Einige Klarstellungen in Sachen Physik [Diskussion]

[irony]

Ach ja, und ich möchte dir nahe legen, dass wenn du etwas an der Grundlagentheorie seltsam findest, du sie eben einfach noch nicht ganz verstanden hast. An der Theorie liegt es nicht, sondern an den Erklärungen =)

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.

Eine, die rein geometrisch ist. Die Relativitätstheorie ist nur Geometrie. Wenn eine Erklärung mit Einsteins Zügen anfängt, ist sie schon nutzlos.

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.

Mit populärwissenschaftlichen Dingen lässt sich nicht arbeiten, weil sie nicht technisch sind. Es gibt viele Leute, die sich Dokus anschauen oder ein Buch lesen und sich dann hinsetzen und versuchen sich zu überlegen, wie man in der Physik weitergehen könnte.

Letzteres mag stimmen, aber mit populärwissenschaftlichen Dingen lässt sich sehr wohl arbeiten. Was man nicht tun kann, ist allein und ausschließlich mit populärwissenschaftlichen Dingen wissenschaftlich arbeiten, was sich allerdings von selbst versteht. Dass es Leute gibt, die Populärwissenschaftliches von Wissenschaftlichem nicht unterscheiden können, ist wieder ein anderes Problem.

[Mondwinter]

Wie kommst du darauf? Es gibt Bücher, die so heißen, und nach dem, was ich sehen kann, von Physikern geschrieben wurden.

Der Bergiff "Quantenphysik" ist ein Überbegriff und findet selten Verwendung, vor allem in Konversation. Wenn wir davon sprechen, dann reden wir über etwas Bestimmtes, meist die Quantenmechanik. Letzteres ist das Wort, das wir stattdessen fast immer benutzen.

Das hängt davon ab, was man unter "seltsam" versteht. Ich finde da einiges seltsam.

Was du in deinem Thread geschrieben hast war eine Frage zur Anwendung der Theorie in einem komplexen System (in diesem ein Quecksilberatom). Das ist nicht die Grundlagentheorie an sich. Die Theorie selbst ist völlig klar, wenn sie auch klar erklärt wird. Die Anwendung einer Theorie auf ein komplexes System ist dann in der Regel nicht mehr nachvollziehbar, weil zu viele Dinge auf einmal geschehen, die sich gegenseitig beeinflussen. Auch Ergebnisse aus der klassischen Mechanik sind nicht aus dem Stehgreif vorhersagbar, weil die betrachteten Systeme zu kompliziert sind, auch wenn die Theorie dahinter an sich simpel ist. Es ist gerade eine der faszinierenden Eigenarten der Realität, das enorme Komplexität aus sehr einfachen Regeln entsteht. Siehe dazu: Doppelpendel ( Double Pendulum - YouTube ).

Ein Lebewesen zum Beispiel ist eine hoch komplexe Struktur, entsteht aber nur aufgrund einer Feedbackschleife namens Evolution. Feedbackschleifen können unendliche hohe Komplexität aus simplen Regeln erzeugen, so etwa Fraktale.

Ach ja, und ich möchte dir nahe legen, dass wenn du etwas an der Grundlagentheorie seltsam findest, du sie eben einfach noch nicht ganz verstanden hast. An der Theorie liegt es nicht, sondern an den Erklärungen =)

Was ist eine "richtige" Erklärung?

Eine, die rein geometrisch ist. Die Relativitätstheorie ist nur Geometrie. Wenn eine Erklärung mit Einsteins Zügen anfängt, ist sie schon nutzlos.

Weiterdenken kann man mit vielem. Manchmal reicht ein kleiner Hinweis, um in einer bestimmten Richtung weiter zu denken.

Mit populärwissenschaftlichen Dingen lässt sich nicht arbeiten, weil sie nicht technisch sind. Es gibt viele Leute, die sich Dokus anschauen oder ein Buch lesen und sich dann hinsetzen und versuchen sich zu überlegen, wie man in der Physik weitergehen könnte. Dann schicken sie es an berühmte Wissenschaftler. Jemand wie Richard Feynman hat ständig Briefe erhalten und sich auch in einem Vortrag darüber ausgelassen, dass dies herzlich wenig bringt. Er hat es verglichen damit, dass er versucht einen Tresor zu knacken und viele Dinge probiert und genau weiß, was er macht und wie er vorgeht. Und ein solcher Beitrag von einem Laien ist dann so, als würde jemand vorbeikommen und sagen: "Probier mal die Kombination 10 20 30". Er sagt, fast alle Laienbeiträge sind von dieser Art, und das kann ich ebenso bestätigen. Unter den Wissenschaftlern ist das sehr bekannt.
Wenn man sich die fachlichen Details anschaut stellt man fest, dass es doch eigentlich alles ganz anders ist, als populär dargestellt, und ohne die Mathematik hat man nichts, womit man arbeiten kann. Da ist man wie ein Bäcker ohne Teig.
Wenn man doch weiterzudenken versucht, rät man nur herum und erfindet mal schnell ein paar Dinge.

[irony]

Wenn jemand Informationen weitererzählt, weden diese Informationen falscher.

Häufig wird das so sein, aber es kann auch sein, dass jemand bestimmte Dinge als falsch erkennt und berichtigt.

Wenn in einem Forum jemand viel Fachsprache einfügt, versteht er in der Regel nichts und will sich profilieren. Ein Physiker erkennt das übrigens auf den ersten Blick, weil er genau weiß, was für Fachsprache nicht benutzt wird.

Auf eine Fachsprache zu verzichten ist keine Lösung. Es wird immer jemanden geben, der etwas richtig stellt.

Kein Physiker würde etwa das Wort „Quantenphysik“ verwenden.

Wie kommst du darauf? Es gibt Bücher, die so heißen, und nach dem, was ich sehen kann, von Physikern geschrieben wurden.

Die Relativitätstheorie enthält keinerlei seltsame Effekte.

Das hängt davon ab, was man unter "seltsam" versteht. Ich finde da einiges seltsam.

Wenn sie richtig erklärt wird, ist sie sogar sehr anschaulich, was in der Physik selten der Fall ist.

Was ist eine "richtige" Erklärung?

Populärwissenschaftliche Informationsquellen sind verdünnt, vereinfacht und enthalten kein verwendbares Fachwissen. Diese Quellen werden gemeinhin überschätzt. Mit dem aus Dokus/Magazinen gelernten Infos lässt sich nicht weiterdenken.

Weiterdenken kann man mit vielem. Manchmal reicht ein kleiner Hinweis, um in einer bestimmten Richtung weiter zu denken.


Das Hauptproblem ist, dass viele Leute etwas unkritisch von irgendwo her übernehmen, und das beschränkt sich nicht nur auf populärwissenschaftliche Informationsquellen. Auch wissenschaftliche Quellen enthalten Fehler.

[Mondkalb]

Dokumentationen werden von Journalisten gemacht, die im besten Fall etwas studiert haben, was in der Nähe ihres jeweiligen Themas liegt.
Dokumentationen sind, abhängig vom Programmschema, für das sie produziert werden, in der Länge beschränkt und an ein Zielpublikum gerichtet, das in der Regel noch weniger von der Thematik versteht als der Journalist.

Daraus ergeben sich zwangsläufig Vereinfachungen und Fehler aller Art.

Ich ärgere mich häufig bei ansonsten guten Dokumentationen über die deutsche Synchronisation, bei der meistens noch weniger Fachwissen beteiligt ist, was dann teilweise absurde Übersetzungsfehler produziert.

All das gilt natürlich auch für populärwissenschaftliche Darstellungen in Büchern oder Magazinen.

Es geht natürlich auch kaum anders, weil die meisten Menschen eben keine Physiker oder Archäologen oder was auch immer sind.
Man muss sich nur immer bewusst sein, dass man mehrfach gefilterte und vereinfachte Darstellungen sieht oder liest.

[Mondwinter]

Freut mich, dass es euch gefällt! Dann schreibe ich vielleicht noch mehr

Da ich vom Fach bin, darf man das ruhig so glauben, aber ist natürlich trotzdem etwas vereinfacht - es stehen schließlich keine Gleichungen da

Was ich natürlich meinte sind Dokus, Magazine und vor allem News Artikel. Alles unausweichlich oberflächlich und es ist tatsächlich oft irgendwas ungenau oder falsch - nicht nur in der Physik, eigentlich in jedem Fachgebiet. Die Leute dahinter sind nun mal in der Regel keine Wissenschaftler, oder sie müssen es für's Fernsehen zu stark runterkochen. Daher will ich bloß davor warnen, es zu ernst zu nehmen. Dokus haben schöne Effekte und so, aber beim Inhalt hapert es leider. Einfach Ton abschalten und genießen

Am besten sind da die Wissenschaftskommunikatoren, wie Neil deGrasse Tyson, Lawrence Krauss und dergleichen. Krauss hat auch ein Buch über die Physik von Star Trek geschrieben und sollte hier in der Community eigentlich bekannt sein. Er hält fabelhafte Vorträge über Astrophysik, die man sich auf Youtube anschauen kann

[xanrof]

mit dem Zitat hast Du Dir selber ein logisches Bein gestellt.

Da sieht man's: selbst in Logik brauch ich Nachilfe

[Thomas W. Riker]

Hi Mondwinter,

schöner Beitrag nebenan

Aber eine, nicht ganz ernst gemeinte, Frage habe ich doch:
Du schreibst:Nun sind deine Äußerungen aber auch keine Fachliteratur, kratzen nur an der Oberfläche und sind ein Versuch, sich allgemeinverständlich auszudrücken. Heißt das, wir sollen dir nicht glauben?

Nach ''Neil deGrasse Tyso'' werde ich mal suchen, denn ein paar Verständnishilfen zur ART/SRT u.ä. tun mir auch ganz gut. Bei deinen Anmerkungen finde ich gerade die Punkte hierzu sehr anschaulich formuliert.

Hallo xanrof,
mit dem Zitat hast Du Dir selber ein logisches Bein gestellt. Auch wenn es so anfängt, ist es kein Allsatz, da das Zitat mit "meist", "viele Dinge" und "in der Regel falsch" eingeschränkt wird. Nicht alle Kreter lügen immer.

Auch von mir herzlichen Dank und an Mondwinter.
Ich freue mich immer wieder, wenn Fach-Wissenschaftler, besonders in T&W, Sachverhalte für interessierte Laien verständlich darstellen.

[xanrof]

Hi Mondwinter,

schöner Beitrag nebenan

Aber eine, nicht ganz ernst gemeinte, Frage habe ich doch:
Du schreibst:

Alle Quellen, die nicht zur Fachliteratur gehören, kratzen allerdings nur an der Oberfläche, zeigen die Dinge meist in entstellter Form und enthalten Fehler oder Missverständnisse. (...) Viele Dinge lassen sich nicht allgemeinverständlich ausdrücken - durch die Vereinfachung werden sie in der Regel falsch.

Nun sind deine Äußerungen aber auch keine Fachliteratur, kratzen nur an der Oberfläche und sind ein Versuch, sich allgemeinverständlich auszudrücken. Heißt das, wir sollen dir nicht glauben?

Nach ''Neil deGrasse Tyso'' werde ich mal suchen, denn ein paar Verständnishilfen zur ART/SRT u.ä. tun mir auch ganz gut. Bei deinen Anmerkungen finde ich gerade die Punkte hierzu sehr anschaulich formuliert.

[Mondwinter]

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 ?

Hi

Genau, Licht hat keine Masse, und wenn etwas keine Masse hat, muss es sich automatisch mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen. Das folgt direkt aus einer Gleichung der speziellen Relativitätstheorie. Es steht dann in der Zeit still und bewegt sich nur durch den Raum.

Du brauchst keine Zeit, um voran zu kommen. Man ist es nur gewohnt, so zu denken, weil wir es so messen - also wie weit jemand in so und soviel Zeit gekommen ist. Aber Zeit ist eigentlich eine Entfernung, genau wie Raum.
Du kannst es dir so vorstellen, dass Zeit wie eine Bewegung geradeaus ist, und Raum ist wie eine Bewegung nach rechts. Man bewegt sich immer konstant mit c (Lichtgeschwindigkeit). Wenn du mit c nach vorne fliegst, dann bewegst du dich nicht nach rechts (nicht durch den Raum), also mit c in Richtung Zeit. Wenn du dich mit c nach rechts bewegst, dann bewegst du dich eben nicht durch die Zeit. Alles andere ist dazwischen, also einen Teil der Geschwindigkeit im Raum, und einen Teil in der Zeit. Es ist eigentlich ganz anschaulich. Der eigentliche Trick an der speziellen Relativitätstheorie besteht darin, die Zeit als eine Richtung zu verstehen, in die wir uns bewegen

[Bakkad Baran]

@ Mondwinters text ^^

Es existiert keine andere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit: alle Dinge in diesem Universum bewegen sich stets mit ihr. Erklärung: Die Zeit ist eine Richtung, und wir bewegen uns durch sie wie entlang eines Tunnels. Wenn wir im Raum still stehen, bewegen wir uns mit Lichtgeschwindigkeit in der Zeit nach vorne. Wenn wir loslaufen, bewegen wir uns durch den Raum und dafür etwas langsamer in Richtung der Zeit – in der Summe ist es aber wieder die Lichtgeschwindigkeit. Wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen könnten, würden wir in der Zeit stillstehen. Damit haben wir auch gleich die Erklärung für die Zeitdilatation. Was die Uhr anzeigt ist lediglich ein Maß dafür, wie weit wir uns in der Zeit nach vorne bewegt haben. Eine Sekunde entspricht dabei etwa 300.000 km in Zeitrichtung. (In der Relativitätstheorie messen wir Zeit als Strecke.)

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 ?

[Nimmermaer]

wenn man der SRT-Philosophie entsprechend statt der Newtonschen Bewegungsgleichung in nichtrelativistischer Form

F = m d^2 x / dt^2

die korrekte relativistische Bewegungsgleichung

F^mu = m d^2 x^mu / dtau

(mit t = Koordinatenzeit, tau = Eigenzeit) verwendet, wird die Rolle der trägen Masse von der Ruhmasse übernommen, nicht von der dynamischen Masse.

Mit der Eigenzeit gibt es selbstverständlich keine Probleme mehr. Und das ist sicherlich die überlegene Darstellung.

Damit bist Du für mich aber schon einen Schritt von der ursprünglichen Definition der trägen Masse entfernt, hast bereits die Verallgemeinerung der dynamischen Gesetze vollzogen. Die ursprüngliche Frage wäre aber wie ein schneller Körper auf Kräfte reagiert.

Die dynamische Masse spielte für mich eine Rolle beim Verständnis der SRT beim Selbststudium in der Schule, da sie für mich den Übergang von der "naiven" Newtonschen Betrachtungsweise ermöglichte. Ich ging da meistens in Schritten vom alten zum neuen, generalisierten Konzept, und die dynamische Masse war für mich der erste. Ich bin wohl einfach sentimental

ich wüsste nicht, dass die Zentrifugalkraft "geschmäht" würde. Sie ist eine Scheinkraft, da sie nur in einem beschleunigten (da rotierenden) Bezugssystem vorhanden ist, im Unterschied zu echten Kräften, die auch in Inertialsystemen auftreten. Dass sie in einem solchen beschleunigten Bezugssystem eine nützliche Beschreibung ist, ändert daran nichts.

Vielleicht bin ich da nur vorgeprägt, weil das erste, was mir in der Mechanik-Vorlesung eingebläut wurde, ist, "Die Zentrifugalkraft gibt es nicht". Es gibt durchaus Anhänger davon dieses Wort aus dem Lexikon zu streichen

[Agent Scullie]

Nun ja, im Prinzip geht es nur um Semantik.
Mit irreduzibler kinetischer Energie meinte ich natürlich die Ruhemasse des Systems, nicht etwa seine kinetische Energie.

Und ich wollte nicht etwa darauf hinaus, dass die dynamische Masse so wohldefiniert ist wie die Ruhemasse. In der ART kann man sie getrost über Bord werfen. Doch in der SRT hat sie durchaus eine gewisse Bedeutung, da sie sich wie in etlichen Szenarien wie die klassische träge Masse eines Teilchens verhält.

wenn man der SRT-Philosophie entsprechend statt der Newtonschen Bewegungsgleichung in nichtrelativistischer Form

F = m d^2 x / dt^2

die korrekte relativistische Bewegungsgleichung

F^mu = m d^2 x^mu / dtau

(mit t = Koordinatenzeit, tau = Eigenzeit) verwendet, wird die Rolle der trägen Masse von der Ruhmasse übernommen, nicht von der dynamischen Masse.

Man muss bei solchen Begriffen natürlich die Gültigkeitsgrenzen kennen. Ähnlich sieht es ja mit der Zentrifugalkraft aus, die oft geschmäht wird, aber in manchen Fällen eben als anschauliche Beschreibung taugt.

ich wüsste nicht, dass die Zentrifugalkraft "geschmäht" würde. Sie ist eine Scheinkraft, da sie nur in einem beschleunigten (da rotierenden) Bezugssystem vorhanden ist, im Unterschied zu echten Kräften, die auch in Inertialsystemen auftreten. Dass sie in einem solchen beschleunigten Bezugssystem eine nützliche Beschreibung ist, ändert daran nichts.

[Nimmermaer]

Nun ja, im Prinzip geht es nur um Semantik.
Mit irreduzibler kinetischer Energie meinte ich natürlich die Ruhemasse des Systems, nicht etwa seine kinetische Energie.

Und ich wollte nicht etwa darauf hinaus, dass die dynamische Masse so wohldefiniert ist wie die Ruhemasse. In der ART kann man sie getrost über Bord werfen. Doch in der SRT hat sie durchaus eine gewisse Bedeutung, da sie sich wie in etlichen Szenarien wie die klassische träge Masse eines Teilchens verhält. So beschreibt die dynamische Masse das Verhalten des relativistisch bewegten Teilchens unter Einfluss einer transversal zur Bewegungsrichtung wirkenden Kraft (longitudinal muss man natürlich die Energiezunahme berücksichtigen). In ihr drückt sich also die Masse-Energie-Äquivalenz aus.

Man muss bei solchen Begriffen natürlich die Gültigkeitsgrenzen kennen. Ähnlich sieht es ja mit der Zentrifugalkraft aus, die oft geschmäht wird, aber in manchen Fällen eben als anschauliche Beschreibung taugt. Wichtig ist in der Physik jedoch nur die klare mathematische Definition und Darstellung, Worte und Begriffe sind letzendlich nur Hifskonstrukte.

[Agent Scullie]

Diese "alte Sprechweise" mag bei manchen Leuten nicht mehr so ankommen, ich finde sie aber didaktisch durchaus wertvoll.

Man sollte ja nicht vergessen, dass die irreduzible kinetische Energie eines Systems, d.h. die Bewegungsenergie, die man nicht durch eine Transformation in ein anderes Inertialsystem los wird, zu dessen invarianter Masse (Ruhemasse) beiträgt. Die "Ruhemasse" eines Baryons, z.B., besteht zu einem großen Teil aus der Bewegungsenergie seiner Konstituenten, der Quarks.

hier betrachtest du ein zusammengesetztes System, bei dem muss man unterscheiden zwischen der Bewegungsenergie der Konstituenten und der Bewegungsenergie des Gesamtsystems. Im Ruhsystem des Gesamtsystems haben die Konstituenten eine Bewegungsenergie, nicht aber das Gesamtsystem. Die Bewegungsenergie der Konstituenten trägt zur Ruhenergie und damit zur (Ruh-)Masse des Gesamtsystems bei, nicht zu dessen Bewegungsenergie, die ja null ist. Entsprechend ist die Bewegungsenergie der Konstituenten auch keine "irreduzible kinetische Energie eines Systems, d.h. die Bewegungsenergie, die man nicht durch eine Transformation in ein anderes Inertialsystem los wird", sondern auf das Gesamtsystem bezogen eben nur Ruhenergie aka Masse.

Die alte Terminologie der dynamischen Masse hätte lediglich den vermeintlichen Vorteil, dass in ihr die Masse des Gesamtsystems als Summe der (dynamischen) Massen der Konsituenten geschrieben werden kann. Das ist aber kein wirklicher Vorteil, wenn man bedenkt, dass in der relativistischen Mechanik die (Ruh-)Masse der Länge eines Vierervektors, nämlich des Energie-Impuls-Vektors entspricht, und der Energie-Impuls-Vektor des Gesamtsystems die Summe der Energie-Impuls-Vektoren der Konstituenten ist. Da bei der Summation mehrerer Vektoren die Länge des Ergebnisvektors in der Regel nicht gleich der Summe der Längen der summierten Vektoren ist, ist es kein Nachteil, wenn die Masse des Gesamtsystems als Länge eines Vektors nicht mit der Summe der Massen der Konstituenten übereinstimmt.

[Nimmermaer]

E=mc^2

die Anhängigkeit der Masse von der Geschwindigkeit ist eine veraltete Vorstellung, die im Grunde nichts anderes bedeute, als dass man die Gesamtenergie eines Körpers zusätzlich als Masse bezeichnete. Nach der heutigen Sprechweise geht nur die Energie gegen unendlich, wenn sich ein Körper der Lichtgeschwindigkeit annähert, seine Masse (früher Ruhmasse genannt) bleibt unverändert.

Tschuldigung, dass ich hier dieses Uraltzitat von Agent Scullie raussuche, aber da dieser User hier so kompetente Beiträge einstellt, muss ich zu dieser Aussage meinen Senf dazu gebenl

Diese "alte Sprechweise" mag bei manchen Leuten nicht mehr so ankommen, ich finde sie aber didaktisch durchaus wertvoll.

Man sollte ja nicht vergessen, dass die irreduzible kinetische Energie eines Systems, d.h. die Bewegungsenergie, die man nicht durch eine Transformation in ein anderes Inertialsystem los wird, zu dessen invarianter Masse (Ruhemasse) beiträgt. Die "Ruhemasse" eines Baryons, z.B., besteht zu einem großen Teil aus der Bewegungsenergie seiner Konstituenten, der Quarks.