Einige Klarstellungen in Sachen Physik [Diskussion]

[bozano]

Welchen Hintergrund jemand hat ist hier egal und reine Privatsache, solange die Aussagen mit Argumenten hinterlegt werden. Es gibt hier für keinen Extrapunkte, weil er/sie sich für Fachmann/-frau erklärt und allen anderen Halbwissen bescheinigt.

[Mondwinter]

Hi, Agent Scullie. Wie ist denn dein fachlicher Hintergrund, wenn ich fragen darf?

Es stimmt zwar, dass es einige hypothetische Dunkelmaterieteilchen gibt, die an der schwachen WW teilnehmen (WIMPS), aber im Allgemeinen gilt das nicht. Ich werde es mal der Vollständigkeit halber dazu schreiben. Von baryonischer dunkler Materie ist da übrigens nicht die Rede, denn sie ist keine dunkle Materie. In meinem Absatz darüber geht es nur um die nicht-baryonische dunkle Materie, und diese wechselwirkt nicht über EM, und bildet keine Atome, Moleküle oder dergleichen. Sie kann nur gravitativ gebundene Haufen formen, soweit wir es heute wissen.

Ansonsten kann ich dir leider nirgendwo zustimmen (sorry).

Dass Druck übrigens eine Energiedichte ist, kannst du leicht nachvollziehen, wenn du einfach ihre Einheit ausrechnest. Es ist nämlich die Einheit einer Energiedichte. Druck macht einen direkten Beitrag zur Gravitation und verhält sich dabei in den Gleichungen auch wie eine Energiedichte.

Bei meinem Kommentar zu Eta Carinae war natürlich der Strahlungsdruck gemeint, nicht die Gravitation des Lichts. Das werde ich auch noch mal dazuschreiben.

Meine Anmerkungen zur QFT sind richtig so, insbesondere das mit den sich ändernden Quantenzuständen im Universum. Da habe ich erst neulich noch mit Teilchenphysikern vom Cern drüber gesprochen, deshalb ist es mir auch für meinen Beitrag wieder eingefallen.

Der Millenium Falke sieht die Striche bei der Beschleunigung - und das würde er in echt eben nicht sehen.

Dass sich Antiteilchen wie normale Teilchen beschreiben, die in der Zeit rückwärts reisen, ist wohl jedem Teilchenphysiker bekannt. Vorallem ist es etwas, das auch Feynman selbst gesagt hat. Ich denke zwar ebenfalls, dass sie sich in der Zeit nach vorne bewegen, ich meinte nur, dass man es nicht mit Sicherheit sagen kann. Mir ist jedenfalls kein Experiment bekannt, welches dazu etwas bewiesen hätte.

[Agent Scullie]

Aus dem Nachbarthread:

Etwas zu dunkler Materie
Dunkle Materie hat die Besonderheit, nicht über alle 4 Grundkräfte der Natur mit anderen Dingen in Verbindung zu stehen. Sie tauscht sich nur über die Gravitation mit anderen Dingen aus.

das weiß man nicht so genau. Bekannt ist erstmal nur, dass sie nicht oder nur sehr schwach elektromagnetisch wechselwirkt. Jedoch ist die Ansicht weit verbreitet, dass sie zumindest an der schwachen nuklearen WW teilnimmt.

D.h. sie bildet keine Strukturen, also auch keine Dunkelmaterie-Asteroiden a la Star Trek.

das weiß man ebenfalls nicht so genau. Es gab mal die Hypothese, Dunkle Materie bestünde aus Braunen Zwergsternen, das wäre dann sog. baryonische Dunkle Materie. Heute hat sich allerdings die Überzeugung durchgesetzt, dass Dunkle Materie nicht-baryonisch ist. Es ist aber zumindest davon auszugehen, dass sie auf galaktischen Größenskalen Strukturen bildet. Dunkle Materie ist in einer Galaxie oder einem Galaxienhaufen nicht gleichmäßig verteilt. Damit wäre auch dann nicht zu rechnen, wenn sie ausschließlich gravitativ wechselwirken würde.

Licht und normale baryonische Materie taucht wie ein Geist durch sie hindurch, als wäre sie nicht da.

das weiß man ebenfalls nicht so genau. Zumindest kann man aber davon ausgehen, wenn man voraussetzt, dass sie nicht-baryonisch ist.

Etwas zu dunkler Energie
Dunkle Energie (oder Vakuumenergie) ist eine der Raumzeit selbst innewohnende Energie. Jeder Punkt des Universums enthält ein bisschen davon. Sie kann nicht fließen

warum sollte sie nicht fließen können? Wenn sie gleichmäßig im Universum verteilt ist, kann man davon ausgehen, dass es keine Flüsse von ihr gibt, aber prinzipiell sollte sie fließen können.

Gravitation wird nicht durch Masse erzeugt...
...sondern durch Energie und Impuls. Druck ist eine Energiedichte und erzeugt damit ebenfalls Gravitation!

das ist so nicht korrekt. Druck ist keine Energiedichte. Druck und Energiedichte sind beides Komponenten des Energie-Impuls-Tensors, genauer gesagt gilt T^ij = diag(rho, p, p, p). Und da der Energie-Impuls-Tensor in der ART Quelle des Gravitationsfeldes ist, trägt der Druck folglich zur Gravitation bei. Das macht ihn aber nicht zu einer Energiedichte. Die Energiedichte ist die Komponente T^00.

Sogar Licht erzeugt Gravitation, denn es trägt sowohl Energie als auch Impuls - diese sind es, die ein Photonentorpedo schließlich überträgt
Das Licht eines Sterns kann sogar Gaswolken davon abhalten, auf den Stern zu fallen. Sie werden dabei nur durch das Licht alleine fortgedrückt: so etwa beim Stern Eta Carinae.

dieses Fortdrücken geschieht aber auf rein mechanische Weise durch den Strahlungsdruck, nicht durch die Gravitationswirkung des Lichts. Licht wirkt gravitativ anziehend, seine Gravitation würde die Gaswolken eher zum Stern hin ziehen, statt sie fortzudrücken.

Alles ist verbunden
Wenn du auf dem Tisch vor dir reibst und ihn erwärmst, springen Elektronen in den Atomen des Tisches auf höhere Energieniveaus. Die Elektronen sämtlicher Atome im ganzen Universum ändern dann gleichzeitig und augenblicklich ebenfalls ihren Zustand. Wenn das nicht so wäre, würde nämlich ein Naturgesetz verletzt: Alle Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin, wie das Elektron) müssen sich in ihren Quantenzuständen unterscheiden. Wenn irgendwo im Universum ein Zustand verändert wird, passen sich alle anderen Teilchen im Universum unbemerkbar daran an. Es gibt dabei keine Lichtgrenze.

das ist falsch. Zunächst einmal muss man anmerken, dass Elektronen und andere Teilchen in der Realität stets auf einen endlichen Raumbereich lokalisiert sind - und sich damit strenggenommen nicht in einem Energieeigenzustand befinden. Das von dir angeführte Pauli-Prinzip ist daher allein schon dadurch erfüllt, dass die Elektronen in verschiedenen Raumbereichen lokalisiert sind und damit unterschiedliche Wellenfunktionen (= unterschiedliche Zustände) haben.

Modellhaft kann man natürlich so tun, als befänden sich alle Elektronen in exakten Energieeigenzuständen und wären somit über das gesamte Universum delokalisiert. Dann aber macht es zum einen keinen Sinn, von Elektronen in den Atomen eines Tisches zu reden, und zum anderen würden Elektronen, wenn sie angeregt werden, immer nur in Energieniveaus springen, die noch frei sind, also oberhalb der Fermi-Energie liegen. Der Sprung eines Elektrons auf ein höheres Niveau hätte also auch in diesem Modell keine Auswirkungen auf die anderen Elektronen, das Pauli-Prinzip würde dadurch erfüllt werden, dass das springende Elektron auf ein noch freies Niveau springt.

So ähnlich macht man es in der Festkörperphysik: man geht von Elektronenzuständen aus, die über den gesamten Festkörper delokalisiert sind (Modell des quasifreien Elektronengases bzw. LCAO-Modell) und betrachtet den Festkörper als beliebig ausgedehnt (= berücksichtigt seine realen Abmessungen nicht). Springt dann ein Elektron auf ein höheres Niveau (von einem delokalisierten Zustand auf einen anderen), etwa durch eine an den Festkörper angelegte elektrische Spannug oder durch Absorption eines einfallenden Photons, so tut es das stets auf ein Niveau, das noch frei ist.

Alles ist noch mehr verbunden
Vielleicht ist dir bekannt, dass das Photon (Lichtteilchen) ein Teil des elektromagnetischen Feldes ist - wie Wasserwellen anschaulich gesagt ein Teil des "Wasserfeldes" eines Sees sind. Eher unbekannt ist dagegen, dass alle Teilchen ein Feld haben. Alle Elektronen z.B. sind Teil eines Elektronenfeldes. Aus diesem Grund wissen sie voneinander und ihren jeweiligen Zuständen, überall im Universum, weil sie eigentlich Teile einer gemeinsamen Sache sind: Wie Ecken eines Würfels.

warum sollten sie dadurch, dass sie Feldquanten desselben Feldes sind, voneinander wissen? Voneinander wissen tun Teilchen, auch wenn sie Feldquanten desselben Feldes sind, durch Wechselwirkungen, und die sind in der relativistischen QFT stets lokal.

Wo dehnt sich das Universum rein?
In die Zukunft.

das kann man so nicht sagen. Die Frage, wo hinein sich das Universum ausdehnt, geht von der Prämisse aus, dass das Universum in eine Umgebung einbettet wäre. Das ist es aber nicht, insbesondere stellen weder die Zeit noch die Raumzeit ein solches Einbettungsmedium dar. Deswegen ist die Frage an sich sinnlos.

Bewegung mit Fast-Lichtgeschwindigkeit
Tödlich. Wenn man sich zunehmend schneller bewegt, wird sämtliches Licht aus der vorderen Umgebung des Raumschiffs zu einem Strahl zusammengezogen - und die Energie erhöht sich ebenfalls. Während der Millenium Falke also schöne Sternenstriche sieht, wenn er in den Hyperraum springt, würde ein echtes Raumschiff nichts mehr sehen als einen hochenergetischen Lichtstrahl, der wie ein Laser längs durch es hindurch schießt und es zerstört.

der Millenium Falke bewegt sich nicht mit Fast-Lichtgeschwindigkeit, wenn man die Sternenstriche sieht, sondern mit Überlichtgeschwindigkeit, wozu er eine Methode nutzt, die außerhalb der heute bekannten Physik liegt (und auf dem Hyperraum basiert). Deswegen ist aus dem, was nach der heute bekannten Physik bei Fast-Lichtgeschwindigkeit passieren würde, keine Aussage darüber ableitbar, was dem Millenium Falke widerfahren würde.

Antimaterie
Ist normale Materie, wenn sie sich in der Zeit rückwärts bewegt. Das ergibt sich mathematisch

nein, das tut es nicht. Dass in einem Feynman-Diagramm der Pfeil an einer Linie, die ein elektrisch geladenens Antiteilchen repräsentiert, in die entgegengesetzte Richtung zeigt wie der an einer Linie, die das zugehörige Teilchen repräsentiert, bezieht sich auf die zu dem Teilchen gehörende elektrische (Vierer-)Stromdichte. Deren zeitliche Komponente ist die Ladungsdichte, und die hat bei zwei ungleichnamig geladenen Teilchen logischerweise ein unterschiedliches Vorzeichen.

- ob es wirklich so ist, kann man nicht mit Sicherheit sagen.

doch, das kann man, jedenfalls wenn man die QFT als richtig annimmt: es ist nicht so. Antiteilchen bewegen sich ebenso vorwärts durch die Zeit wie Teilchen.

- - - Aktualisiert - - -

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

du musst unterscheiden zwischen der Eigenzeit, die für das betrachtete Teilchen selbst verstreicht, und der Koordinatenzeit, die in einem geeigneten Bezugssystem vergeht. Die Bewegung des Teilchens, also sein Voranschreiten im Raum mit voranschreitender Zeit, definiert sich durch die Koordinatenzeit des Bezugssystems. Ein Lichtteilchen legt in einem beliebig gewählten Bezugssystem innerhalb einer in diesem Bezugsystem verstreichenden Koordinatenzeitspanne von 1 Sekunde eine räumliche Strecke von 300000 km zurück. Dass für das Lichtteilchen selbst dabei gar keine Eigenzeit verstreicht, ist dafür unerheblich.

[Mondwinter]

Demnach müssten aber doch Spiegel blau und nicht grün sein?
Normale Haushaltsspiegel sind ja Metallspiegel hinter einer Glasschicht.

Mit Metallspiegel meine ich ohne Glas. Zusammen mit Glas wird es dann grün, weil das Absorptionsverhalten des Glases auch noch dazu kommt. Hier ist ein paper dazu, falls es jemanden wirklich interessiert: http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA523782

[Wolf4310]

Silbrige Metalle sind alle bläulich, also kann man davon ausgehen, dass ein Metallspiegel blau wäre.

Demnach müssten aber doch Spiegel blau und nicht grün sein?
Normale Haushaltsspiegel sind ja Metallspiegel hinter einer Glasschicht.

[Spocky]

Farben sind allgemein sehr faszinierend. Schau dir mal Gesteine im Dünnschliff durch ein Polarisationsmikroskop an. Unser Dozent musste uns da schon ab und zu ermahnen, wir sollen doch "mikroskopieren und nicht kaleidoskopieren"

Zu "blau" fällt mir in dem Zusammenhang auch noch ein, dass es da auch noch das so genannte "Anomal Entenblau" gibt, das unter bestimmten Voraussetzungen das Grau 1. Ordnung ersetzen kann. Mit Entenblau ist dabei die Farbe gemeint, die bei Stockenten am Flügel sowohl bei Männchen als auch Weibchen vorkommt.

[Mondwinter]

Coole Sache, dass mit deinen Gläsern! Farben lassen sich ohnehin auf sehr interessante Weise herstellen, wenn man sich nur mal einen blauen Morphofalter anschaut ( https://upload.wikimedia.org/wikiped..._butterfly.jpg ), oder das blau schimmernde Gefieder einer Elster. Beim Falter wird die Farbe nur durch winzige Löcher erzeugt.

Aber was den Spiegel angeht: man kann ihn auch dazu bringen, bestimmte Farben nicht zu reflektieren, indem man nur schwarze Streifen an den richtigen Stellen ausschneidet. Das Licht nimmt nicht nur den direkten Weg über den Ein- und Ausgangswinkel, sondern geht eigentlich über alle Winkel gleichzeitig ( in der Art ). Eine bestimmte Wellenlänge reflektiert sich an Stellen mit bestimmten Abständen auf dem Spiegel. Wenn man sie löscht, dann eliminiert man die Farbe. So werden Hologramme hergestellt. Das ist ganz ähnlich zu dem, was beim Morphofalter von Natur aus eingebaut ist.

Na ja, ich habe meinen Text im Thread mal korrigiert und rede da jetzt von handelsüblichen Spiegeln

[Spocky]

Ja, da hast du natürlich Recht.

Ein Goldspiegel wäre natürlich gelb/golden und ein Kupferspiegel natürlich rötlich, aber dazu muss man ja kein Fachmann sein

Das mit dem blau hatte ich schon ein wenig vermutet. Natürlich kann man auch Glasspiegel mit anderen Farben produzieren. In meiner Diplomarbeit hab ich (u. a.) aus verschiedenen Gesteinen Glastabletten hergestellt, um über eine Röntgenfluoreszenzanalytik deren Chemismus zu analysieren. Diese Gläser hatten sehr unterschiedliche Farben.

[Mondwinter]

Das stimmt zwar, aber perfekte Totalreflexion sollte nie vorkommen, weil das Material auf atomarer Ebene ja nicht völlig glatt ist So exakt ist die Natur nur in besonderen Ausnahmen, wie bei Graphen.
Es sollte immer ein kleiner Teil des Lichtes absorbiert werden, und wenn man es hin und her spiegeln ließe, dann sollte sich auch wieder eine Farbe zeigen.

Hier ist eine Absorptionsanalyse einiger Metalle http://www.rsc.org/ej/JM/2010/c0jm01...m01319f-f4.gif
Man sieht z.B. bei Kupfer und Gold, dass kaltes Licht absorbiert und nur die warmen Anteile reflektiert werden. Daher auch ihre warmen Farben. Bei Silber und Platin ist es anders herum, weshalb sie bläulich sind. Silbrige Metalle sind alle bläulich, also kann man davon ausgehen, dass ein Metallspiegel blau wäre.

[Spocky]

Jein, es gibt einen Grenzwinkel der Totalreflexion. Der ist in der Mineralogie wichtig und bezeichnet den flachen Winkel, unter dem ein einfallender Lichtstrahl komplett reflektiert und nicht mehr in den Kristall reingebrochen wird. Dieser ist charakteristisch für bestimmte Materialien und kann zu deren Identifikation beitragen.

Ich mein natürlich nicht nur astronomische Spiegel. Ein Spiegel ist ja zunächst erstmal alles, in dem man sich auch selbst sehen kann und das funktioniert gerade auch bei Metallen recht gut. Dass man die heute nicht mehr hernimmt, liegt hauptsächlich am Preis.

[Mondwinter]

Hmm, aber Metallspiegel gibt es doch garnicht mehr, die sind spätestens sei 1980 aus der Astronomie verschwunden und durch Glaskeramiken ersetzt. Oder meinst du etwas anderes?
Ich denke, jeder Spiegel, den man heutzutage zu Gesicht bekommt, sollte von der grünen Sorte sein. Wenn es doch Spiegel aus ganz anderem Material geben sollte, dann hat er wohl einfach eine andere Farbe, denn nichts kann perfekt reflektieren

[Spocky]

Du solltest das unbedingt mal mit Metallspiegeln testen, denn es würde mich schon ordentlich wundern, wenn das da auch so wäre

[Mondwinter]

Dass Spiegel grün sind sieht man eigentlich nur, wenn man zwei davon gegenüber stellt und dann reinschaut. Das sieht dann so aus: http://cdn.petapixel.com/assets/uplo...unnel_mini.jpg
Ein Spiegel reflektiert Licht grüner Wellenlänge am besten, sodass bei jedem Kontakt ein bisschen mehr von den anderen Farben absorbiert wird und grün übrig bleibt. Ob sich da nun verschiedene Arten von Spiegeln unterscheiden weiß ich nicht zu sagen - das hab ich nicht getestet

[Spocky]

@ Mondwinter: Zu den grünen Spiegeln: Gilt das nicht nur für Glasspiegel? Dass die gründ sind, sieht man ja, wenn man von der Seite draufschaut, aber das gilt ja für die meisten "farblosen" Gläser. Metallspiegel dürften in der Regel aber nicht grün sein

[Mondwinter]

Wenn jemand eine Theorie verstanden hat, heißt das noch nicht, dass er die Natur selbst verstanden hat. Ich bezweifele, dass irgendjemand Relativität wirklich bis ins Letzte verstanden hat.

Ähm, also eigentlich ist die Relativitätstheorie mit das Einfachste, was es in der modernen Physik gibt. Sonderlich umfangreich ist die Theorie auch nicht. Das ist so ein verbreiteter Irrglaube, dass die SRT ganz an der Spitze stünde. Ist eigentlich das ABC der Physik.

Eine rein geometrische Erklärung mag an der Oberfläche einleuchtender sein, aber allein mit Geometrie kann man nicht alles erklären, sondern eben nur Dinge, die sich rein geometrisch erklären lassen. Wenn man natürlich eine Relativitätstheorie als das definiert, was sich rein geometrisch erklären lässt, dann ist es natürlich trivial, dass Relativitätstheorie nur Geometrie ist. Relativität ist ein Naturphänomen, und ich würde gerne einen wissenschaftstheoretischen Nachweis sehen, dass nur rein geometrische Relativitätstheorien das Naturphänomen Relativität vollständig und korrekt beschreiben.

Da haben wir das Problem, dass man ohne die Mathematik nicht sehen kann, dass es nur Geometrie ist. Es ist keine vereinfachte Erklärung der Theorie, sondern es ist die Theorie. Da ist auch nichts so definiert worden oder irgendwie willkürlich. Es gibt nicht verschiedene Relativitätstheorien.
Die Raumzeit ist eine Geometrie, und somit werden alle Bewegungen als Bewegungen durch diese Geometrie beschrieben. Relativität ist an sich kein "Phänomen", es ist eine Symmetrie - die Symmetrie, dass die Naturgesetze in jedem Koordinatensystem die gleiche Form haben. Wenn man hinzufügt, dass sich alle Gegenstände mit Lichtgeschwindigkeit durch die Geometrie der Raumzeit bewegen, folgt daraus sofort die gesamte Mathematik.