Aber die richtige Grenze zu ziehen ist schwierig: Was genau gibt das Universum uns denn preis?
  • Wollen wir darunter verstehen, was der oder jener, diese oder jene Wissenschaft schon erkannt hat?
  • Oder eher das, was im Prinzip erkennbar sein könnte?
  • Und wenn ja: Woher wollen wir so genau wissen, was prinzipiell erkennbar sein kann? Viel davon wird ja schließlich etwas sein, dessen Existenz uns heute noch nicht mal im Entferntesten bewusst ist.

Kurz: Ich halte rein gar nichts von Denkverboten.


Sinnvoller Prüfstein der Sinnhaftigkeit unseres Denkens und Diskutierens kann allein sein,

wie logisch unangreifbar vorgebrachte Argumente sind.


Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 2102-150
-

 
Hallo Eugen Bauhof,

Bauhof in 2102-146:
Wer nur über esoterische Wald- und Wiesenphilosophie mit religiöser Einfärbung reden will, der rechnet immer damit, dass es deutlich anders ist als die Physiker denken.

Aber das bringt die Wissenschaft nicht weiter.

Ansichtssache.

Ein allseits bekannter Experte soll mal gesagt haben: Phantasie sei wichtiger als Wissen.

MfG
Harti
 

  Beitrag 2104-12
Kann Geist nur als Teil eines Körpers existieren (anders gefragt: stirbt er mit dem Körper)?

 
 
Hans-m in 2104-3:
 
Geist ohne Körper ist wie ein Programm ohne Prozessor.

Für jeden Gedanken, den wir haben, benötigen wir unser Gehirn.
Unser Körper, in dem Fall das Gehirn, ist somit die Hardware, ohne die die Software (Bewusstsein) nicht existieren würde.


Ich würde vorsichter sagen: Für jeden Gedanken, den  w i r  haben, benötigen wir unser Gehirn.

Aber kann denn wirklich jemand beweisen, dass es keine Wesen geben  k a n n , die NUR aus Geist bestehen?
Und wie plausibel wäre die Annahme, dass dem so ist?


Man bedenke:
  • Materie ist nur  e i n e  Form, in der Energie vorkommt.
  • Und nach Harald Lesch haben nur etwa 5% aller Energie in unserem Universum eben diese Form.

 

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