Physiker tricksen den absoluten Nullpunkt aus

[Spocky]

so erstaunlich und unvorstellbar das auch für dich sein mag:

Was mich an der ganzen Sache mit der Singularität stört ist, dass ich irgendwann mal gelernt hab, dass eine Singularität in der Physik bedeutet, dass da etwas nicht stimmen kann. Mag sein, dass diese Ansicht inzwischen überholt ist, aber sie ist noch in mir drin.

[Dannyboy]

Nun ja, es bedeutet eben, das kein Gas über alle Temperaturbereiche als ideales Gas gelten kann.

[Agent Scullie]

Ich hab keine Ahnung von dem Thema, bin aber mmer gerne wissbegierig...

All diese Berchnungen und Formeln beziehen sich auf das Ideale gas.

welche Berechnungen und Formeln meinst du genau?

Okay, das hab ich noch halbwegs verstanden. Welchen Einfluß haben in dem fall Druck und Anziehungskraft? Sowohl die eigene Gravitationskraft und auch die Schwerkraft? Sind diese bedeutungslos und haben keinen Einfluß?

ein ideales Gas hat keine Eigengravitation, d.h. die Gasatome ziehen sich nicht gegenseitig gravitativ an. Andererseits kann man natürlich ein ideales Gas einem externen Gravitationsfeld aussetzen. Das führt dann zu einer Modifikation im Verhalten des Gases, z.B. sind sind Druck und Dichte nicht mehr homogen, sondern unten höher als oben.

Und zweitens das Hochvakuum - unter den laborbedingungen ist so etwas immer künstlich erzeugt. Wie sieht es aber im richtigen Vakuum aus? Mir ist klar das es auch im vakuum des Weltalls von Teilchen so wimmelt, was aber wenn man doch irgendwo im interstellaren raum eine Ecke finden würde die wirklich "leer" ist. Könnten dort nicht auch andere Gesetze gelten?

Allgemein geht man in der Physik davon aus, dass überall im Universum die gleichen Naturgesetze herrschen. Es kann natürlich sein, dass diese Prämisse falsch ist, aber ohne sie wäre eine Erforschung des Universums kaum möglich.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 13 Minuten und 27 Sekunden:

Ist zwar nicht direkt zum Thema, aber ich hab erst letztens ein Interview mit einem italienischen Physiker gelesen.

Solange man die Naturkonstanten nicht versteht auf denen unsere universellen Gesetze basieren, sollten Physiker nicht zu selbstsicher sein und glauben sie kennen die ultimative Wahrheit. (seine sinngemäße Aussage)

ob das seine sinngemäße Aussage war, hängt von deiner persönlichen Deutung seiner tatsächlichen, wortwörtlichen Aussage ab. Deine Deutung könnte aber auch falsch sein.

Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist bekannt, aber solange man nicht versteht warum sie exakt den Wert besitzt, den sie besitzt, sollte man nicht zu schnell davon ausgehen, dass sie unveränderlich ist. Das gleiche gilt für andere Naturkonstanten.

angenommen, es gibt es Grund dafür, dass die Lichtgeschwindigkeit (oder eine sonstige Naturkonstante) den Wert hat, den sie hat, d.h. angenommen ihr Wert ist nicht fundamental, dann hieße das, dass sie auf andere Naturkonstanten zurückzuführen wäre, die dann statt ihrer als fundamental angesehen werden müssten. Daher kann man, solange es nichts gibt was dagegen spricht, auch gleich die Lichtgeschwindigkeit als fundamentale Konstante ansehen. Und für fundamentale Konstanten ist es natürlich naheliegend anzunehmen, dass ihr Wert unveränderlich ist.

Denn ein veränderlicher Wert würde dafür sprechen, dass sie eben nicht fundamental ist, sondern auf andere, fundamentale Konstanten zurückzuführen ist, deren Werte dann wiederum unveränderlich wären.

[Sotho TalKher]

Ja, stimme ich zu: Naturgesetze gelten solange bis sie widerlegt werden. Dann gelten sie immer noch, aber nur eingeschränkt.
ich denke aber auch das wir davon ausgehen müssen, weil wir wohl nicht in absehbarer Zeit (und damit meine ich in den nächsten jahrhunderten) soweit von der Erde wegkommen werden um zu überprüfen ob in einem anderen Galaxissektor oder einer anderen galaxie die gleichen Bedingungen herrschen werden.

Hat ein Gas keine Gravitation?
Ich kenne mich, wie gesagt, mit Gasen nicht so gut aus - abgesehen davon das ich welche produzieren kann.
Ich habe seinerzeit gelernt das alles eine gravitation hat. Selbst der vom Baum herabfallende Apfel hat eine Anziehungskraft die sich auf die Erde auswirkt. Allerdings kommt diese aufgrund des Masseunterschiedes nicht zum tragen, da die Gravitation ohne hin die schwächste Kraft ist.

Letztendlich stellt sich mir dann noch die Frage: Wenn man die Atome soweit herabkühlt das sie sich nicht mehr bewegen (können), inwie weit gilt das für die Masseträgheit? Das Atom bewegt sich ja nur für uns scheinbar nicht mehr, hat aber immer noch eine Geschwindigkeit mit der es der erdrotation folgt.

[pollux83]

Hat ein Gas keine Gravitation?
Ich kenne mich, wie gesagt, mit Gasen nicht so gut aus - abgesehen davon das ich welche produzieren kann.
Ich habe seinerzeit gelernt das alles eine gravitation hat. Selbst der vom Baum herabfallende Apfel hat eine Anziehungskraft die sich auf die Erde auswirkt. Allerdings kommt diese aufgrund des Masseunterschiedes nicht zum tragen, da die Gravitation ohne hin die schwächste Kraft ist.

Ein normales Gas hat Gravitation wie jede andere Materie auch. Nur ein ideales Gas hat keinerlei WW, weshalb es auch kein ideales Gas gibt. Ein Gas kann sich aber in bestimmten Temperaturbereichen wie ein id. Gas verhalten, weil seine anziehenden und abstoßenden Wechselwirkungen gleich groß sind. Alle Gase haben beim absoluten Nullpunkt annähernd diese Eigenschaft, weshalb man mit dem Modell des id. Gases arbeiten kann.

[Agent Scullie]

Hat ein Gas keine Gravitation?

ein ideales Gas nicht, nein. Ein reales Gas natürlich schon.

Ich habe seinerzeit gelernt das alles eine gravitation hat.

alles was existiert. Das tun aber ideale Gase ja nicht, außer halt als Idealisierung.

Selbst der vom Baum herabfallende Apfel hat eine Anziehungskraft die sich auf die Erde auswirkt.

jetzt stell dir ein Gas aus ganz vielen Äpfel vor. Die Äpfel ziehen sich alle gegenseitig gravitativ an. Wenn das Gas jetzt aber sehr heiß wird, sich die Äpfel also alle sehr schnell gegeneinander bewegen, dann diese gravitative Anziehung kaum einen Einfluss auf die Bewegung der Äpfel. Dann kann man dieses Äpfelgas gut als ideales Gas beschreiben.

Letztendlich stellt sich mir dann noch die Frage: Wenn man die Atome soweit herabkühlt das sie sich nicht mehr bewegen (können), inwie weit gilt das für die Masseträgheit? Das Atom bewegt sich ja nur für uns scheinbar nicht mehr, hat aber immer noch eine Geschwindigkeit mit der es der erdrotation folgt.

Ich verstehe die Frage nicht. Was soll für die Massenträgheit gelten? Dass die Atome keine thermische Bewegung mehr zeigen? Inwieweit soll das etwas sein, dass für die Massenträgheit gelten oder nicht gelten kann?

[Amelissan]

was heißt hier "nur"? Das Konzept der Temperatur kommt aus der Thermodynamik und ist in jedem sonstigen Zweig der Physik nur dann gegeben, wenn man diesen mit der Thermodynamik verknüpft. Das gilt für die klassische Mechanik ebenso wie für die Quantentheorie. Losgelöst von der Thermodynamik gibt es keinen Temperaturbegriff - in der Quantentheorie nicht und in der klassischen Physik auch nicht.

Kombiniert man also die Quantentheorie mit der Thermodynamik zur sogenannten Quantenstatistik (eine irreführende Bezeichnung, da die Quantentheorie ja auch ohne Thermodynamik schon einen statistischen Charakter hat, aber nunmal eine gängige), dann gibt es in ihr auch eine Temperatur. Aber natürlich nur in hinreichender Nähe zum thermodynamischen Gleichgewicht.

Du vergisst hierbei natürlich die Bereiche kinetische Gastheorie und Hydrodynamik, aus der überhaupt erst der Begriff der Temperatur als mittleres Maß für Bewegung kommt. Was außerdem *exakt* der einzige Temperaturbegriff der klassischen Physik vor 1900 war.
Mir wäre nicht bekannt, wo dieser Temperaturbegriff veraltet ware, nur weil man einen neuen, parallel dazu eingeführt hat?

Die generelle Verwirrung über negative Temperaturen kommt ja überhaupt erst aus dem Verwurschteln dieser beiden Temperaturbegriffe, wie Irony schon richtig dargestellt hat, was von dir aber ignoriert wurde.

[Agent Scullie]

Du vergisst hierbei natürlich die Bereiche kinetische Gastheorie und Hydrodynamik, aus der überhaupt erst der Begriff der Temperatur als mittleres Maß für Bewegung kommt.

die vergesse ich natürlich nicht, da die kinetische Gastheorie ein Zweig der Thermodynamik ist und die Hydrodynamik zwar einen eigenen Teilbereich der Physik darstellt, aber ebenfalls nur im Zusammenspiel mit der Thermodynamik einen Temperaturbegriff kennt.

Die generelle Verwirrung über negative Temperaturen kommt ja überhaupt erst aus dem Verwurschteln dieser beiden Temperaturbegriffe

welche beiden Temperaturbegriffe wären das?

wie Irony schon richtig dargestellt hat, was von dir aber ignoriert wurde.

ich weiß wirklich nicht, wovon du sprichst.

[Amelissan]

welche beiden Temperaturbegriffe wären das?

Die der kinetischen und die der thermodynamischen Temperatur.
Kinetische Theorie ist kein Zweig der Thermodynamik. Es reicht ein Einteilchen-Lagrange um sich daraus Boltzmann/Vlasov-Gleichung für die Verteilungsfunktion f(x,v,t) zu basteln. Temperatur ist dann der Parameter, den diese Verteilungsfunktion im thermodynamischen Gleichgewicht hat.
Von da aus kann man alle HD und Plasmagleichungen komplett ohne Thermodynamik schreiben.

Kinetische Theorie ist ein völlig anderer Geist und arbeitet völlig anders als die übliche statistische Physik. Deswegen sind die beiden Begriffe gleichberechtigt, dass die HD nur im Zusammenhang mit der Thermo T kennt, stimmt nicht.
Da solltest du dir vielleicht nochmal die Herleitung der Navier-Stokes-Gleichung (Stichwort Momentenbildung) anschauen.

[Agent Scullie]

Die der kinetischen und die der thermodynamischen Temperatur.
Kinetische Theorie ist kein Zweig der Thermodynamik. Es reicht ein Einteilchen-Lagrange um sich daraus Boltzmann/Vlasov-Gleichung für die Verteilungsfunktion f(x,v,t) zu basteln. Temperatur ist dann der Parameter, den diese Verteilungsfunktion im thermodynamischen Gleichgewicht hat.

und wo soll daraus jetzt hervorgehen, dass es sich nicht um Thermodynamik handeln würde? Es wäre mir neu, dass zu den Kriterien für eine thermodynamische Theorie gehören würde, dass kein Einteilchen-Lagrange reichen dürfe. Vor allem, dass der Begriff "thermodynamisches Gleichgewicht" fällt, spricht eher für das Vorliegen einer thermodynamischen Theorie.

Kinetische Theorie ist ein völlig anderer Geist und arbeitet völlig anders als die übliche statistische Physik.

und zwar wäre der Unterschied welcher?

Da solltest du dir vielleicht nochmal die Herleitung der Navier-Stokes-Gleichung (Stichwort Momentenbildung) anschauen.

und was soll deiner Ansicht nach dabei geniales herauskommen?

[Amelissan]

und wo soll daraus jetzt hervorgehen, dass es sich nicht um Thermodynamik handeln würde? Es wäre mir neu, dass zu den Kriterien für eine thermodynamische Theorie gehören würde, dass kein Einteilchen-Lagrange reichen dürfe. Vor allem, dass der Begriff "thermodynamisches Gleichgewicht" fällt, spricht eher für das Vorliegen einer thermodynamischen Theorie.

und zwar wäre der Unterschied welcher?

und was soll deiner Ansicht nach dabei geniales herauskommen?

'Thermodynamik' als statistische Theorie baut auf der Ergodenhypothese des Phasenraums auf. Daraus resultiert all der Rest, Energielandschaft und Bewegungsgleichungen mit thermodyn. Kräften.
Die Axiome sind also Grundverschieden von denen der kinetischen Theorie. Deswegen ist kin. T keine thermodynamische Theorie. Der Begriff 'thermodyn. Gleichgewicht' wird da halt aus Bequemlichkeit weiterverwendet.

Vielleicht bezeichnest du ja auch was anderes als 'Thermodynamik' als ich, aber ich gehe hier von der Axiomatik aus.

[Agent Scullie]

'Thermodynamik' als statistische Theorie baut auf der Ergodenhypothese des Phasenraums auf. Daraus resultiert all der Rest, Energielandschaft und Bewegungsgleichungen mit thermodyn. Kräften.
Die Axiome sind also Grundverschieden von denen der kinetischen Theorie.

und diese Grundverschiedenheit soll worin bestehen? Darin, dass die Thermodynamik auf der Ergodenhypothese aufbaut, die kinetische Gastheorie dagegen nicht?

Die kinetische Gastheorie, so wie du sie dargestellt hast, ist ja offenbar eine Theorie des Nichtgleichgewichts, die das Gleichgewicht als Spezialfall enthält. Zumindest die Boltzmann-Vlasov-Gleichung, die du erwähntest, ist laut Google eine Gleichung für Systeme im Nichtgleichgewicht. Im Spezialfall des Gleichgewichts sollte auch in der kinetischen Gastheorie die Ergodenhypothese gelten, sie stimmt hier also mit der Thermodynamik überein, in der die Ergodenhypothese auch erstmal nur im Gleichgewicht Gültigkeit hat (man kann sich leicht einen Nichtgleichgewichtszustand vorstellen, in dem sie nicht gilt, man denke nur an ein Gas in einer Flasche, wo sich alle Gasteilchen in einer Ecke der Flasche tummeln).

Wenn man sich - wie du es vielleichst tust (?) - jetzt auf den Standpunkt stellt, dass die Thermodynamik nur eine Theorie des Gleichgewichts sei und eine Theorie des Nichtgleichgewichts somit nicht als thermodynamische Theorie angesehen werden dürfe, dann ist zwar in der Tat die kinetische Gastheorie kein Teil der Thermodynamik. Die Aussage, sie kenne einen von der Thermodynamik unabhängigen Temperaturbegriff, bleibt aber auch dann falsch. Denn eine Temperatur ist auch da nur im Gleichgewichtsfall definiert - und in diesem ist der Zusammenhang zur Thermodynamik gegeben.

Der Begriff 'thermodyn. Gleichgewicht' wird da halt aus Bequemlichkeit weiterverwendet.

ahja, und was soll er da bedeuten, wenn mit ihm nicht das thermodynamische Gleichgewicht gemeint ist?