Objekt vs Modell (in der Physik)

   


Ein recht naheliegendes Weltmodell

   





D i s k u s s i o n


 Beitrag 0-218
Was Quantenphysik von klassischer Physik unterscheidet

 
 

 
Unterschiede zwischen

Quantenphysik und klassischer Physik

 
 
Unterschied 1:  Die Rolle des Zufalls
     
  • Im alltäglichen Sprachgebrauch bezeichnen wir als zufällig, was durch uns nicht vorhersehbar ist.
     
  • Nach klassischer Physik ist der Zufall eine rein subjektive Erscheinung, die überall dort auftritt, wo ein Geschehen nicht durchschaut und vorausberechnet werden kann. Es gilt dennoch als vollkommen determiniert.
     
  • Ganz anders in der Quantentheorie: Dort sind die Möglichkeiten eines Systems durch vollkommen festgelegt, aber nicht, aus welchen davon Fakten werden: Die Wahrscheinlichkeiten, mit der Möglichkeiten realisierbar sind, ist genau bestimmt und berechenbar. Die sich im Einzelfall ergebenden Fakten allerdings sind objektiv zufällig. Die Annahme, sie seinen an sich wohlbestimmt aber unbekannt, gilt als experimentell widerlegt (Stichwort: Bellsche Messung).
     
    Da sich Fakten aber stets nur im Rahmen naturgesetzlich genau festgelegter Möglichkeiten ergeben können, unterscheidet sich der quantenphysikalische Zufall ganz erheblich von einer rein strukturlosen Willkür, unter deren Regie sich gleichsam alles ergeben könnte.

 
Unterschied 2:  Der Stellenwert von Reduktionismus

 
Die klassischen ebenso wie die quantischen Objekte bilden ein dynamisches Gewebe, in dem es ständig durch Wechselwirkung zu Emergenz, aber auch zu ständig neuer Trennung und Differenzierung kommt.
     
  • Eine Besonderheit der Quantenphysik besteht nun aber darin, dass solche Trennungen keineswegs räumlich erfolgen müssen: Bosonen können sich räumlich durchdringen und dennoch als Objekte klar voneinander getrennt sein (elektromagnetische Wellen sind das wohl bekannteste Beispiel hierfür: sie ignorieren einander).
     
  • Dennoch ist ein Tisch — ja sogar der gesamte Inhalt des Weltalls — aus Sicht der Quantenphysik ein einziges Ganzes (also nicht wie aus Sicht der klassischen Physik eine Menge kleinster, strukturloser Teile, in die sich das Ganze so zerlegen ließe, dass jeder dieser kleinsten Teile unverändert bliebe).

 
Unterschied 3:  Beschreibungsgegenstand

 
Klassische Physik beschreibt  F a k t e n ,
 
d.h. Ergebnisse quantenphysikalischer "Messung" (bzw. quantenphysikalischer Ereignisse).
 
 
Quantenphysik zeigt zudem alle durch das Eintreten solcher Fakten neu entstandenen  M ö g l i c h k e i t e n .

 
 
Wichtige Konsequenz dieses Unterschiedes ist, dass — wo man ein Objekt als aus Teilen zusammengesetzt sieht —
     
  • der Zustandsraum des Objekts in der klassischen Physik die direkte  S u m m e  der Zustandsräume dieser Teile ist,
     
  • wohingegen er sich in der Quantenphysik als ihr direktes  P r o d u k t  ( Tensorprodukt ) darstellt.

 
Wie Thomas Görnitz auf den Seiten 379-381 des Buches Thomas & Brigitte Görnitz: Der kreative Kosmos (2002) über einen Beweis des No-Cloning-Theorems zeigt, sind nur die Zustände kopierbar (nachbildbar), die einen  v o l l s t ä n d i g  definierten quantenphysikalischen Zustand darstellen.
 
Sie und  n u r  sie sind Zustände im Sinne der klassischen Physik. Jede Messfrage, die einer quantenphysikalischen Messung zugrunde liegt, wählt einen möglichen klassischen Zustand und frägt dann, ob das Quantensystem sich in ihm befindet. Daher kann die Antwort auf die Messfrage stets nur ein JA oder ein NEIN sein.
 
Der gegebenen Antwort entsprechend wird die Messung den Zustand des Quantensystems
     
  • bei Antwort JA in den Zustandsteilraum versetzt haben, der die abgefragten Eigenschaften garantiert,
     
  • bei Antwort NEIN aber in einen zu ihm orthogonalen.

Note: Jeder vollständig bestimmte Zustand entspricht einer Richtung im Zustandsraum (d.h. einer Geraden durch dessen Ursprung). Messung verändert diese Richtung.
 
Statt klassischer Zustände die deutlich mehr Information tragenden quantenphysikalischen zu betrachten bedeutet nichts anders als an jeden klassischen Zustand angehängt auch die Wellenfunktion zu sehen, nach der sich das Gesamtsystem (genauer: seine Wirkwahrscheinlichkeit) ausgehend von diesem Zustand — falls er mal eingetreten sein sollte — so lange durch Zeit und Raum fortentwickelt, bis eine erneute "Messung" des Quantensystems (ein sog. Kollaps der Wellenfunktion) sie durch eine neue Version ihrer selbst ersetzt.
 
Wirkwahrscheinlichkeit in diesem Sinne ist das Quadrat der zeit- und ortsabhängigen Amplitude der normierten Wellenfunktion.
 
Man kann sie verstehen als die Nachdrücklichkeit n(x,t), mit der das Quantensystem an Stellen (x,t) der Raumzeit versucht, Quantenereignisse auszulösen.

 

 Beitrag 0-58
Zum Begriff physikalischer Theorien und Objekte

 
 

 
Zum Begriff physikalischer Objekte

 
 
Die Wurzeln der Disziplin Theoretische Physik reichen zurück bis in die Zeit der Vorsokratiker (etwa 500 v.Chr.). Spätestens seit Isaac Newton bedient sich die Theoretische Physik zum Aufschreiben ihrer Ergebnisse zwingend der Mathematik. Der mathematische Zweig der Differentialrechnung etwa wurde durch Newton (und parallel dazu durch Leibniz) zu eigens diesem Zweck erfunden und entwickelt.
 
Dennoch sehen gerade die Vertreter der Theoretischen Physik sich häufig — und weit mehr als andere Wissenschaftler — dem Vorwurf ausgesetzt, was sie da vorbrächten sei einfach nur eine mehr oder weniger haltlose Vermutung und allzu weit hergeholt. Dem ist entgegenzuhalten, dass solche Vermutungen vor allem dem Zweck dienen, keinen Lösungsansatz zu übersehen, nur weil er so gar nicht naheliegt oder so gar nicht dem entspricht, was unsere Erfahrung uns nahelegt. Dass die meisten ihrer Denkansätze die Natur missverstehen, ist den theoretischen Physikern bewusst. Jede Idee dennoch zu prüfen und nach Argumenten zu suchen, sie zu widerlegen, ist dennoch ihre Pflicht, denn schon allzu oft hat ganz extrem Unwahrscheinliches sich später doch als wahr erwiesen.
 
 
Heute also gilt: Theoretische Physik ist kreative Anwendung hoch komplizierter mathematischer Konstrukte mit dem Hintergedanken, dass die Mathematik uns hilft, die Welt in der wir leben, zu entdecken, zu verstehen und ihrem Verhalten uns gegenüber vorhersagbar zu machen.
 
Aus mathematischer Sicht ist jedes physikalische Objekt ein
 
 
Gegenstand ( Eigenschaften, Theorie )

 
wobei
  • sich der Gegenstand — als gedankliches Bild einer Kategorie physikalischer Objekte gleicher Art — über die genannte Menge von Eigenschaften definiert,
     
  • jede dieser Eigenschaften durch eine Zahl quantifizierbar ist
     
  • und die so erhaltenen Zahlen (Eigenschaftswerte) der genannten Theorie gehorchen.
     
  • Die Theorie wiederum ist nichts anderes als ein Gleichungssystem, welches beschreibt, in welcher Abhängigkeit mögliche Werte der einzelnen Eigenschaften zueinander stehen: Jede Lösung des Gleichungssystems beschreibt — als Menge von Eigenschaftswerten — genau eine Objektinstanz.

 
Streng genommen also ist jede Lösung der Theorie — jedes konkrete physikalische Objekt —
 
eine Abbildung der Menge aller Eigenschaften in die Menge aller reellen Zahlen.

 
 
Da nun aber Objekte im Sinne der Physik so gut wie immer zeitabhängig betrachtet werden — und sich ihre Eigenschaftswerte mit der Zeit ändern — werden Physiker sehr oft erst dann von einer Lösung der Theorie sprechen, wenn sie eine ganze Schar mathematischer Lösungen meinen, deren Scharparameter der Zeitwert ist.
 
Noch allgemeiner: Wo z.B. die Stringtheoretiker behaupten, ihre Theorie hätte so etwa 10500 Lösungen (deren jede ein konkrete Instanz des Gegenstandes "Raumzeit mit allen ber die gesamte Zeit hinweg darin existierenden Dingen" beschreibt), ist damit eine Schar von Lösungen gemeint, die mindesten zwei Scharparameter hat: die Zeit einerseits und die sog. Kopplungskonstante andererseits.
 
 
Wer sich nun aber vor Augen führt, dass jedes Gleichungssystem mit mehr als zwei Unbekannten — nennen wir sie Z und K in Anlehnung ans eben gegebene Beispiel — sehr viele Lösungen haben kann, die aber alle in Z und K denselben Wert haben, so wird klar, dass jede Schar von Lösungen der Theorie selbst wieder Vereinigung kleinerer, aber immer noch beliebig großer Scharen sein kann.
 
    Diese Tatsache übringens führt nicht selten zur Entdeckung neuer, bis dahin völlig unbekannter Phänomene. Beispiel für ein auf diesem Wege entdecktes Phönomen ist Antimaterie. Paul Dirac konnte 1928 die Existenz eines » positiv geladenen Elektrons « (man nennt es heute das Proton) vorhersagen, da sie ihm auffiel, dass eine von ihm betrachtet quadratische Gleichung statt nur einer Lösung — die die Ladung des Elektrons beschrieb — gleich deren zwei hatte, die sich nur im Vorzeichen unterschieden.

 
Wir sehen: Die Aussage der Stringtheoretiker, ihre Theorie hätte wohl so etwa 10500 Lösungen, sagt rein gar nichts. Das einzige, was wir mit Sicherheit wissen, ist, dass die Stringtheorie — sollte ihr Gleichungssystem denn jemals endgültig formuliert sein — sicher noch weit mehr Lösungen haben wird als Einstein Feldgleichungen (d.h. die Allgemeine Relativitätstheorie). Schon die aber hat unendlich viele  g e s c h l o s s e n e  Lösungen — z.B. die, welche man das Gödel-Universum nennt.
 
Hinzu kommt: Die meisten Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie sind überhaupt nicht in geschlossener Form angebbar (als Formel also), sondern nur mit Hilfe komplizierter Rechnung als Menge der sie darstellenden Eigenschaftswerte schrittweise (und stets nur näherungsweise) konstruierbar.
 
 
Nun ist allerdings zu beachten, dass Lösungen, die der Physiker sucht, fast immer Lösungen eines bestimmten Anfangswertproblems sein sollen.
 
Was das bedeutet, beschreibt Martin Bojowald wie folgt (unter der Voraussetzung, dass der betrachtete Gegenstand ein Modell unseres Universums sei):
 


Bojowald ( S. 309-311 seines Buches Zurück vor den Urknall ):
 

In der Kosmologie spielt die Eindeutigkeit der Lösung einer Theorie der Raumzeit eine wichtige Rolle — denn schließlich können wir ja nur ein einziges Universum beobachten: da, in dem wir leben. Leider erhält man Eindeutigkeit nie umsonst, sondern stets nur über zusätzliche (die Theorie einschränkenden) Annahmen, die mehr oder weniger natürlich erscheinen mögen. Sie treten in zwei prinzipiell unterschiedlichen Rollen auf:
  • als Annahmen, die zum Aufstellen einer Theorie nötig sind,
  • aber auch als Annahmen zur Auswahl von Lösungen der dann schließlich gegebenen Theorie.

Zu Annahmen der zweiten Art kommt man über eine standardisierte Operation, die eng mit der mathematischen Art der Gleichungen zusammenhängt, die in in physikalischen Gesetzen Verwendung finden: Es sind dies (meist partielle) Differential-, hin und wieder aber auch Differenzengleichungen, die zu bestimmen haben, wie sich eine Größe ändert, wenn man sich in Raum oder Zeit — oder im Sinne eines anderen abstrakten Parameters — bewegt.
 
Um die Lösung eindeutig zu machen, reicht es nun aber nicht, lediglich zu wissen, wie sich sich ändert, wenn man sich bewegt: Man benötigt zusätzlich einen Standpunkt, von dem aus solche Änderungen ausgehen. Er kann sein
  • eine Anfangsbedingung (d.h. man legt fest, welchen Wert die untersuchte Größe zu dem  Z e i t p u n k t  hat, von dem man ausgeht)
  • oder eine Randbedingung (was bedeutet, dass man festlegt, von welchem Wert der Größe man am Rande des jeweils untersuchten  R a u m g e b i e t e s  ausgeht)
Anfangs- und Randbedingung können als das theoretische Äquivalent der Entscheidung eines Experimentators zu Aufbau und Durchführung seines Experiments angesehen werden. Die Theorie selbst aber soll, mindestens näherungsweise, dem Verhalten der Natur entsprechen — so wie uns auferlegte Naturgesetze es erwarten lassen.
 
Ein Experiment ist dann immer eine spezielle Situation in der Natur, die durch den Experimentaufbau (z.B. ein Pendel) und die gewählte Ausgangsposition (z.B. die Position, von der aus man das Pendel frei schwingen lässt) spezifiziert ist.
 
Also: Die Theorie wird durch die Wahl eines bestimmten natürlichen Phänomens fixiert, aber erst seine spezifische Realisierung liefert die Randbedingungen, von denen ausgehend man unter Berücksichtigung seiner allgemeinen Möglichkeiten eine Lösung sucht.
 


Festzuhalten bleibt:
 
 
Wer von der Lösung einer Theorie spricht, meint damit i.d.R.
 
eine Lösung, die gewisse Randbedingungen respektiert,
 
die aber keineswegs aus der Theorie selbst kommen.
 
 
Lösungen solcher Art beschreiben das betrachtete physikalische Objekt dann meist auch nur lokal.

 
 
 
Schönes Beispiel hierfür ist die Schwarzschild-Metrik (als die Lösung von Einsteins Feldgleichungen, die 1916 als erste gefunden wurde): Karl Schwarzschild betrachtete den Außen­raum einer kugelsymmetrischen Massenverteilung. Hier verschwindet der Energie-Impuls-Tensor und die Metrik hängt nur von einer radialen Koordinate ab. Die resultierende Raum-Zeit-Struktur nennt man heute ein » Schwarzes Loch «. Sie ist durch einen sog. Ereignishorizont gekennzeichnet, der die zentrale Singularität abschirmt.
 
Noch weit exotischer ist eine von Kurt Gödel gefundene Schar von Lösungen: der sog. » Gödelsche Kosmos «. Er lässt geschlossene Zeitlinien zu und wurde von Einstein als eher nicht die wirkliche Welt beschreibend eingestuft (genauer müsste man eigentlich sagen "keine wirklich existierende  R e g i o n  unserer Welt").


 

 Beitrag 0-136
Jedes physikalische Modell hat zwei Ebenen unterschiedlicher Verbindlichkeit: Begriffe und Relationen

 
 

 
Die beiden Ebenen physikalischer Modelle

 
 
Nach Josef Honerkamp — er war 30 Jahre lang Professor für Theoretische Physik — gibt es in jedem physikalischen Modell zwei Ebenen, die keineswegs gleich verbindlich sind:
  • die Ebene der Begriffe
     
  • und die Ebene der Relationen zwischen diesen Begriffen.
Während man die Relationen — soweit sie sich in Prüfungen bewährt haben — als festen, verlässlichen Bestandteil des Wissens der Menschheit anzusehen hat, unterliegen die Begriffe im Laufe der Zeit häufig einem Wandel: Sie sind Provisorien, von denen keines so richtig passen will, und so werden sie hin und wieder durch neue ersetzt oder gar auch als überflüssig erkannt (so wie Einstein z.B. den Begriff des Äthers als überflüssig erkannt hat).
 
Die Ebene der Begriffe ergibt sich aus unseren Denkgewohnheiten: Noch Unverstandenes versuchen wir zu begreifen, indem wir es mit Dingen vergleichen, die wir schon gut verstanden zu haben glauben.
 
Im Nachhinein, so schreibt Honerkamp, erscheinen uns überwundene Vorstellungen von einem Begriff wie Vorurteile, und so könne die Wissenschaft insgesamt als ein nie endendes Menschheitsprojekt zur Überwindung von Vorurteilen gesehen werden.
 
 
    Besonders klar wird das, wenn man sich vor Augen führt, wie der Begriff » Materie « sich im Laufe der Zeit gewandelt hat:
     
    Noch Ende des 19. Jahrhunderts sahen die Physiker Materie als Menge von Atomen, deren jedes man sich zunächst als kleines Körnchen vorgestellt hat.
     
    1911 hat Rutherford den Begriff des Körnchens ersetzt durch sein Planetenmodell, und schon 2 Jahre später sprach Bohr von einem Schalenmodell.
     
    Der damaligen Denkgewohnheit entsprechend hat man sich mechanische Modelle gewünscht (wie es diese 3 Vorstellungen ja auch waren). Der britische Physiker Lord Kelvin etwa soll offen bekannt haben, dass er die Maxwellschen Gleichungen nicht verstehen könne, da ihm ein mechanisches Modell dazu fehle.
     
    Erst langsam akzeptierten die Physiker, dass die Welt nicht nur aus Teilchen, sondern auch aus Feldern bestehend gedacht werden kann.
     
    Heute — etwa 100 Jahre später — beginnt man, den Teilchenbegriff im atomaren und subatomaren Bereich ganz fallen zu lassen und voll auf den Feldbegriff zu setzen: Jede Art von Elementarteilchen wird als wellenförmige Anregung eines dieser Art zugeordneten Feldes gesehen.
     
    Ein Wasserstoffatom etwa würden wir heute gar nicht mehr als "real" existierend ansehen, wenn mit "real" gemeint sin soll, dass es all seinen Eigenschaften nach stets wohlbestimmt und vor allem auch irgendwo lokalisierbar ist. Wir sehen ein, dass es Realität solcher Art ganz offensichtlich erst beginnend mit der Skala mittler Dimensionen gibt (der mesoskopischen).


Honerkamp drückt es so aus:
 
Heute müssen wir konstatieren, dass die Quantenmechanik eine in allen Experimenten erfolgreich geprüfte Theorie ist, die uns zeigt, dass die Natur auf der atomaren Ebene durch ganz andere Gesetze [durch nicht-mechanische] beschrieben werden muss und dass die Objekte auf dieser Größenskala von ganz neuer Art sind — neu im Hinblick auf alles, was wir in unserer Welt der mittleren Diemensionen kennen.
 
Zwar kommen wir manchmal mit der Vorstellung, dass diese Objekte Teilchen wären, noch ganz gut zurecht. Aber das hat Grenzen.
 
Wir nennen diese Objekte jetzt Quanten und sehen, dass sie mit nichts vergleichbar sind, was wir sonst im Laufe der Evolution erfahren und kennen gelernt haben.
 


 
 
Quelle: Josef Honerkamp: Wissenschaft und Weltbilder, Springer 2015, S. 144-171


 

 Beitrag 0-155
Steven Hawking: Zum Wesen physikalischer Modelle

 
 

 
Steven Hawkings Standpunkt

Über die Grenzen physikalischer Modelle

 
 


Hawking 1996:
 
Ich nehme den positivistischen Standpunkt ein, dass jede physikalische Theorie nur ein mathematisches Modell darstellt und dass es nicht sinnvoll ist, zu fragen, ob es der Wirklichkeit entspricht:
 
Man kann nur fragen, ob seine  V o r h e r s a g e n  mit den Beobachtungen in Einklang stehen.

 


 
 
Quelle: Hawking und Penrose: Raum und Zeit, Rowohlt 1998, Seite 10
 
Titel der Originalausgabe: The Nature of Space and Time, Princeton University Press (1996)

 
Note: Wissenschaftstheoretiker verstehen unter dem positivistischen Standpunkt die Überzeugung, dass man sich zum Gewinnen von Erkenntnissen nur auf positive Befunde im Sinne der Naturwissenschaften zu stützen und transzendentale Begründungen zu verwerfen habe.

 

 Beitrag 0-157
Genauigkeit und Grenzen der derzeit aktuellen physikalischen Modelle

 
 

 
Genauigkeit der aktuellen physikalischen Theorien

 
 
Die derzeit aktuellen, durch viele Experimente gut bestätigten physikalischen Theoren des 20. Jahrhunderts sind
     
  • Quantenthorie (QT),
     
  • Spezielle Relativitätstheorie (SRT)
     
  • Allgemeine Relativitätstheorie (ART) und
     
  • Quantenfeldtheorie (QFT), welche QT und SRT zusammenführt zum Standardmodell der Elementarteilchen.


Roger Penrose schreibt ( 1996 ):
 
Manche behaupten, die QFT sei mit ihrer Genauigkeit von etwa 1 : 1011 die bisher genaueste physikalische Theorie.
 
Ich jedoch möchte darauf hinweisen, dass sich die ART inzwischen in einem wohldefinierten Sinne mit einer Genauigleit von sogar 1 : 1014 als korrekt erwiesen hat und dass die i.W. nur die entsprechend beschränkte Präzision der Uhren auf der Erde zu dieser Grenze führt.
     
    Ich rede da vom Binärpulsar PSR 1913 + 16, d.h. von zwei sich umkreisender Neutronensterne, von denen einer ein Pulsar ist.
     
    Der ART nach sollte die Umlaufbahn allmählich enger (und die Periode entsprechend kürzer) werden, da wegen der Aussendung von Gravitationswellen Energie verloren geht.
     
    Und genau das hat man beobachtet; die gesamte Beschreibung der Bewegung, welche von den Newtonschen Bahnen an einem Ende der ART-Korrekturen in der Mitte bis hin zu der Beschleunigung der Bahnbewegung durch Gravitationswellen am anderen Ende führt, stimmt mit der Vorhersage der ART (in welche ich Newtons Theorie mit einbeziehe) überein — und zwar mit der eben erwähnten Genauigkeit.
     
    Dies hat sich aus Beobachtungen über einen Zeitraum von 20 Jahren hinweg ergeben.
     
    Den Entdeckern dieses Systems wurde völlig zu Recht der Nobelpreis verliehen.

 
Quantentheoretiker haben immer wieder verlangt, man solle wegen der Genauigkeit ihrer Theorie die ART ändern, um sie in den Rahmen der QT einzufassen. Ich aber glaube, dass es jetzt an der QFT ist, ein wenig auzuholen.
 
Obgleich diese Theorien ganz bemerkenswert erfolgreich sind, haben sie doch auch Probleme:
     
  • Das der QFT besteht darin, dass man bei der Berchnung der Amplitude eines mehrfach zusammenhängenden Feynman-Diagramms zunächst stets eine nach unendlich divergierende Antwort bekommt. Diese Unendlichkeiten müssen als Teil des Renormierungsprozesses der Theorie subtrahiert und wegskaliert werden (ein mathematisch fragwürdiges Vorgehen).
     
  • Die ART sagt die Existenz raumzeitlicher Singularitäten voraus.
     
  • In der QT schließlich gibt es das » sog. Messproblem «.

Vielleicht liegt die Lösung dieser Probleme in der Beseitigung möglicher Ungenauigkeiten dieser Theorien.
     
  • Viele gehen z.B. davon aus, dass die QFT die Singularitäten der ART irgendwie » ausschmieren « könnte.
     
  • Die Divergenzprobleme der QFT könnten — tweilweise wenigstens — durch ein ultraviolettes Cutoff aus der ART gelöst werden.
     
  • Das Messproblem der QT, so denke ich, wird letztlich dadurch gelöst werden, dass man ART und QT sinnvoll zu einer neuen Theorie vereinigt.

 


 
Quelle: Hawking und Penrose: Raum und Zeit, Rowohlt 1998, Seite 87-89
 
Titel der Originalausgabe: The Nature of Space and Time, Princeton University Press (1996)


 

 Beitrag 0-165
Feldtheorien und Elementarteilchen-Modelle darf man nicht allzu wörtlich nehmen

 
 

 
Alle heute bekannten Elementarteilchen-Modelle

sind nur effektive Theorien

 
 
Eine Theorie wird effektiv genannt, wenn sie eine (meist noch unbekannte) tiefere Theorie vereinfachend oder zusammenfassend darstellt
 
mit dem Ziel, praktikabel zu werden.


Rüdiger Vaas (2003):
 
Obgleich ein operationaler Teilchenbegriff in der Experimentalphysik unverzichtbar bleibt — die Partikel werden dort als mikroskopische Ursache lokaler Wirkungen gesehen (als Klicks im Zählrohr-Detektor, als Lichtblitze oder als Spur in einer Nebelkammer) — bedeutet das noch lange nicht, dass Teilchen mikroskopische Bestandteile makroskopischer Dinge sind:
 
Sehr wahrscheinlich geben selbst die besten gegenwärtigen Theorien der Elementarteilchenphysik trotz aller Erfolge keine fundamentale, sondern nur eine effektive Beschreibung.
 
Es ist nicht einmal klar, von welchen Entitäten die Quantenfeldtheorien denn eigentlich handeln bzw. welche Teile der Formalismen überhaupt etwas physikalisch Reales repräsentieren:
     
  • Beschreiben sie wirklich Felder, wie es den Anschein hat und meistens angenommen wird?
     
  • Und was sind Felder genau?
     
  • Kann man sich Feldquanten oder Wellenpakete auch ohne sie vorstellen?
     
  • Oder sind ganz andere Kategorien des Seins anzunehmen, Eigenschaftsbündel etwa?
     
  • Oder handelt es sich um abstrakte Beziehungen oder Strukturen?

All diese Alternativen werfen schwierige Probleme auf. Im sog. Strukturenrealismus beispielsweise wird neuerdings der relationale Charakter der Entitäten betont. Demnach wäre das, was Materie » ist «, gar nicht so wichtig, wäre vielleicht sogar unerkennbar, im Vergleich zur Deutlichkeit, mit der sich die abstrakten Beziehungen zeigen.
 
Ein solcher Strukturen-Realismus spiegelt sich auch in der Klassifikation der verschiedenen Quanten oder Quantenfelder wider, wie sie durch abstrakte Symmetrien — durch Gruppen im Sinne der Gruppentheorie — erfasst werden.
 
Solche Relationen gelten
     
  • in den Varianten des ontischen Struktur-Realismus als real und eventuell sogar fundamental,
     
  • in den epidemistischen Varianten aber nur als Beschreibungswerkzeuge, so dass sich dann die Frage stellt, was diese Strukturen gewissermaßen aufspannt.

Will man keinen antinaturalistischen Platonismus vertreten — d.h. behaupten, dass nur » reine Ideen « real sind « sondern stattdessen einen wissenschaftlichen Realismus, so müsste geklärt werden, zwischen was die strukturellen Beziehungen denn eigentlich bestehen.
 
Die alten Fragen der vorsokratischen Philosophen sind also nach wie vor ungelöst, aber aktueller und diffiziler denn je.
 
Auf jeden Fall gilt:
 
Den modernen Quantenfeldtheorien zufolge gibt es
 
weder klassische Teilchen noch räumlich lokalisierbare Trajektorien (Bahnen).

 
Die von Heisenberg nachgewiesene Unschärfe von Ort, Impuls, Energie und Zeitpunkt
     
  • setzt nicht nur Grenzen für Messung,
     
  • sondern unterminiert darüber hinaus auch das Konzept klassischer Eigenschaften.

Innere Freiheitsgrade und Eigenschaften von "Teilchen" sind extrem unanschaulich (Spin) und z.T. sogar ständig wechselnd (etwa bei Neutrino-Oszillation).
 
Ferner sind Teilchen gleichen Typs ununterscheidbar — man kann sie also nicht mal in Gedanken nummerieren oder unterschiedlich einfärben.
 
Seltsam ist auch ihre quantenmechanische Nicht-Lokalität (wie Verschränkung sie zeigt).
 
Trotzdem sind "Teilchen" experimentell lokalisierbar.
 
Noch kurioser: Die Zahl solcher "Teilchen" kann je nach Bezugssystem unterschiedlich sein (Unruh-Effekt), ist also beobachterabhängig.
 
Zudem kommt es laufend zu Erzeugung, Vernichtung und Transformation von "Teilchen" bis hin zu beliebig virtuellen, die sich nicht wirklich aus dem Vakuum isolieren lassen, aber dennoch messbare Effekte haben (Lamb-Shift, Casimir-Effekt).
 
Und selbst der Raum scheint den spekulativen Ansätzen der Quantengravitationstheorie zufolge emergent zu sein, d.h. aus fundamentaleren Entitäten aufgebaut. Es deutet sich an, dass er möglicherweise noch nicht mal irreduzibel 3-dimensional ist.
 
 
Nach diesen atemberaubenden Entwicklungen der Teilchenphysik, die aber noch keineswegs abgeschlossen sind, muss man sich fragen, was letztlich vom klassischem Atomismus noch übrig bleibt: und das, obgleich er doch bis Ende des 19. Jahrhunderts nur Spekulation, dann aber so glänzend bestätigt schien.
 


 
Quelle: Rüdiger Vaas: Vom Gottesteilchen zur Weltformel, Kosmos-Verlag 2013, S. 62-65


 

 Beitrag 0-239
Die beiden notwendigen — sich gut ergänzenden — physikalischen Weltmodelle

 
 

 
Klassische und quantenphysikalische Weltbeschreibung

 
 
Die Weltbeschreibung der klassischen Physik zerlegt die Welt in Objekte, die einzeln erkannt und untersucht werden können. und unter Wechselwirkung ihre Identität und Eigenexistenz behalten. Es wird damit möglich, zu betrachten, wie sich ihr Zustand über die Zeit inweg entwickelt.
 
Anders die Weltbeschreibung der Quantenphysik: Sie erkennt, dass Wechselwirkung den quantenphysikalischen Objekten — die man dort ja sämtlich als Pakete von Feldanregungen sieht — ihre Identität nimmt und sie in etwas aufgehen lässt, in dem sie so verschmelzen sind, dass sie danach nicht mehr als einzeln existent — als sich selbst bestimmte Form gebend — aufgefasst werden können.
 
Da der rein quantenphysikalische Zustand der Welt — als Wellenfunktion des Universums — keine durch ständige Veränderung uns nahe gelegte Zeit kennt, sind Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft in ihr nicht wirklich vorhanden. Sie ist zeitlos, denn der Zeitparameter der Wellenfunktion ist dort nur eine Dimension im mathematischen Sinne.
 
Die Zeitlosigkeit des quantenphysikalischen Weltmodells führt zum seltsamen Phänomen von "delayed choice", der verzögerten Wahl, bei der jeder Kollaps der Wellenfunktion neu entscheidet, was als zuvor gewesen gilt, so dass ein Unterschied zwischen früher und später jeden Sinn verliert.
 
 
Das Verbleiben des Quantischen im Bereich der Möglichkeiten hat zur Folge, dass das Mitteilen und Erklären auch quantischer Zusammenhänge nur im Rahmen klassischer Physik möglich ist. Andererseits ist das Quantische Grundlage auch jeder quantischen Weltbeschreibung. Mit anderen Worten:
 
 
Für eine vollständige Erfassung des Weltgeschehens sind  b e i d e  Beschreibungen unverzichtbar.

 
 
Görnitz bezeichnet dies als die dynamische Schichtenstruktur unserer Welt und schreibt:

Görnitz (2002):
 
Die Schichtenstruktur ergibt sich, da sich die Welt weder voll deterministisch noch nur durch Zufall gesteuert entwickelt.
 
Da die menschliche Psyche ein Teil der Natur ist, wird auch sie sämtlichen Gesetzmäßigkeiten unterworfen sein, die für die Natur generell gelten. Und so wirkt auch in ihrem Bereich die dynamische Schichtenstruktur.
 
Phsychoanalytische Konzeptionen ebenso wie die Säuglingsforschung bestätigen diese Erwartung.
 
Freud etwa definiert eine ihm wichtige Unterscheidung in primär und sekundär prozesshaftes Denken. Im Sinne dieser Unterscheidung sind
     
  • die primären Prozesse jene, die unbewusst ablaufen und weder die klassische Logik noch die reale Zeitstruktur berücksichtigen.
     
  • Sekundärprozesshaftes Denken ist das streng rationale Denken, welches im sich selbst reflektierenden Bewusstsein mündet.

Freud war der Meinung, dass letzteres erst später ausgebildet werde, dass also nur das primärprozessartige Denken von Anfang an gegeben sei.
 
Heute denkt man, dass das eher nicht richtig ist und dass auch das primär prozessartige Denken sich mit der Zeit verändere.
 


Quelle: Thomas & Brigitte Görnitz: Der kreative Kosmos, Spektrum-Verlag (2002), S. 327-328

 
 
Da ständiger Kollaps der Wellenfunktion die quantenphysikalische Beschreibung unserer Welt laufend durch eine leicht abgeänderte Version ihrer selbst ersetzt, lässt sich das quantenphysikalische Weltbild mit einem Film vergleichen, dessen schnell aufeinander folgende Bilder (Frames, wie der Fachman sagt) die durch jeweils einen Kollaps der Wellenfunktion geschaffenen Fakten zeigen.
 
Die Weltbeschreibung der klassischen Physik entspricht dem, was der Betrachter dieses Filmes sieht und was er gerade noch registrieren kann.
 
Mathematisch gedacht könnte man jeden Frame F des Films — der einen faktisch gewordenen Zustand X zeigt — vergleichen mit dem Tangentenraum an eine differenzierbare Mannigfaltigkeit W, welche unsere Welt nicht nur als Ergebnis von Ereignis X, sondern über die gesamte Raumzeit hinweg modelliert.

 

 Beitrag 0-240
Verschiebung (im Sinne der Psychologie) und ...

 
 

 
Verschiebung (im Sinne der Psychologie)
 
und was sie quantenphysikalisch sein könnte

 
 
Man versteht darunter die Tatsache, dass der Akzent — die emotionale Bedeutung oder auch die Intensität — von Vorstellungen sich von ihnen lösen und auf andere übertragen kann, die mit den ersten durch Emotionsketten verbunden sind.
 
Quanteninformation kann sich unter bestimmten Bedingungen in Teile aufspalten, und diese Teile können sich als eigenständige Objekte mit anderen neu zusammenfinden und so neue Ganzheiten bilden.
 
Derartige Vorgänge finden auch bei einer Verschiebung statt, die sich im Unterbewusstsein abspielt, bei dem sich ein emotionaler Informationsanteil — z.B. wegen seines bedrohlichen Inhalts — von seiner objektiven Verursachung ablösen und auf andere, als weniger bedrohlich empfundene, übetragen kann.
    So mag man sich z.B. über den Chef ärgern, schluckt diesen Ärger herunter, und wird dann am Abend daheim plötzlich über eine Reaktion der Kinder ärgerlich, die man unter anderen Umständen kaum zur Kenntnis genommen hätte.

In der Sprache der Quantentheorie hat man es hier mit einer Transformation von Zuständen zu tun, die
     
  • sowohl als Bewegung ( unitäre Drehungen ) im Hilbert-Raum.
     
  • als auch als Projektionsvorgänge
zu verstehen sind.
     
  • Im ersten Fall hat man es mit reiner Quanteninformation zu tun, die Veränderung von Wahrscheinlichkeiten darstellt, ohne dass hierbei etwas faktisch werden würde.
     
    Dieser Vorgang ist reversibel und wäre ohne weiteres rückgängig zu machen.
     
     
  • Der zweite Fall aber entspricht einer "Messung", bei der etwas "passiert". Sie muss nicht vollständig, sondern kann auch teilweise sein in dem Sinne, dass nicht auf einen ganz bestimmten Zustand projeziert wird, sondern auf einen Teilraum dann immer noch möglicher Zustände.
     
    In diesem Fall aber kann der Vorgang nicht mehr ungeschehen gemacht werden, da Projektionen ja nicht injektiv sind.
     
    Dies kann als ein Modell für Verschiebung im psychologischen Sinne dienen.

 
 
Quelle: Thomas & Brigitte Görnitz: Der kreative Kosmos, Spektrum-Verlag (2002), S. 330-331


 

 Beitrag 0-256
Warum wohl keine umfassende physikalische Theorie zeitsymmetrisch sein kann

 
 

 
Können zeitinvariante physikalische Theorien vollständig sein?

 
 
Da die Physik all ihre Theorien mathematisch formuliert, ist jedes physikalisch beschriebene Geschehen eine Funktion der Zeit.
 
Eine der ganz wenigen nur teilweise zeitinvarianten physikalischen Theorien ist die Quantenphysik, denn:
     
  • Die Schrödinger-Gleichung ist zeitsymmetrisch,
     
  • der Kollaps der Wellenfunktion aber ist es nicht.

Hieraus folgt: Würde man irgendwann eine sog. Weltformel finden — eine absolut vollständige physikalische Theorie für alles im gesamten Kosmos mögliche Geschehen — oder auch nur eine Theorie der Quantengravitation, so könnte sie nicht zeitsymmetrisch sein.
 
 
Unsere bisher genaueste Theorie des Makrokosmos ist Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (ART). Jede ihrer Lösungen — betrachtet als Funktion der Zeit — beschreibt mögliches kosmisches Geschehen, z.B. den gesamten Lebenslauf eines Schwarzen Lochs.
     
  • Ersetzt man in dieser Lösung L(t) die Zeitvariable t durch -t, so erhält man eine weitere Lösung der Theorie.
     
  • Beschreibt L(t) ein Schwarzes Loch, so nennt man das durch L(-t) beschriebene Geschehen die Geschichte eines Weißen Lochs.
     
  • Andererseits könnte L(t) aber auch die Geschichte eines Menschen beschreiben. Was aber würde dann L(-t) beschreiben?

Konsequenz daraus:
 
Die Existenz sog. Weißer Löcher ist ebenso unwahrscheinlich wie die Existenz von Menschen, die aus dem Grab erstehen und ihr Leben rückwärts durchlaufen.
 
 


Klaus Mainzer (1995):
 
Im Rahmen der relativistischen Kosmologie ist Zeit nur eine reelle Koordinate, um Ereignisse zu markieren. Die Frage, was "vor" der Anfangssingularität [ dem sog. Urknall ] war, ist mathematisch nicht definiert und daher sinnlos.
 
Auch die Rede von einer "Schöpfung" der Zeit ist mathematisch im Rahmen der Relativitätstheorie nicht definiert.
 
Wir müssen streng unterscheiden zwischen
     
  • den definierten Begriffen einer physikalischen Theorie
     
  • und weltanschaulichen Interpretationen.
 
Die Singularitäten von Einseins Theorie sagen die Möglichkeit sehr kleiner Gebiete der relativistischen Raumzeit voraus, in denen die Krümmung der Raumzeit — und somit auch die Gravitation — beliebig groß werden kann.
 
Astrophysikalisch werden dieses Singularitäten gedeutet als "Schwarze Löcher", denen der Tod eines Sterns durch Gravitationskollaps vorausging. Dazu wird eine 3-dimensionale Oberfläche angenommen — genannt "absoluter Ereignishorizont" — die alle von außen einfallenden Signale verschluckt und nichts wieder nach außen lässt.
 
Im Zentrum des durch den Ereignishorizon begrenten Bereichs wird die raum-zeitliche Singularität angenommen, in der die Krümmung der Raumzeit unendlich wird: Ein absoluter Endpunkt für kausale Zeitsignale.
 
 
... Da die Spezielle ebenso wie die Allgemeine Relativitätstheorie zeitsymmetrisch sind, sagt Einsteins Theorie auch das zeitlich gespiegelte Verhalten eines Schwarzen Lochs voraus, d.h. "unendlich" dichte Materipunkte, aus denen Lichtsignale explodieren (sog. Weiße Löcher).
 
Diese mathematische Konsequenz der zeitsymmetrischen Theorie gilt jedoch als physikalisch unwahrscheinlich und wurde von R. Penrose durch seine Ad-hoc-Hypothese "Kosmischer Zensur" ausgeschlossen.
 
 
Damit werden Erklärungsdefizite der relativistischen Kosmologie deutlich.
 
 
... In der derzeitigen Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie ist das Problem der Zeitsymmetrie noch nicht abschließend geklärt. Einerseits sind die Quantengleichungen zeitsymmetrisch, gestatten also die Zeitumkehr. Andererseits trennen in der Gegenwart stattfindende Messvorgänge Vergangenheit und Zukunft der Systeme in einer irreversiblen Weise. Man erhofft von einer Vereinigung der Quanten- mit der Relativitätstheorie eine Klärung dieses Problems, die Vereinigung beider Theorien zu einer einheitlichen Quantengravitationstheorie ist aber noch nicht gelungen, obwohl es erste Ansätze von Hawking zu einer solchen Theorie gibt.
 



Quelle: Klaus Mainzer: Zeit — von der Urzeit zur Computerzeit, Beck'sche Reihe (1995, 2011), S. 54-55.
 
Klaus Mainzer, Ordinarius für Wissenschaftstheorie an der Uni Augsburg, hat Mathematik, Physik und Philosophie studiert.


 

 Beitrag 0-257
Zur — oft missverstandenen — Qualität physikalischer Aussagen

 
 

 
Zur Qualität physikalischer Aussagen

 
 
Die Sprache der Physik ist Mathematik.
 
Dies bedeutet aber nicht, dass physikalische Aussagen ebenso richtig sein müssen wie – logisch fehlerfrei abgeleitete – mathematische Aussagen:

 


Wolfgang Kinzel, Lehrstuhl für theoretische Physik III Universität Würzburg, schrieb:
 
Es gibt keine wahren Aussagen in der theoretischen Physik, sondern nur Aussagen, die eine Vielzahl von Experimenten beschreiben und ihr Ergebnis vorhersagen können.
 
Die Mathematik dagegen hat eine andere Zielsetzung. Sie geht von Axiomen und präzisen Definitionen aus und leitet daraus Aussagen her, die streng logisch aus den Axiomen gefolgert werden sollen. Die bewiesenen Aussagen der Mathematik sind Wahrheiten, die – falls der Beweis richtig war – nie widerlegt werden können.
 


 
Um das zu verstehen,muss man wissen: Physikalische Aussagen sind  D e u t u n g  der Aussagen mathematischer Modelle im Lichte unser Realität, d.h. unserer Sinneswahrnehmung interpretiert durch unser Gehirn.

 

 Beitrag 0-289
Warum Physiker die Planck-Länge als untere Grenze gerade noch Sinn machender Abstandsangaben sehen

 
 

 
Warum Physiker die Planck-Länge als untere Grenze
 
aller gerade noch Sinn machenden Abstandsangaben sehen

 
 
Der Physiker Gerhard Graw erklärt uns das in seinem Aufsatz Kosmologie, einfach auf Seite 20-21 wie folgt:

Gerhard Graw:
 
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie kennt den Urknall nur als Singularität, in der alle Abstände zu Null schrumpfen. Diese mathematische Aussage widerstrebt dem physikalischen Denken. Wie kleine Abstände also kann man sich als gerade noch sinnvoll vorstellen?
 
Auch wenn wir noch keine Theorie haben, die Gravitation und Quantenmechanik vereinigt, kann man folgende Überlegung anstellen:
 
Heisenbergs Unschärferelation besagt, dass bei extremer Beschränkung des Raums der Impuls und damit die Energie sehr groß werden. Nun lässt sich aber jeder Masse (bzw. jeder Konzentration von Energie) ihr sog. Schwarzschild-Radius zuordnen. Wird er größer als die betrachtete Lokalisation, so diskutiert man eine Lokalisation innerhalb eines Schwarzen Lochs. Das aber ist von einem Standpunkt außerhalb des Lochs physikalisch sinnlos.
 
Daher also wird eine Länge von 10-35 Meter, als kleinster, physikalisch gerade noch Sinn machender Wert für Abstandsangaben gesehen.
 



 

 Beitrag 0-294
Was man sich unter einem » Paradigmenwechsel « vorzustellen hat

 
 

 
Was man sich unter einem » Paradigma « vorzustellen hat

 
 
Thomas S. Kuhn — einer der bedeutendsten Wissenschaftsphilosophen des 20. Jahrhunderts — verstand darunter ein in einer bestimmten Epoche dominierendes Denkmuster. In den Wissenschaften ist das meist eine Modellvorstellung, anhand derer man sich bestimmte Sachverhalte zu erklären versucht.
 
Wenn sich eine neue Theorie durchsetzt, um eine bis dahin allgemein anerkannte Lehrmeinung abzulösen, sprechen wir von einem Paradigmenwechsel.
 
In seinem Buch Grenzen des Wissens schreibt der Wissenschaftsjournalist John Horgan:
    Die meisten Wissenschaftler bekehren sich nur widerwillig zu einem neuen Paradigma. Häufig verstehen sie es nicht, denn es gibt kaum objektive Regeln, nach denen Paradigmen beurteilbar wären. Und so können Anhänger verschiedener Paradigmen endlos miteinander streiten, ohne sich einigen zu können.
     
    Der Grund hierfür: Nicht selten ordnen unterschiedliche Paradigmen wichtigen Grundbegriffen – etwa den Begriffen Teilchen oder Zeit – unterschiedliche Bedeutung zu.
Neue Theorien setzen sich deswegen oft erst durch, nachdem die Anhänger des alten Paradigmas verstorben sind.

 

  Beitrag 2049-10
Korrekte Einordnung der Viele-Welten-Theorie von Hugh Everett III

 
 
Henry aus 2049-8:
 
Die Viele-Welten-Theorie und Stringtheorie beschreiben beide in Bezugnahme auf die Quantenmechanik die Möglichkeit weiterer Universen, wobei die Viele-Welten-Theorie explizit genau deshalb entwickelt wurde, die Stringtheorie aber ganz sicher nicht.


Henry,
das ist so nicht richtig, denn:

Everetts Viele-Welten-Theorie ist nur eine gedankliche Krücke, ein Bild, das man ebenso wenig wörtlich nehmen darf, wie das Bild von "Schrödingers Katze" oder den Begriff "Überlagerungszustand".

Auch deine Aussage "Die Entwicklung der Viele-Welten-Theorie beruht auf der Annahme, es gäbe VERBORGENE VARIABLEN" halte ich für absolut falsch. Woher nimmst Du diese Vermutung?

Tatsache ist:

Es gibt kein einziges Indiz dafür, dass Everetts Viele-Welten-Theorie zutreffen könnte (!).


Dass sie überhaupt entstand — und auch Everetts Doktorvater, John Archibald Wheeler, zunächst nicht so recht wusste, was er davon halten sollte, und sich deswegen erst etwa zwei Jahrzehnte später entschieden von ihr distanziert hat — lag einfach nur daran, dass man zur Zeit ihres Entstehens den sog. Kollaps der Wellen­funktion noch zu wenig verstanden hatte. Bitte lies dazu » Der Kollaps der Wellen­funktion: Allzu oft missverstanden! «.

Dass Everetts Theorie heute immer noch ernsthaft Erwähnung findet, ist nicht zun verstehen. Zur Ehre der Physiker, die noch davon sprechen, muss aber gesagt werden, dass sie Everetts Idee heute nicht mehr als Theorie, sondern nur noch als Interpretation bezeichnen. Nur Autoren, denen es vor allem darum geht, ihre Bücher zu vermarkten, tun so, als würde es sich um eine plausible oder gar schon bewiesene Theorie handeln.


Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 2049-52
Everett zur Natur physikalischer Modelle

 
 
Grtgrt in 2049-10:
 
Everetts Viele-Welten-Theorie ist nur eine gedankliche Krücke, ein Bild, dessen Qualität in etwa der Qualität der Bilder "Schrödingers Katze" und "Überlagerungszustand" entspricht.


Everett selbst erklärt die Natur physikalischer Modelle wie folgt:

Zitat von Hugh Everett III, 1956:
 
Wenn wir einmal eingesehen haben, dass jede physikalische Theorie im wesentlichen nur  M o d e l l  für die Welt der Erfahrung ist, müssen wir alle Hoffnung aufgeben, so etwas wie die "richtige" Theorie finden zu können, denn:

Nichts hindert eine Reihe sehr unterschiedlicher Modelle daran, mit der Erfahrung übereinzustimmen (sie können also alle "richtig" sein),
und weil uns niemals die Gesamtheit aller Erfahrungen zugänglich ist, gibt es keine Möglichkeit, die vollständige Richtigkeit eines Modells zu bestätigen.
 

 

  Beitrag 2049-54
-

 
 
Hans-m in 2049-53:
Zitat:
Nichts hindert eine Reihe sehr unterschiedlicher Modelle daran, mit der Erfahrung übereinzustimmen (sie können also alle "richtig" sein),
und weil uns niemals die Gesamtheit aller Erfahrungen zugänglich ist, gibt es keine Möglichkeit, die vollständige Richtigkeit eines Modells zu bestätigen.
 
Auch wenn wir niemals ALLES wissen, sollen wir deshalb den (Bruch-)Teil, den wir wissen, einfach ignorieren?

Auch auf der Suche nach Wissen werden wir immer an eine Grenze stossen, aber alles, was für uns vor der Grenze liegt, dass können wir getrost nutzen.


Ja, Hans-m,

das ist völlig richtig, und auch Everett sah das so, denn er plädiert sogar ganz explizit für den Mut zur Lücke:

Zitat von Everett:
 
Wir glauben nicht, dass es der Hauptzweck der theoretischen Physik ist, "sichere" Theorien aufzustellen, die in der Anwendbarkeit ihrer Konzepte einen hohen Preis erfordern ... vielmehr soll sie nützliche Modelle aufstellen, die eine Zeit lang ihren Dienst tun, um dann, wenn sie verbraucht sind, [ durch bessere ersetzt zu werden.
 

Quelle: DeWitt und Graham (Hrsg): The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 1973, p. 111
zitiert durch Peter Byrne: Viele Welten — Hugh Everett III – ein Familiendrama zwischen Kaltem Krieg und Quantenphysik, S. 179


 

  Beitrag 2049-55
-

 
Zitat von Everett:
vielmehr soll sie nützliche Modelle aufstellen, die eine Zeit lang ihren Dienst tun, um dann, wenn sie verbraucht sind, [ durch bessere ersetzt zu werden. 

Das hört sich so an, wie das "Wissen" : Die Erde ist eine Scheibe, und der Mittelpunkt des Universums
Dieses Wissen tat auch lange seinen Dienst und wurde irgendwann durch neues Wissen ersetzt.

falsches Wissen ist in jedem Fall gefährlicher als fehlendes Wissen.

Als man entdeckte, dass die Welt keine Scheibe ist, musste das gesamte Weltbild neu überdacht werden.

Als man endeckte, dass das Atom nicht unteilbar ist, musste man nur das entsprechende Denkmodell erweitern.
Wenn man zunächst das Atom als unteilbar hielt, entdeckte man die Protonen, Elektronen, Neutronen, dann die Quarks und mittlerweile ist man auf der Stringebene angekommen.
Dieses neue Wissen brachte eine Erweiterung des Wissensstandes aber keinen Anlass das bis dahin bekannte über Bord zu werfen.
Wichtig ist, dass man jeden Wissensstand nicht als endgültig festhällt, sondern sich ständig Raum für Optionen offen lässt.
 

  Beitrag 2039-62
--

 
 
E... in 2039-5:
 
die Aussage "Es gibt keine Materie!" ist ohne jeden Sinn und Inhalt ...


Da steht E... nicht nur im Widerspruch zu Hans-Peter Dürr, sondern auch im Widerspruch zu Everett, denn der schrieb:

Zitat von Hugh Everett III:
 
Die Konstrukte der klassischen Physik sind genau so Fiktionen unseres eigenen Geistes wie die jeder anderen Theorie:
Wir haben zu ihnen lediglich sehr viel mehr Vertrauen.
 

Quelle: DeWitt und Graham (Hrsg): The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, 1973, p. 111
zitiert durch Peter Byrne: Viele Welten — Hugh Everett III – ein Familiendrama zwischen Kaltem Krieg und Quantenphysik, S. 181


 

  Beitrag 2039-66
Quantenfeldtheorie mdash; die verbesserte Version der Quantenmechanik

 
 

Von der Quantenmechanik zur Quanten-Feldtheorie


Siehe auch, was Joachim Schulz schreibt



Zitat von Hans-Peter Dürr, S. 22-64 in Dürr und Österreicher: "Wir erleben mehr als wir begreifen" (2001):
 
In der alten Quantenmechanik spricht man nur von Dualität: Jedem Teilchen "entspricht" eine Welle. Ich habe also die Dualität Welle oder Teilchen.

Die neue Quantentheorie, die Quantenfeldtheorie, die sich auf eine unendliche Vielzahl von Teilchen bezieht, führt zu einer noch weiter gehenden Auflösung:

Das Teilchenbild geht immer mehr verloren. Was bleibt, ist nur noch Form.


... Quantenfeldtheorien sind viel allgemeiner, liegen begrifflich tiefer. Der Feldbegriff überlebt, der Teilchenbegriff löst sich ganz auf.

... Sich das vorzustellen ist schwierig, weil man hier den Begriff der Gestalt erweitern muss. Gestalt ist ja etwas, das wir uns normalerweise nur als Materieanordnung im Raum vorstellen. Im Raum. Aber in welchem Raum? ... verglichen mit den Räumen, wie sie z.B. in der Beschreibung der Quantentheorie vorkommen, ist der 3-dimensionale Raum nur ein ganz spezieller Raum. Wellen schwingen sozusagen noch in anderen Räumen, nur diese anderen Raumdimensionen nehmen wir nicht als vierte oder fünfte Raumdimension wahr, sondern wir sagen dann: Aha, das ist also ein Elektron oder ein Proton und so weiter. Das aber ist jeweils nur eine Verwirklichung in einer anderen Raumdimension.
 


Man wird, was Dürr hier sagt, vielleicht dann verstehen, wenn man sich vor Augen führt, dass ja auch in der Mathematik die Dimensionen eines Raumes zu gleicher Zeit unabhängig von einander nutzbare  F r e i h e i t s g r a d e  sind.

 

  Beitrag 2085-264
-

 
 
H... in 2085-263:
 
Lass uns mal voraussetzen, dass der Mensch Wahrnehmung besitzt und damit widerspiegeln kann. Damit ist es einfach möglich, dieser Widerspiegelung den Namen MODELL zugeben und dieses Modell ins Verhältnis zur Wahrnehmung zu setzen. Das ist eigentlich alles, was passiert.

Nun zu streiten, ob dies REAL ist (oder surreal oder blau oder salzig...), kann man machen, bringt aber nicht wirklich viel. Denn für den Menschen besteht die einzige Interaktion in Wahrnehmung und Widerspiegelung.


Das scheint mir schön und recht treffend ausgedrückt ...

 

  Beitrag 1376-62
Beispiel 1

 
 
Stueps aus 1376-61:
Man könnte weiter fragen, ob es noch das selbe Photon ist, das z.B. ein Elektron anregt, und danach wieder emittiert wird?
Wenn man erste Frage mit ja beantworten kann, tendiere ich zu der Auffassung, dass auch in einem Medium für das Licht keine Zeit vergeht.

Aber es könnten sich aus dieser Sicht vielleicht WIdersprüche entwickeln: Falls es immer das selbe Photon ist, welches durch ein Medium marschiert, und dabei absorbiert und emittiert wird, wie "merkt" es etwas von diesen Wechselwirkungen?

Hi Stueps,

das Schöne am Modellieren ist, dass man da gewisse Freiheiten hat. Die ergeben sich daraus, dass ja durchaus mehrere Modelle geben kann, die sämtlich in dem Sinne gültig sind, dass jedes dieser Modelle ein Verhalten aufweist, welches analog dem an der Natur beobachteten ist.

In diesem Fall aber sollte man dann am besten mit dem einfachsten dieser Modelle arbeiten.

Im konkreten Fall ist das einfachste Modell das, in dem man annimmt, dass ein Photon durch Wechselwirkung mit einem anderen Elementarteilchen sein Leben beendet.


Grtgrt aus 1376-30:
 
Man sollte berücksichtigen, dass physikalische Modelle nicht den Anspruch erheben, die Struktur der Natur zu modellieren (das wäre — nach dem, was Niels Bohr uns sagt — ja sogar unmöglich). Sie sind einzig und allein dazu da, das Verhalten der Natur nachzubilden, sprich: Man verlangt lediglich, dass sie eine gedachte Maschinerie sind, deren Verhalten isomorph zum Verhalten der Natur ist.

Zitat von Niels Bohr:
Die Physik kann nicht ergründen, wie die Natur funktioniert.
Aufgabe der Physik ist lediglich, zu untersuchen, wie die Natur sich uns zeigt.

Beste Grüße,
grtgrt
 

  Beitrag 1376-63
Beispiel 2

 
 
Henry aus 1376-50:
 
Es gibt keine wie auch immer geartete "Lebensbatterie", ...

Hi Henry,

ich behaupte ja gar nicht, dass die Natur eine Lebensbatterie kennt, sie ist lediglich der Teil meines Modells der Natur, der diesem Modell die Fähigkeit verleiht, für jedes betrachtete materielle physikalische Objekt dessen Rest-Lebenserwartung zutreffend abzuschätzen:

Bitte beachte:

Grtgrt aus 1376-30:
 
Man sollte berücksichtigen, dass physikalische Modelle nicht den Anspruch erheben, die Struktur der Natur zu modellieren (das wäre — nach dem, was Niels Bohr uns sagt — ja sogar unmöglich). Sie sind einzig und allein dazu da, das Verhalten der Natur nachzubilden, sprich: Man verlangt lediglich, dass sie eine gedachte Maschinerie sind, deren Verhalten isomorph zum Verhalten der Natur ist.

Zitat von Niels Bohr:
Die Physik kann nicht ergründen, wie die Natur funktioniert.
Aufgabe der Physik ist lediglich, zu untersuchen, wie die Natur sich uns zeigt.

Beste Grüße,
grtgrt
 

  Beitrag 1894-62
Physikalische Objekte sind Modelle, das Verhalten der Natur zu erklären

 



Physikalische Objekte (die Zeit etwa) sind gedankliche Modelle,

die der Mensch sich macht, aus dem Wunsch heraus,

das Verhalten der Natur verstehbar und vorhersagbar zu machen.



Man darf solche Modelle aber auf keinen Fall mit der Natur selbst verwechseln (und so kann es für jeden Teil der Natur — die Zeit ist da keine Ausnahme — mehr oder weniger genaue Modelle geben: Sie sind dann natürlich auch mehr oder weniger einfach und werden daher auch nicht notwendig alle Aspekte des jeweils betrachteten Phänomens gleich gut modellieren.

Dass auch grobe Modelle — wie etwa das von Aristoteles — sehr weit tragen können, ist unbestritten. Was aber, wenn man über eine Grenze der Anwendbarkeit eines einfachen Modells hinausgehen möchte? Eben dann braucht man ein genaueres, weniger einfaches Modell.


Man sollte zudem berücksichtigen, dass physikalische Modelle nicht den Anspruch erheben, die Struktur der Natur zu modellieren (das wäre — nach dem, was Niels Bohr uns sagt — ja sogar unmöglich). Sie sind einzig und allein dazu da, das Verhalten der Natur nachzubilden, sprich: Man verlangt lediglich, dass sie eine gedachte Maschinerie sind, deren Verhalten isomorph zum Verhalten der Natur ist.

Zitat von Niels Bohr:
Die Physik kann nicht ergründen, wie die Natur funktioniert.
Aufgabe der Physik ist lediglich, zu untersuchen, wie die Natur sich uns zeigt.


 

  Beitrag 1910-1
Beispiel: Hugh Everett's Viele-Welten-Theorie

 
 
Hallo Henry,

du hast mir ja recht deutlich gesagt, dass es sich deiner Meinung nach nicht lohnt, über Hugh Everett’s Viele-Welten-Theorie weiter nachzudenken. Nun, es juckt mich jetzt doch, dir zu widersprechen, denn mein Standpunkt ist:


Eine physikalische Theorie sollte man erst dann vergessen, wenn sie widerlegt ist.


Für Everetts Theorie gibt es bisher auch nicht den Ansatz einer Widerlegung — und das, obgleich sich John Wheeler (sein Doktorvater) recht bemüht hat, einen solchen zu finden.

Niels Bohr — scheint so einen Ansatz auch nicht gefunden zu haben, denn er hat sich über Everetts Arbeit (und darüber, dass Wheeler sie ihm hat durchgehen lassen) mächtig geärgert, selbst nie ein Gegenargument vorgebracht, aber doch seine Schüler ermuntert, solche Gegenargumente zu suchen.

Interessant auch: Feynman hat Everetts Theorie ebenfalls als Unsinn abgetan, wohl auch gar nicht weiter darüber nachgedacht &mash, und das obgleich er selbst eine ebenso utopisch wirkende Theorie in die Welt gesetzt hat: die Theorie der vielen Wege, die Quanten – wie er denkt – gleichzeitig nehmen, wenn sie sich von A nach B bewegen.

Lustig ist ferner, dass gerade er seinen Studenten sagte:

Wenn ein Physiker dir erzählt, etwas sei unmöglich, so glaube ihm nicht.
Wenn er dir aber sagt, etwas könne VIELLEICHT möglich sein, spricht viel dafür anzunehmen, dass es eben DOCH möglich ist.


Dass er dieser Meinung war, wird so wirklich spannend, wenn man weiß, dass Peter Byrne (ein Wissenschaftsjournalist, der den erst kürzlich aufgefundenen Nachlass von Everett durchforstete) in 2008 schreibt:

"Before I started looking into Everett’s theory, I would have thought it was crazy.
Now I wouldn't be surprised if it's true."


Byrnes lesenswerte Würdigung von Everetts Arbeit zeigt uns übrigens auch, dass Everett nicht einfach eine Idee vom Himmel fallen ließ, sondern dass er sie — mit Mitteln der Mathematik und Informationstheorie — hergeleitet hat aus der Annahme, dass die Schrödinger-Gleichung ohne Einschränkung für jedes Quantensystem Gültigkeit habe. Da die Wellengleichung des gesamten Universums nicht wirklich hinschreibbar und daher auch nicht direkt untersuchbar ist, hat er versucht, ihr mit Mitteln der damals eben erst durch Shannon und Wiener entwickelten Informationstheorie beizukommen.

Zitat:
Charles W. Misner, der zur selben Zeit wie Everett bei John Wheeler promovierte, schreibt:
  • Hugh Everett proposed that we not search for remedies of the implausible «collapse of the wave function» by changing the mathematics of the Schrödinger equation (or its relativistic field theory upgrades), but just look hard what would be predicted if we let the equations show us how they think nature behaves.
  • Now, over 50 years later [2010 , there is a strong effort to do just that, but the broad picture is not yet clear. Thus my guess for the outcome ... is that some different «big picture» will arise, which is not «many worlds» but will still uphold Hugh Everett’s conviction that paranormal influences do not overrule the Schrödinger equation.


Leider steht Everetts Dissertation nur in der stark verstümmelten Fassung im Netz, in der John Wheeler ihn zwang, sie vorzulegen (Wheeler fürchtete, seines Schülers ur­sprüngliche Version könne Bohr zu sehr erzürnen und könne, da Everett sich einer sehr bildhaften Sprache bediente, von Bohr als zu wenig wissenschaftlich gebrandmarkt werden).


Siehst du Henry: Dem armen Everett ging es offensichtlich nicht anders als mir, der ich jetzt ja auch vor der Situation stehe, dass z.B. du das physikalische Modell, das ich in Beitrag 1376-8, 1376-15 und fortgeführt in 1376-28 präsentiere, als zu wenig wissenschaftlich empfindest – und das schon von meiner Begriffsbildung her (die ich ja ganz bewusst so wähle, um den Leser aufzurütteln, ihm meinen Denkansatz klar zu machen und ihm zu helfen, sich aus allzu eingefahrenen Denkwegen zu befreien):

Henry aus 1376-16:
Gebhard,
ich denke, du machst es dir zu einfach, Dinge einfach mit neuen Begriffen zu bedenken und dann (wie in deinem folgendem Beitrag) drauf los zu fabulieren!

Beste Grüße,
grtgrt
 

  Beitrag 2011-11
Exakte Modelle können keine (ganz) genauen sein

 
 
Thomas der Große aus 2011-10:
 
Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt starre Objekte, das sind genau die, für die eine Länge bezüglich eines Bezugssystems scharf ist
und dort gibt es eine 0-Geschwindigkeit.

Für mikroskopische Objekte der Quantenmechanik gilt das, was C... aus der Unschärfe-Relation abgeleitet hat
und damit keine Nullgeschwindigkeit.

Wenn es keine 0-Geschwindigkeit gibt, dann ist insbesondere die spezielle Relativitätstherorie falsch.


Mir scheint, man muss es so sehen:

Die Relativitätstheorien (SRT und ART) sind klassische Theorien in dem Sinne, dass sie  e x a k t e s  Modell sein wollen, ein Modell also, das glatte Formeln anstrebt und deswegen Ungenauigkeiten, die hinreichend klein sind, einfach in Kauf nimmt.

Die Quantentheorie aber ist eine  g e n a u e  Theorie in dem Sinne, dass sie keinerlei Ungenauigkeit in Kauf zu nehmen bereit ist. Wo nichts Genaues ausgesagt werden kann, werden obere Grenzen für die unvermeidliche Ungenauigkeit mit zu einem Teil der Theorie.


Den Unterschied zwischen exakt und genau macht man sich am besten klar, wenn man bedenkt, dass
  • ein Kreis exakt ist, wenn gegeben im Sinne der Mathematik (als Paar, welches Mittelpunkt und Radius nennt),
  • ein punktweise beschriebener Kreis aber das darstellt, was man zeichnen kann: Eine Linie, die — wenn man ganz genau hinsieht — nur mit gewisser Unschärfe definiert ist.

Man erkennt daraus:


Eine exakte Theorie kann sehr gute Näherung einer genauen Theorie sein.

Wirklich ganz genau aber kann sie — allein schon der Unschärfe-Relation wegen — NIEMALS sein.



Tieferer Hintergrund der Unschärfe-Relation ist natürlich Plancks Wirkungsquantum: die Tatsache also, dass die Natur kein stetiges Verhalten (im Sinne der Mathematik) aufweist.

Falsch muss eine exakte Theorie deswegen aber keineswegs sein. Sie ist höchstens ungenau (so wie jede den Bruch 1/3 darstellende Dezimalzahl nur endlich vieler Stellen nicht falsch, sondern nur ungenau ist).

 

  Beitrag 1057-83
Denkmodell Salatkopf

 
 
Hi Henry,

Zitat von Henry:
Die Theorie des Urknalls wurde aufgestellt, weil die Beobachtung des Kosmos auf einen Anfang desselben hindeutet, die Daten sind es also, die am Anfang standen und nicht die Theorie . Diese Beobachtungen beinhalten unter anderem, dass es keinen Mittelpunkt des Universums gibt.

Ein Widerspruch würde sich ergeben, weil .... Das aber würde jede Angabe über ein Alter des Kosmos als Ganzes unmöglich machen, die gesamte Kosmologie, die auf dem Urknall aufbaut, wäre nicht mehr haltbar.

Hi Henry,

hier eine Argumentationskette, welche mir mindestens die unterstrichenen Teile deiner Meinung zu widerlegen scheint:

George Smoot (der Vater des COBE Satelliten, Nobelpreisträger) schrieb 2010: "Die wahrscheinlichste Topologie des 3-dimensionalen Raumes ist einfach zusammenhängend wie ... eine komplette Himmelskugel, bei der kein Teil des Volumens fehlt."

Er schreibt weiter: "Die Beobachtung des ersten Lichtes [durch COBE] zeigt, dass die Ausdehnung des Universums unglaublich groß ist, dass es mindestens zwei Drittel unseres Hubble-Horizonts einnimmt, und sehr wahrscheinlich noch viel mehr."

Was Smoot hier unseren Hubble-Horizont nennt ist die Grenze des durch uns beobachtbaren Universums — die Grenze eines kugelförmiger Bereiches um uns herum also, der einen Radius von etwa 13.75 Mrd. Lichtjahren hat.

Es ist inzwischen gängige Meinung aller Astrophysiker, dass unser Universum flach (also unendlich groß) oder fast flach ist (d.h. endlich, aber nur extrem wenig gekrümmt). Genauer: Damit der Raum flach sein kann, müsste seine kritische Dichte Omega exakt 1 sein. Die genauesten bisher vorliegenden Messungen (erst 2010 vom WAMP-Team publiziert) zeigen, dass der wirkliche Wert von Omega mit großer Wahrscheinlichkeit irgendwo zwischen 0.991 und 1.173 liegt.

Es wird deswegen vermutet, dass unser Universum — als ein 3-dimensionaler Raum gesehen — fast flach ist, also endlich, dass aber dennoch keine durch uns denkbare Entfernung mit Gewissheit größer als sein Durchmesser ist.

Noch genauer: Man geht davon aus, dass der Raum lokal (also in vergleichsweise kleinen Teilen) durchaus flach sein kann, dass dies aber keineswegs global (also auf das ganze Universum bezogen) zutreffen muss.

Damit ist die wahrscheinlichste Form unseres Universums (betrachtet als 3-dimensionales Gebilde) wohl die eines mehr oder weniger verbeulten Fußballs, der — das ist nicht auszuschließen — einen Durchmesser haben könnte, der um Größenordnungen größer ist als die Kugel BU, die den vom Menschen im Prinzip beobachtbaren Teil des Universums darstellt.

Berücksichtigt man die Tatsache, dass unser Universum U einen Nebel darstellt, dessen Tröpfen Galaxien sind (ebenso wie jede Galaxie einen Nebel darstellt, dessen Tröpfen Sterne oder Sonnensysteme sind) und geht man jetzt mal davon aus, dass der Durchmesser von U z.B. um einen Faktor 101000 größer ist als der Durchmesser des durch uns maximal beobachtbaren Teils BU von U, so scheint mir nicht ausgeschließbar, dass U nach Form und Wachstumsverhalten einem Salatkopf vergleichbar sein könnte. BU wäre dann — von seiner Größe her — noch deutlich kleiner als ein einziges Atom in einem Blatt dieses Salatkopfes.

Interessant an dieser Perspektive ist, dass, wenn der Salatkopf wächst, er von seiner Wurzel her wächst, man das als Bewohner von BU aber nicht mehr wahrnehmen kann: Wer sich, wie wir Menschen, im Zentrum von BU befindet und über seinen Hubble-Horizont (den Rand von BU) nicht hinauszusehen in der Lage ist, der wird das Anschwellen von BU, das dem Wachsen des Salatblattes geschuldet ist, tatsächlich so sehen und beurteilen, wie wir die Expansion des Alls sehen und beurteilen: als reine Skalierung also.

Dieses Beispiel zeigt: All unsere Beobachtungen, die uns dazu führen, an einen Big Bang zu glauben und dennoch daran, dass das Universum NICHT von einer einzigen Stelle aus wächst (die man dann sein Entstehungszentrum nennen könnte), sondern durch Schwellung, sind durchaus verträglich mit dem Bild eines Gesamtuniversums, welch entstanden, gewachsen sein könnte, und immer noch wachsen könnte wie ein Salatkopf.

Beste Grüße,
grtgrt


PS: Treibt man die Analogie weiter, so könnte man BU vergleichen mit einem atomartigen winzigen Teil einer pflanzlichen Zelle, die ihrerseits Teil eines Blattes des Salatkopfs ist. Sie wächst tatsächlich durch Schwellung (also nicht von einem Zentrum her), der Salatkopf als Ganzes aber wächst von seiner Wurzel her durch Bilden von immer mehr pflanzlicher Zellen.

Könnte ein durch einen Big Bang entstandenes Universum also vergleichbar sein mit einer Pflanze?

Zu versuchen, diese These zu untermauern oder zu widerlegen, könnte spannend sein.
 

  Beitrag 1057-88
Nochmals: Denkmodell Salatkopf

 
 
Hi Henry,

zunächst einmal habe ich einen kleinen Fehler gemacht, indem ich sagte, das Salatkopfmodell widerlege deine Schlußfolgerung. Was ich sagen wollte (und immer noch will) ist:

Ein Beispiel gefunden zu haben, bei dem man nicht ausschließen kann, dass U von einer bestimmten Stelle her wächst (eben so wie ein Salatkopf von seiner Wurzel her wächst) — und ohne dass das aus BU heraus erkennbar wäre — zeigt eine Beweislücke deiner Argumentation. Der Versuch, sie zu beheben, könnte dazu führen, dass das Ergebnis deiner Überlegung sich ins Gegenteil kehrt.

Desweiteren: Den Stand gegenwärtiger Erkenntnis (teilweise in Form von Zitaten) habe ich nicht beschrieben, weil ich denken würde, er sei dir unbekannt — nein: ich habe ihn skizziert als Ausgangspunkt meiner Betrachtung (die ja sonst völlig aus der Luft gegriffen erschiene).

Mit Ausgangspunkt meiner Betrachtung ist die Annahme, dass U tatsächlich in einem Big Bang zur Welt kam. Wie wahrscheinlich das ist, möchte und brauche ich nicht zu diskutieren, da ich ja nur nach einer Situation suche,
  • die man einerseits nach gegenwärtigem Wissensstand nicht ausschließen kann,
  • und die andererseits, wenn sie denn zuträfe, dein Denkergebnis als falsch zeigen würde.

Kurz: In der Diskussion, die wir hier führen, siehst du alles aus den Augen eines Physikers, während ich alles aus den Augen eines Logikers sehe (bescheidener: aus den Augen eine Informatikers).


Nun aber zur Sache selbst. Du sagst:

Zitat von Henry:
In deiner Schlussfolgerung vergisst du eins: Dein Salatkopf hat viele Brüder, nämlich alle anderen Beobachter in welchen Galaxien auch immer. Das heißt, viele Bezugsräume, wenn man so will, die aber letztlich auch nur darauf zurückzuführen sind, dass es keinen universellen Mittelpunkt gibt.

Es ist richtig: Neben dem atomartig kleinen BU irgendwo in einem der Blätter des Salatkopfes gibt es Abermillionen weiterer mit BU vergleichbarer kugelförmiger Teilregionen von U. Sie können sich beliebig überlappen, denn sogar um JEDEN Punkt von U herum kann man sich so eine Kugel denken. Interessant sind natürlich nur jene dieser BU, in deren Mittelpunkt sich tatsächlich ein Beobachter findet. Seine Position in U ist sein Bezugspunkt.


Zitat von Henry:
Es geht nicht darum, was jeder Beobachter von seinem Bezugspunkt her wahrnehmen – messen – kann, sondern was allgemeingültig ausgesagt werden kann.

NEIN, denn Kern meiner Argumentation ist ja gerade, dass wirklich relevant ist, was jener Beobachter wahrnehmen und messen kann (genauer noch: was er NICHT wahrnehmen und daher auch NICHT messen kann).

Ich sage nämlich: Da in meinem Beispiel das betrachtete Universum U um eine Faktor von grob 101000 größer als BU ist, kann der Beobachter aus BU heraus nicht mehr erkennen, dass U von einer Stelle X her wächst, die extrem weit außerhalb seines Horizonts liegt — möglicherweise 101000 Mrd. Lichtjahre von ihm entfernt (!).

Diese besondere Stelle X in U könnte man dann sehr gut als das Zentrum Z( U) von U bezeichnen und als das Loch sehen, aus dem alles kam, was ein Beobachter zu beobachten und zu messen in der Lage ist, sofern es ihm hinreichend nahe kommt.

Gruß, grtgrt


Das U in meinem Sinne ist übringens noch lange nicht der gesamte Kosmos (oder muss es jedenfalls nicht sein). Ich betrachte U einfach nur als ein aus einem Big Bang heraus entstandenes oder entstehendes Universum. Es scheint mir nicht ausschließbar, dass der gesamte Kosmos vergleichbar sein könnte mit einem nie sterbendem Feuerwerk, derart dass jeder einzelne Funken darin einem Big Bang entspricht und ein U ist.

 

  Beitrag 1376-1
Was ist Zeit?

 
Auch wenn ich absolut fasziniert von dieser Seite bin ( ein Kompliment an die Verantwortlichen ), habe ich mir schon oft die Frage gestellt: "Was ist Zeit eigentlich?"
Mit den bisher veröffentlichen Theorien und wissenschaftlichen Meinungen kann ich aber leider nicht besonders viel anfangen.
Ich bin dann irgendwann zu meiner persönlichen Erkenntnis gekommen, daß es Zeit NICHT gibt, sondern daß sie nur eine Erfindung der Menschen ist.
Alles bleibt so wie es ist. Der Mensch hat die Zeit erfunden, um sichtbare Veränderungen zu beschreiben, um seinen Tagesablauf zu gestalten oder einfach nur um sein Dasein zu definieren.
 

  Beitrag 1376-28
Lebenszklus, Lebensbatterie, Entropie

 
 
Hi Stueps,

meine erste Antwort auf deine Anregung das Stichwort Entropie betreffend war falsch: Die Lebensbatterie eines Objektes lässt sich doch über Entropie definieren. Genauer: Sie definiert den — mit Hilfe der Entropiegesetze gut präzisierbaren — Freiraum, den ein Objekt hat, sich fortzuentwickeln, ohne durch diese Fortentwicklung seine Identität aufgeben zu müssen.

Hier die Argumentationskette, die mich zu dieser Meinung führt:

Zunächst muss festgestellt werden, dass ich von Objekten spreche, die Ansammlung nur endlich vieler Elementarteilchen sind, und dass ich zunächst davon ausgehe, dass deren Anzahl über die gesamte Lebensdauer des Objekts hinweg begrenzt ist. Dies anzunehmen ist keine Einschränkung, solange wir Objekte bestimmten Typs vorliegen haben (Atome, Moleküle, oder Objekte aus unserem täglichen Leben).

Sei also N eine positive ganze Zahl und sei X irgendein Objekt, welches während seiner ganzen Existenz — genau genommen ist das die Existenz seiner Identität — aus maximal N Elementartteilchen zusammengesetzt ist. Da N eine endliche Zahl, ist, gibt es auch nur endlich viele Zustände Z, in denen sich diese Elementarteilchen zusammenfinden können: Konfigurationen also, die durch ein kompliziertes Kräftegleichgewicht gebildet und zusammengehalten werden (es ergibt sich als Folge aller vier Grundkräfte).

Diese endlich große Zahl möglicher Konfigurationen ist nichts anderes als eine obere Grenze für die Entropie, die das Objekt maximal zu unterstützen in der Lage ist (das Maximum an Information also, die dieses Objekt irgendwann in seinem Leben darstellen kann).

Wo Objekte nicht gerade aus nur einem einzigen Elementarteilchen bestehen, kann man sie gut vergleichen mit Baumkronen, die einem ständigen Luftzug ausgesetzt sind — und hin und wieder sogar einem richtigen Sturm:
  • Die Blätter entsprächen den Elementarteilchen,
  • die Äste und Zweige den sie in bestimmter Konfiguration zusammenhaltenden 4 Grundkräften,
  • und der Luftzug, Wind oder Sturm entspricht den Scharen durchs All streunender Schwärme noch in gar keine Struktur eingebundener Elementarteilchen (Neutronen, Photonen, u.a.). Die meisten von ihnen durchqueren das Objekt so als wäre es gar nicht da, einige wenige aber kollidieren mit dem Objekt zugeordneten Elemenarteilchen und führen so zu einem nächsten Objektzustand.

So wie jedes Gleichgewicht ist auch ein Kräftegleichgewicht selbstheilend in dem Sinne, dass Störungen, wenn sie denn hinreichend klein sind, sich selbst beheben.

Dies hat zur Folge, dass, wo das Objekt aus einem Zustand Z1 in einen nächsten Zustand Z2 gestoßen wird, jener dem Z1 recht ähnlich sein wird. Dennoch wird er (so sagt uns der zweite Hauptsatz der Thermodynamik) mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit von höhere Entropie haben.

In den extrem wenigen Fällen, wo das NICHT so ist, spricht man von einer Mutation des Objekts. Sie kann den Wert des Objektes vergrößern oder verkleinern (das Objekt also, wenn es denn ein Lebewesen ist, krank machen oder es — ein ganz klein wenig wenigstens — zu einem höher entwickelten Lebewesen machen. In Verbindung mit Darwins Selektionsprinzip ist so erklärt, warum der Zusammenstoß von Elementarteilchen zwar in der Regel, aber eben nicht immer, zu höherer Ordnung führt, also zu weniger Entropie.


Zusammenfassend lässt sich feststellen:

Was ich in Beitrag 1376-15 die Lebensbatterie eines Objektes X im Zustand Z nenne, ist nicht anderes als das Paar

B = ( e(X,Z), e(N) )


worin e( N) eine obere Grenze für im Objekt enthaltene Entropie bezeichnet und e( X, Z) die Entropie von X im Zustand Z ist.

Die Differenz   1 – e( X,Z)/ e( N)   ist dann zu deuten als die in der Lebensbatterie noch vorhandene Restladung (so normiert, dass 1 der voll geladenen Batterie entspricht).

Dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik entsprechend wird sie mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit bei jedem Zustandsübergang kleiner, so dass klar ist: X wird irgendwann sterben, d.h. wird irgendwann so entstellt sein, dass es seine Identität verliert — eben ganz so, wie auch ein Mensch sich mit zunehmendem Alter mehr und mehr verändert, schließlich in einen Sarg gelegt wird, und dort weiter zerfällt, so dass man irgendwann nicht mehr sagen kann, was man da noch vorfindet sei ein Objekt vom Typ Mensch.

Nachdem man die kleinstmögliche Version der Zahl N nicht kennen kann, wird man auch die Restladung der Lebensbatterie stets nur mit gewisser Unschärfe kennen.


Also Stueps, danke, denn ohne deine zwei Anregungen wäre ich auf diese Erklärung so schnell nicht gekommen.

Beste Grüße,
grtgrt

PS: Ich habe oben so getan, als würden Zustandsübergänge sich stets ergeben durch Zusammenstoß des Objekts mit streunenden Elementarteilchen. Das ist nicht ganz richtig, denn es gibt in jedem Quantensystem ja auch spontane Zustandsübergänge, sogar solche, von denen Chemiker durchaus wissen, mit welcher Wahrscheinlichkeit in etwa sie eintreten. Am Gesamtergebnis meiner Betrachtung ändert sich dadurch aber rein gar nichts.

 

  Beitrag 1894-1
RZQ — die Raumzeit der Quanten: die Zeit als gerichteter Graph

 
 

Wie die Allgemeine Relativitätstheorie uns lehrt, entwickeln physikalische Objekte — sobald sie sich relativ zueinander mit unterschiedlicher Beschleunigung bewegen — einen unterschiedlichen Zeitbegriff. Siehe hier Details dazu.

Daraus, so denke ich, ergibt sich zwingend, dass man die Zeit als einen in die 4-dimensionale Raumzeit der Allgemeinen Relativitätstheorie eingebetteten gerichteten Graphen aufzufassen hat, dessen Knoten Ereignisse im Sinne der Quantenmechanik sind (sprich: Punkte der Raumzeit, an denen Elementarteilchen entstehen, zerfallen, oder sich neu aufteilen in Folge einer Kollision).

Genauer beschrieben findet sich diese Idee auf folgenden Seiten (man sollte sie in eben dieser Reihenfolge lesen):

(1)   Vergangenheit und Zukunft genauer definiert

(2)   RZQ: Die Raumzeit der Quanten (Teil 1)
(3)   RZQ: Die Raumzeit der Quanten (Teil 2)

Ich würde mich freuen, wenn Physiker diese meine Ansicht kommentieren könnten (insbesondere dann, wenn sie glauben, Argumente dagegen zu haben).

 

  Beitrag 1894-9
RZQ — die Raumzeit der Quanten: Definition des Zeitgraphen

 


Entsprechen Quantenereignisse dem Ticken einer Uhr?


Zeit — so sagt man — fließt, indem sich Veränderung ergibt. Nimmt man das ernst, muss jeder Kollaps der Wellenfunktion einen kleinsten Zeitschritt bedeuten.

 
Nach allem, was die Theoretische Physik heute weiß, könnte man unser Universum auffassen als ein Paar ( B, E ), für das gilt:
  • B ist eine Menge elementarer Energiequanten ( Schwingungszustände von Strings im Sinne der Stringtheorie) und
  • E ist eine Menge atomarer Ereignisse, deren jedes sich auffassen lässt als ein Paar X( V,Z), derart dass V und Z Teilmengen von B sind.

Jedes Ereignis X = X( V,Z ) kann als Tor aufgefasst werden, welches aus seiner direkten Vergangenheit V = X.V in seine direkte Zukunft Z = X.Z führt.

Man beachte: X.V ist Input von Ereignis X, wohingegen X.Z seinen Output darstellt.

Da die Menge aller Paare ( v, z ) mit v und z aus E derart, dass der Durchschnitt von v.Z und z.V nicht leer ist, eine zweistellige Relation auf E ist, kann man ihre transitive Hülle bilden. Sie ist ebenfalls zweistellige Relation auf E. Man nennt sie die Zeit (und kann sie sehen als einen gerichteten Graphen, dessen Knoten Ereignisse und dessen Kanten Branen sind).


Die Zeit als Pfeil zu sehen wäre nur dann gerechtfertigt, wenn die sie darstellende transitive Relation eine lineare Ordnung (im Sinne der Mathematik) wäre. Sie scheint aber lediglich Ordnung zu sein.


Frage an alle Physiker unter Euch: Wie kann der so definierte gerichtete Graph — man sollte ihn die Struktur der Zeit nennen — mathematisch mit Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie verschmolzen (oder zu ihnen in Bezug gesetzt) werden?

 

  Beitrag 1823-146
RZQ — die Raumzeit der Quanten: Zum Motor der kosmischen Uhr

 
Okotombrok aus 1823-7:
Bernhard Kletzenbauer aus 1823-6:
Keine Prozesse, keine Vergleichsmöglichkeiten = keine Zeit
So klar hab' ich das für mich noch nicht.
Wenn wir das Gedankenexperiment weiterdenken, und annehemen, es bewegt sich wieder was, heißt das dann, die Erstarrung hätte gar nicht stattgefunden?

Ja, Zeit ist Veränderung. ABER: Der Fall, dass es keine Prozesse gibt, existiert gar nicht. Genauer:

Einstein sagt:

Zitat:
Die Zeit ist, was man von der Uhr abliest.

Dazu kommt, was ich gelernt zu haben glaube (siehe Zur Struktur der Zeit):

Zitat von grtgrt:
Die einzige umfassende Uhr ist der Kosmos selbst.


Jeder Tick dieser Uhr ist ein atomares Ereignis, in dem eine kleine Portion schwingender Energie entsteht, vergeht, oder mit anderen solcher Portionen kollidiert (was zu einer Verschmelzung und Neuaufteilung dieser Portionen noch im Ereignis selbst führt).

Dass diese kosmische Uhr niemals stehen bleibt, ergibt sich aus dem, was Lisa Randall (auf Seite 238 und 225 ihres Buches Warped Passages ...) schreibt:

Zitat:
Quantum contributions to physical processes arise from virtual particles that interact with real particles.

Virtual particles, a consequence of quantum mechanics, are strange, ghostly twins of actual particles. They pop in and out of existence, lasting only the bares moment. They borrow energy from the vacuum — the state of the universe without any particles.

Da virtuelle Partikel spontan entstehen (ohne beobachtbaren Grund also), ist nicht damit zu rechnen, dass das jemals endet. Sie also sind der Motor, der die kosmische Uhr treibt und die Zeit vergehen lässt.

Mfg, grtgrt
 

  Beitrag 1915-1
Die (nicht widerlegbare) logische Struktur unserer Welt

 
 

Über die Welt, in der wir leben


Meine These 1:
  • Das Universum ist ein Quantensystem definiert durch seine Wellenfunktion.
  • Die Wellenfunktion jedes Quantensystems ist Summe der Wellenfunktionen einzelner Quanten.
  • Die Wellenfunktion jedes Quantums Q ist eine Summe von Wellenfunktionen, deren jede genau einen Zustand darstellt, in dem sich Q zeigen kann (jede dieser Wellenfunktionen nenne ich eine atomare Zustandswelle).
  • Wo Q einen Punkt der Raumzeit betritt oder verlässt, zeigt Q sich in genau einem dieser Zustände.
  • Jedes Elementarereignis erzeugt und/oder vernichtet Zustandswellen.
  • Ganz offensichtlich gilt: Je größer die Zahl der Quanten ist, aus der ein Quantensystem QS besteht, desto weniger wird ein einzelnes Elementarereignis den Gesamtzustand von QS abändern.
  • Kein Wunder also, dass
      uns ein Quantensystem umso konkreter erscheint, je größer es ist (seine Größe definiert als Zahl der seine Zustandswelle darstellenden atomaren Zustandswellen)
      und dass es sich — aus nicht allzu mikroskopischer Sicht — stetig zu entwickeln scheint, d.h. kontinuierlich in kleinsten Schritten.

Meine These 2:
  • Es kann mir niemand beweisen, dass diese Sicht falsch ist.


grtgrt, Gebhard Greiter

Wo oben von einer "Summe" der Wellenfunktionen gesprochen wird, darf man das nicht ganz wörtlich nehmen. In Wirklichkeit ist die Situation etwas komplexer: Jene "Summe" ist Lösung eines Eigenwertproblems, in dessen Zentrum die Schrödingergleichung des jeweils betrachteten Quantensystems steht.

 

  Beitrag 1915-3
Wie sich Dekohärenzprozesse einordnen

 
 
E... aus 1915-2:
Welche Rolle spielen bei Deinem Weltmodell die Dekohärenzprozesse?

Hallo E...,

sie sind im Modell durchaus berücksichtigt, denn:


Nach These 1 ist unsere Welt eine Konfiguration M verschieden wahrscheinlicher Möglichkeiten, gewisse Form anzunehmen. Jedes Elementarereignis E = E( M) ist eines der von M als möglich eingestuften. Sein Eintreten ersetzt M durch eine neue Version M( E). Auf diese Weise konkretisiert und generiert unsere Welt sich ständig neu.

Ein Elementarereignis E kann eintreten
  • entweder spontan (so dass ohne jede erkennbare Ursache ein Paar virtueller Teilchen entsteht oder vergeht)
  • oder durch Kollision existierender Teilchen (Dekohärenz): Zusammenstoßende Quanten nehmen einander wahr und führen so zum Kollabieren ihrer Wahrscheinlichskeitswelle).


Beste Grüße,
grtgrt
 

  Beitrag 1915-5
Der Heisenberg-Zustand des Universums

 
 
H... aus 1915-4:
Grtgrt aus 1915-1:
Das Universum ist ein Quantensystem definiert durch seine Wellenfunktion.

Hier wäre ich etwas zurückhaltender in der Formulierung. Klar ist, dass ein quantenmechanisches S. durch seine Wellenfunktion (die übrigens empirisch gewonnen wurde, nicht durch Herleitung! Und die man bestimmen muss.) vollständig beschrieben wird (das ist ein Grundpostulat der QM). Aber hier geht z.B. keine Gravi ein. Schrödinger hat damals versucht, die RT einfliessen zu lassen, was er aber aufgegeben hat.

Hi H...,

viel von dem, was ich heute glaube, geht zurück auf meine Lektüre des wunderbaren Buches von Lothar Schäfer: Versteckte Wirklichkeit (Hirzel 2004).

Er schreibt da z.B. auf Seite 51:

Zitat von Lothar Schäfer :
 
... der wellenartige Zustand der Wirklichkeit ... von Heisenberg (1958) auch "Wahrscheinlichkeitsfunktion" genannt. Stapp (1993) verallgemeinert diesen Begriff, indem er ihn den "Heisenberg-Zustand des Universums" nennt [und beschreibt wie folgt:
 
Zitat von Stapp aus: Mind, Matter, and Quantum Mechanics (1993):
In Heisenbergs Modell ... wird die klassische Welt der Materieteilchen ... durch den Heisenberg-Zustand des Universums ersetzt. Diesen Zustand kann man sich als komplizierte Welle vorstellen, die sich ... in Übereinstimmung mit örtlich-deterministischen Bewegungsgesetzen entfaltet.

Doch dieser Heisenberg-Zustand stellt nicht das tatsächliche physikalische Universum selbst im üblichen Sinne dar, sondern nur eine Menge " objektiver Tendenzen" oder " Neigungen", die mit einem bevorstehenden tatsächlichen Ereignis verbunden sind: Für jede von den einander ausschließenden möglichen Formen, die das tatsächliche Ereignis annehmen könnte, bestimmt der Heisenberg-Zustand eine Neigung oder Tendenz für das Ereignis, eben diese Form anzunehmen.

Die Wahl zwischen den einander ausschließenden möglichen Formen wird dabei als völlig vom "reinen Zufall bestimmt" gedacht, der durch jene Tendenzen beeinflusst wird.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1915-6
Definition des Begriffes "atomare Zustandswelle"

 
 
H... in 1915-4:
Grtgrt in 1915-1:
[/list
  • Die Wellenfunktion jedes Quantensystems ist Summe der Wellenfunktionen einzelner Quanten.
Superposition? d'Accor

Grtgrt in 1915-1:
  • Die Wellenfunktion jedes Quantums Q ist eine Summe von Wellenfunktionen, deren jede genau einen Zustand darstellt, in dem sich Q zeigen kann (jede dieser Wellenfunktionen nenne ich eine atomare Zustandswelle).

Hm, was meinst du? Ich versuche es mal mit dem (etwas verkürzten) 1x1 der QM:
sein F der zu einer phys. G. gehörige Operator, φ der Zustandsv. (Wellenfkt.), dann bekommt man scharfe Werte, wenn
gilt (F - F) φ = 0 (falls mittl. qu. Abw. der Zustände 0). D.h. die Eigenfunktionen φ des Operators sind die messbaren
Zustände, die man messen kann, nicht muss (und genau die und keine anderen!!!).

Hi H...,

vielen Dank für diese Klarstellung.

Sie zeigt mir, dass das, was ich eine atomare Zustandswelle nenne, in Wirklichkeit eine jener Eigenfunktionen ist.

Beste Grüße,
grtgrt
 

  Beitrag 1915-7
Erklärung der transzendenten Dimensionen unserer Welt

 
 
H... aus 1915-4:
Grtgrt aus 1915-1:
[/list
  • Wo Q einen Punkt der Raumzeit betritt oder verlässt, zeigt Q sich in genau einem dieser Zustände.
  • Jedes Elementarereignis erzeugt und/oder vernichtet Zustandswellen.

Hier wäre interessant, was betreten heisst und von WO kommt Q?

Es gibt ja eigentlich nichts weiter ausser der Raumzeit. Diese ist durch gewisse Energiezustände charakterisiert.
Nun kann es durch wohlbeschreibbare Fluktuationen passieren, dass ein Teil der vorhandenen Energie sich in ein Partikel/Antipartikel formt
und sofort wieder zerstrahlt. Casimir hat dies ja sogar exp. dingfest gemacht.

Hi H...,

mein Wort betreten steht für das Kollabieren der Wahrscheinlichkeitswelle und soll daran erinnern, dass man hier die transzendente Welt möglicher Alternativen verlässt und so hineintritt in die materielle Wirklichkeit des (durch die Raumzeit modellierten) Universums.

Die Frage, woher das Quantum Q kommt, ist die eigentlich interessante — ich beantworte sie wie folgt:
  • Das Universum scheint über die 4 uns bekannten Dimensionen hinaus weitere, rein konzeptuelle Dimensionen zu haben (in denen dann die durch Heisenberg so bezeichneten " Neigungen" und " Tendenzen" als transzendente Größen existieren).
  • Das Betreten der materiellen Wirklichkeit des Universums entpräche dann dem Projezieren der 4+N-dimensionalen Gesamtwelt auf einen der Raumzeit ent­sprechenden 4-dimensionalen Raum, den man zu sehen hätte als jene Teilmenge der Menge aller Punkte der Gesamtwelt, die in Dimension 5 bis 4+N identischen Koordinatenwert haben — eben jenen Wert, welcher dem Zustand entspricht, zu dem hin die Wahrscheinlichkeitswelle kollabiert (und der das Quantum Q enthält).
  • Jede Projektion in diesem Sinne ließe sich auffassen als genau eine der Welten des Hugh Everett III.

Beste Grüße,
grtgrt

PS: Die Dimensionen 5 bis 4+N sollte man als die transzendenten Dimensionen unserer Welt bezeichnen. Sie scheinen rein konzeptueller Art zu sein (und sind wohl das, was wir als mathematische Gesetzmäßigkeiten kennen, genauer: z.T. kennen).

 

  Beitrag 1942-30
Die Natur als Materie erschaffender Computer

 
 
Irena aus 1942-29:
 
wenn man beginnt, sich mit der Deutung der Information zu beschäftigen, kommt man zum Schluss, dass die Erklärung der Information als alleinigen Gründer der Materie unsinnig ist. Weil die Information immer mit einer Deutung komplementär ist.

Hallo Irena,

im Grunde genommen, muss man die folgenden 4 Begriffe nebeneinander stellen:
  • Daten (als Form, in der uns Information — irgendwie kodiert — erreicht),
  • diese Information selbst,
  • ihre Deutung
  • und die aufgrund der Deutung erfolgende Reaktion auf jene Information.

Zunächst ist festzustellen:
  • Ein und dieselbe Information kann in Form verschiedener Daten vorliegen (kann also verschieden kodiert und transportiert sein).
  • Geeignetes Abstrahieren von diesen Formen liefert uns die Information selbst (sofern wir beim Dekodieren keinen Fehler machen).
  • Jene Information zu deuten bedeutet dann nichts anderes, als zu versuchen, sich all ihre Konsequenzen auszumalen (formal gesprochen: Deutung = Übergang zur transitiven Hülle). Da jenen Übergang zu finden, schwierig sein kann, wird man dabei i.A. Fehler machen — und wenn es nur der Fehler ist, einige Konsequenzen schlichtweg zu übersehen.
  • Der Wissensstand, bei dem man so angelangt ist, triggert dann eine Reaktion, die die Realität verändert und so zu neuen Daten führt.

Diesen Zyklus immer und immer wieder zu gehen, bezeichnet man als Informationsverarbeitung — was nichts anderes als ein Prozess ist, der schrittweise Daten entgegennimmt und schrittweise Reaktion darauf erzeugt.

Der den Prozess treibende Mechanismus — ein Mensch, oder die Natur selbst — funktioniert nicht voll deterministisch.

Das wiederum hat zur Folge, dass die Reaktion durch die eingehenden Daten nicht wirklich eindeutig definiert ist (als Mensch macht man Fehler, als Natur funktioniert man im Kleinsten absolut zufällig, liefert also für unteilbare Ereignisse zufällige Reaktion, die statistisch gesehen aber dennoch wieder durch existierende Information ψ beschrieben ist).

Der Korridor der Möglichkeiten, die so zu Realität werden können und teilweise auch werden, ist demnach durch ψ — die Wellenfunktion des Universums — beschrieben und eingegrenzt.

Die Natur — als der Mechanismus, der den Prozess abarbeitet — ist gegeben durch die 4 Grundkräfte. Sie, so vermutet man heute, könnten auf eine einzige Kraft zurückführbar sein, die man dann — so meine ich — gut als den "Geist" der Natur sehen könnte.

Materie wird dann also letztlich — so wie in Beitrag 1924-1 beschrieben — durch jenen "Geist" geschaffen.


Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1917-1
Lothar Schäfers Weltmodell (und sein entscheidender Schritt)

 
 

Wie uns Philosophie hilft, den Kosmos zu verstehen


Was ich als philosophische Erkenntnis bezeichne ist eine Meinung, die sich über lange Zeit hinweg mindestens einer Person mehr und mehr aufgedrängt hat, die mindestens eine Person immer wieder erwogen, mit Hilfe streng logischer Argumentation kritisch überdacht, mit anderen Meinungen verglichen, dann aber doch als einzig plausiblen Standpunkt eingestuft hat.

Eine so entstandene Überzeugung ist deutlich mehr als nur eine Meinung unter vielen: Sie ist wenigstens diesem Menschen eine Art Erleuchtung, obgleich auch er sie nicht wirklich beweisen kann.


Wer philosophische Erkenntnisse ignoriert, ist selten gut beraten.

Ein uns alle angehendes Beispiel ist Kants Überzeugung, dass der Mensch Zweck an sich ist (und daher nie nur als Mittel zum Zweck benutzt werden darf):

Zitat von Kant (1785):
 
Jeder Mensch, und überhaupt jedes vernünftige Wesen,
existiert als Zweck an sich
und keineswegs nur als Mittel zum beliebigen Gebrauche für diesen oder jenen Willen.

 

Zitat von Kant:
 
Handle so, dass du die Menschheit — sowohl in deiner Person als in der Person eines jeden anderen — jederzeit zugleich als Zweck,
niemals [aber bloß als Mittel brauchest.

 

Zitat von Lothar Schäfer (2004):
 
Kants Imperativ enthüllt die akute Immoralität unseres heutigen Gesellschaftsystems. Wir stehen dauernd unter dem Druck der Verderber: im Geschäftsleben wie in der Politik sind wir ständig gefordert, Menschen nur als Mittel zum Zweck zu betrachten.
 


Dass philosophische Erkenntnisse sehr wertvoll sein können (wie dieses Beispiel zeigt), ist eine Sache.

Eine ganz andere aber ist, dass – wo es um Naturwissenschaft geht – oft völlig unklar bleibt, wie man der Philosophen Aussage zu interpretieren hat, damit sie uns zur Erleuchtung wird.

Schlimmer noch: selbst der Philosoph selbst, weiß das oft nicht wirklich. Es scheint vielmehr so zu sein, dass besonders tiefe Wahrheiten sich auch ihm nur einen kurzen Augenblick lang offenbaren. Er kann so eine Wahrheit dann nicht mehr vergessen, weiß jetzt, dass sie existiert, kann sie aber doch nicht weiter greifbar machen.


Gutes Beispiel dafür mag George Berkely’s Erkenntnis sein:

esse est percipi   ( zu sein bedeutet wahrgenommen zu werden ).


Wie einige andere Philosophen sein Werk in allzu vielen Worten interpretieren, geht meiner Meinung nach völlig an dem vorbei, was sich ihm da einen kurzen Moment lang als tiefe Wahrheit gezeigt haben mag. Treffender zu interpretieren scheint ihn Lothar Schäfer, der denkt:


Berkely ist der Meinung, dass alles, was wirklich existiert, eine Art Bewusstsein hat.

Damit sagt er umgekehrt, dass wo immer wir ein Ding wahrnehmen, welches KEIN Bewusstsein zu haben scheint,
wir es in seiner wirklichen Existenz noch gar nicht gesehen, geschweige denn begriffen haben.


Nehmen wir also mal an, das betrachtete Ding sei der Stuhl, auf dem ich eben sitze. Hat der ein Bewusstsein? Wohl nicht (würden wir meinen). Also, so sagt Berkely, ist das, was ich sehe, wenn ich ihn fühle, greife, betrachte nur eine durch mich selbst produzierte Illusion — eine Art Abstraktion könnte man sagen. Sie zeigt ihn nur projeziert in meine eigene gedankliche Welt.

Und tatsächlich: Ein Physiker wie Heisenberg etwa, sieht jeden Stuhl ganz sicher auch als ein Quantensystem, woraus ihm dann sofort klar wird, dass der Stuhl eine wesentlich weniger materielle Existenz hat als er sie in den Augen dessen hat, der ihn gerade als Sitzgelegenheit benützt. Kann man sich dann aber nicht mit Recht fragen, ob nicht vielleicht auch Heisenbergs Vorstellung von der Natur der Existenz des Stuhls noch sehr weit von der entfernt ist, die des Stuhles wirklich wahre ist — jene also, in der er dann tatsächlich Bewusstsein haben könnte?


Hier angekommen, wird so mancher versucht sein zu sagen: Wenn wir nicht wissen, was eine ganz bestimmte Aussage eines Philosophen denn nun genau bedeutet — und wenn er selbst noch damit kämpft, sie zu verstehen — mache es wohl keinen Sinn, sich länger damit zu befassen.

So zu denken aber wäre falsch, wie uns gleich drei Beispiele zeigen:

  • Chemiker und Physiker des 19. Jahrhunderts haben Demokrits Atomtheorie – sie geht eigentlich zurück auf seinen Lehrer Leukippos (etwa 500 v.Chr.) – neu ausgegraben und konnten sie erstaunlich genau bestätigen. Wer mir das nicht glaubt, der wird es sicher Heisenberg glauben.
  • Und Heisenberg gibt gleich noch ein zweites Beispiel: "Die Wahrscheinlichkeitswelle von Bohr, Kramer und Slater ... bedeutete so etwas wie eine Tendenz zu einem bestimmten Geschehen. Sie bedeutete die quantitative Fassung des alten Begriffes der » Potentia« in der Philosophie des Aristoteles."
  • Noch erstaunlicher: Parmenides (geboren um 530 v.Chr.) lehrte: "Die Welt, in der wir zu leben glauben, ist die vermeintliche Welt der Sinneswahrnehmungen; die Welt ist nur Meinung ...". Und genau das bestätigt uns im 20. Jahrhundert der Physiker Niels Bohr.

Wir sehen: Die moderne Physik bestätigt mehr und mehr die schon recht alte Erkenntnis, dass

wir die Welt und deren Bedeutung noch gar nicht kennen,
sondern dass ALLES um uns herum nur Vorstellung und Illusion ist.


Wo aber stehen wir dann? Sind wir beim Versuch, die Welt zu verstehen, in eine Sackgasse gelangt? Es sieht nicht so aus:


Der Astrophysiker und Mathematiker Sir James Jeans (1877-1946) schrieb 1931:

Zitat:
 
Man kann sich das Universum am besten ... als aus einem reinen Gedanken bestehend vorstellen, wobei wir den Gedanken woran, mangels eines umfassenden Wortes, als den eines mathematischen Denkers beschreiben müssen ...

Das Universum sieht immer mehr wie ein großer Gedanke aus als wie eine große Maschine. Geist erscheint nicht mehr wie ein zufälliger Eindringling in das Reich der Materie, sondern wir fangen an, Verdacht zu schöpfen, dass Geist Schöpfer und Herrscher im Reich der Materie ist — natürlich nicht unser eigener individueller Geist, sondern der, in dem die Atome als Gedanken existieren, aus denen unser eigenes Bewusstsein gewachsen ist ...

Wir entdecken, dass das Universum Hinweise auf eine planende und kontrollierende Kraft offenbart, die etwas mit unserem individuellen Geist gemein hat.
 

Ist Jeans dann aber mit diesem Verdacht nicht schon ganz nahe an dem, was George Berkely mit seinem esse est percipi wohl erahnt hat?


Meiner Ansicht nach, könnte der nächste große Schritt, den Philosophen und Physiker sich wünschen gehen zu können, sehr wohl über das Weltbild des Lothar Schäfer führen. Wenn ich ihn richtig verstehe, lässt es sich so zusammenfassen:



Lothar Schäfers philosophische Meinung


Schäfer, ein Professor für Physik in Arizona, nicht der gleichnamige Philosoph, sieht drei Wurzeln unseres Wissens:
  • das Erfahren, Beobachten und Interpretieren der raumzeitlichen Wirklichkeit,
  • den gezielten Gebrauch unserer Vernunft in Übereinstimmung mit jedem anerkannten Gesetz logischen Denkens,
  • daneben aber auch die epistemischen Prinzipien des sich selbst bewussten Geistes (der mindestens uns, möglichwerweise aber sogar dem gesamten Kosmos Bewusstsein verleiht).
    Man beachte: Schäfer spricht hier von epistemischen (nicht aber von epistomologischen) Prinzipien. Was er als dritte Quelle unseres Wissens sieht, ist demnach all das, was logische Konsequenz dessen ist, was unser "sich selbst bewusster Geist" als "ganz offensichtlich wahr" einstuft.

Schöpfend aus diesen 3 Quellen des Wissens kommt Schäfer zu einem Weltbild, welches das von Bohr und Heisenberg um einen, wenn er denn richtig sein sollte, ganz entscheidenden Schritt weiter denkt (in Punkt 3):
  • Die Grundlagen der materiellen Welt sind nicht-materiell.
  • Fast alle Dinge sind aufgebaut aus Dingen, die weit weniger konkret sind als sie selbst.
  • Über quanten-physikalische Experimente haben wir Zugang zu einer anderen Wirklichkeit gefunden: Sie könnte die Welt der platonischen Ideen sein.
    Hinweis: Die platonische Idee — das sollte man wissen — bezeichnet kein mentales Erzeugnis, keinen Einfall oder Gedanken. Platon geht davon aus, dass die Welt, wie sie vom Menschen sinnlich wahrgenommen wird, einem eigenständig existierenden Reich sog. Ideen nachgeordnet ist, welches einen Teil unserer Welt darstellt, den man nur auf geistigem Weg erkennen und erforschen kann, da alles dort Existierende sinnlicher Wahrnehmung entzogen sei [also nicht Gegenstand der Experimentalphysik sein kann .

Schäfers gedanklicher Weg ist bemerkenswert, da er uns hin zu einem Punkt führt, an dem man nicht mehr wirklich ausschließen kann, dass unser Universum — eher noch der gesamte Kosmos — eine überaus wichtige transzendente Dimension hat, die
  • Ideen ( Konzeption) im Sinne Platons darstellt
  • und vielleicht sogar dem gesamten Kosmos wirklich eine Art Bewusstsein gibt.

Schäfer meint: Die Annahme, das das menschliche Bewusstsein einfach nur Fortsetzung eines kosmischen Bewusstseins sein könnte, würde einige Rätsel erklären, darunter z.B.

Wenn, wie Schäfer da vermutet, der menschliche Geist tatsächlich Teil eines kosmischen Bewusstsein sein sollte, so würde das erklären, warum gewisse Denkergebnisse griechischer Philosophen sich zwei Jahrtausende später als so erstaunlich richtig erwiesen.


Gebhard Greiter (grtgrt)

PS: Ich würde mich freuen, wenn gerade zu diesem Thema hier im Forum eine wirklich lebhafte Diskussion entstünde.

 

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