Archiv

Archiv für die Kategorie ‘Physik’

Machen Quanten Sprünge?

6. Juni 2014 Keine Kommentare

In Spektrum der Wissenschaften 4/2014 habe ich einen interessanten Artikel von David Tong gefunden. Online findet sich eine Version des Textes hier. David Tong ist Professor für Theoretische Physik in Cambridge. In seinem Artikel kritisiert er die häufig vertretene Ansicht, die Natur sei in ihrem Urgrund diskret aufgebaut:

Von dem deutschen Mathematiker Leopold Kronecker (1823-1891) stammt der Ausspruch: “Die ganzen Zahlen hat der liebe Gott gemacht, alles andere ist Menschenwerk.” Er meinte damit, die Zahlen Null, Eins und so weiter spielten eine fundamentale Rolle in der Mathematik. Doch für heutige Physiker nimmt das Zitat eine Überzeugung vorweg, die sich in den letzten Jahrzehnten immer fester etabliert hat: Die Natur sei im Grunde diskret, die Bausteine der Materie und der Raumzeit ließen sich einzeln abzählen. Diese Idee geht auf die Atomisten der griechischen Antike zurück, gewinnt aber im digitalen Zeitalter zusätzliche Plausibilität. Viele Physiker stellen sich das Universum als einen gewaltigen Computer vor, in dem die physikalischen Gesetze als Algorithmus für diskrete Informationsbits dienen – wie der grüne Ziffernregen, den die Hauptfigur Neo am Ende des Films “Matrix” an Stelle der vermeintlichen Realität sieht.

Mehr…

KategorienPhilosophie, Physik Tags:

Multiversum: Ist das noch Wissenschaft?

4. Mai 2014 Keine Kommentare

In “Bild der Wissenschaft” 1/2014 findet man gleich eine ganze Artikelserie, die dem Thema “Multiversum” gewidmet ist. Ich hatte ja vor kurzem bereits über Max Tegmarks Vorstellungen geschrieben: Unser Universum, ein Sandkorn am Strand? In der Artikelserie in BdW werden die Ideen noch viel ausführlicher erläutert. Im einführenden Beitrag wird zunächst eine Begriffsklärung versucht:

Die Probleme und Konfusionen beginnen schon mit der Terminologie. Denn es werden mindestens sechs verschiedene, sich teilweise überlappende Begriffe gebraucht. Mit “Universum” kann gemeint sein:

  1. Alles, was (physikalisch) existiert – irgendwann und irgendwo,

  2. die beobachtbare Region des Alls,

  3. die beobachtbare Region des Alls und alles, was mit ihr in kausaler Wechselwirkung stand oder einmal stehen wird,

  4. jedes physikalisches System, das universell groß werden könnte, selbst wenn es in sich zusammenstürzt, solange es noch klein ist,

  5. ein Zweig der quantenphysikalischen Wellenfunktion (falls diese nie kollabiert) – das heißt, eine von verschiedenen Historien oder verschiedenen Welten in Superposition,

  6. vollständig getrennte physikalische Systeme.

Weiter folgt im Text:

Mehr…

KategorienPhilosophie, Physik Tags:

Thomas de Padova: Leibniz, Newton und die Erfindung der Zeit

1. Mai 2014 Keine Kommentare

Beim Kauf dieses Buchs bin ich einer Empfehlung von Michael Springer in einer Rezension in “Spektrum der Wissenschaften” 11/2013 gefolgt. Ich wusste bereits vorher ein bisschen über den Streit der beiden Wissenschaftler Gottfried Wilhelm Leibniz und Isaac Newton, wer denn die Differenzialrechnung erfunden hat. Und auch einige, aus heutiger Sicht sehr moderne Ansichten von Leibniz über Raum und Zeit waren mir schon bekannt.

Bezüglich der Erfindung der Differenzialrechnung vertritt Padova die Ansicht, die heute von den meisten Wissenschaftshistorikern geteilt wird, dass Newton und Leibniz die Differenzialrechnung jeweils unabhängig voneinander entwickelt haben. Vermutlich hat Newton seine Fluxionsrechnung einige Zeit vor Leibniz entwickelt und Leibniz erhielt auch Kenntnis davon, während er an seiner eigenen Methode arbeitete, aber er hat die Grundideen eigenständig entwickelt und durchgesetzt hat sich letztlich auch die Leibnizsche Schreibweise und Berechnungsmethode.

Was die unterschiedlichen Auffassungen der beiden von Raum und Zeit betrifft: Ich habe eines der kniffligsten Gedankenexperimente, die ich kenne, im Buch wiedergefunden und gelesen, dass es ursprünglich von Newton stammt:

Ein Eimer wird an eine zuvor verdrillte Schnur gehängt und beginnt sich zu drehen. Anfangs dreht sich das Wasser in dem Eimer noch nicht mit, weil es zu träge ist, der Bewegung des Eimers sofort zu folgen. In dieser Phase eins ist die Wasseroberfläche glatt. In Phase zwei rotieren Eimer und Wasser gemeinsam. Dabei steigt das Wasser an der Wand des Eimers nach oben, die Wasseroberfläche wölbt sich. Dann hält jemand den Eimer plötzlich an. Dennoch rotiert das Wasser in dieser dritten Phase weiter, und die Oberfläche bleibt gewölbt. Wodurch wird diese Krümmung der Wasseroberfläche bewirkt?

Mehr…

KategorienPhilosophie, Physik, Rezensionen Tags:

Unser Universum, ein Sandkorn am Strand?

22. April 2014 Keine Kommentare

In Spiegel Online habe ich eine Rezension zu Max Tegmarks neuem Buch “Our Mathematical Universe” gefunden: Unser Universum, ein Sandkorn am Strand. Das Buch gibt es derzeit nur in Englisch, gelesen habe ich es noch nicht, sodass sich meine Anmerkungen lediglich auf den Spiegelartikel beziehen.

Paralleluniversen kamen früher nur in Science-Fiction-Werken wie “Star Trek” vor. Jetzt aber erwägen auch seriöse Physiker, dass unser All nur eines von unendlich vielen sein könnte. Max Tegmark beschreibt in seinem neuen Buch, wie sich unser Universum eines Tages in Mathematik auflösen könnte.

Tegmark ist Kosmologe am Massachusetts Institute of Technology (MIT)…

Sein Buch, sagt Tegmark, sei für ihn eine Art Outing gewesen, und ein klein wenig habe er sich davor gefürchtet. Er hatte beschlossen, einem breiten Publikum die kühnsten seiner Thesen vorzustellen. Manch einem, so ahnte er, würden diese aberwitzig erscheinen. Früher habe er mit seinen absonderlichen Ideen auch in der Fachwelt Ärger auf sich gezogen, erzählt Tegmark: “Ein Professor hat mich eindringlich gewarnt, mit solchen Spinnereien könnte ich meine Karriere gefährden.”

Und etwas später:

Mehr…

KategorienPhilosophie, Physik, Rezensionen Tags:

Macht ein Baum auch dann ein Geräusch, wenn niemand zuhört?

20. April 2014 Keine Kommentare

In einem Blog, in dem ich sehr gern lese, habe ich heute den Beitrag Sind Zahlen beobachterabhängig? gefunden. Die Autorin fragt dort:

Neulich war das Thema einer geschlossenen Runde wieder einmal etwas origineller; es ging darum ob “Zahlen auch dann existieren, wenn niemand zählt”. Diese Frage mag für den ein oder anderen etwas seltsam klingen, vielleicht ist sie das auch, andererseits ist es schwierig darauf sofort eine konkrete Antwort zu finden. Handelt es sich lediglich um Modelle, die nur für den Menschen in Bezug auf die Ordnung seiner Sinneswahrnehmungen von Nutzen sind, oder abstrakte, allgemeine, ewige Entitäten, die unabhängig von einem Beobachter in einer Art “reinen Welt” existieren, ganz nach dem Bild des Idealismus, vor allem dem der Anhänger des Platonismus?

Unstrittig ist, dass Zahlen für uns Ordnungsrelationen darstellen, also Ordnung in Dinge oder Vorgänge hineinbringen, die abzählbar sind. In Experimenten konnte man auch zeigen, dass es Vorformen solcher Abstraktionen bereits im Tierreich gibt. Wenn eine Affenhorde von einem aus drei Löwen bestehenden Rudel auf einen Baum getrieben wurde und die Affen danach nur zwei Löwen sich entfernen sehen, dann gibt es für sie einen guten Grund, noch ein Weilchen länger auf dem Baum hocken zu bleiben. Affen, die zählen können, haben einen evolutionären Vorteil, nur sie können ihre Gene an ihre Nachkommen weitergeben. Das ist übrigens auch ein gutes Argument, den eigenen Nachwuchs vom Nutzen des Mathematikunterrichts zu überzeugen!

In dem bereits verlinkten Blogartikel wurde die Eingangsfrage noch etwas abstrahiert:
Mehr…

KategorienPhilosophie, Physik, Skeptizismus, Sprache Tags:

Das Karussell in der Relativitätstheorie

22. März 2014 Keine Kommentare

Irgendwann wurde in einem Diskussionsforum die folgende Frage gestellt:

Ich meinte, ob vielleicht unser Raum-Zeit-Kontinuum so verzerrt ist, dass in der realen, aber idealisierten, Raumgeometrie unser Pi ungleich dem mathematischen Pi sein kann. Also unsere Kreise keinen Umfang von Durchmesser mal mathematisches Pi, sondern Durchmesser mal reales Pi haben. Und sich aus der Abweichung – neben den unter 1 genannten Quantenunschärfe, die btw. eine maximale Genauigkeit durch größtmöglichen Kreis und Plancklänge ergibt – eine maximal mögliche Genauigkeit ergibt.

Für meinen Geschmack zwar ein bisschen wirr formuliert, grammatisch und orthografisch falsch, aber mir fiel sofort ein einfaches Beispiel aus dem Buch “Das elegante Universum” von Brian Greene ein. In diesem Buch geht es um eine populärwissenschaftliche Einführung und Begründung der Ideen der Stringtheorie(n). In den ersten Kapiteln wird man durch die Grundlagen der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie geführt. Dort kann man als Beschreibung dieses Bildes

die folgende Erklärung lesen:
Mehr…

KategorienPhysik, Rezensionen Tags:

Demokrit, Epikur, freier Raum und Objekte

4. Februar 2014 Keine Kommentare

Wenn man heute etwas “von” den alten Philosophen liest, dann als Laie meistens nicht im Original, man liest eher etwas “über” sie. Einige der Denker der Antike sind dabei so sakrosankt wie die Heiligen der Bibel. Demokrit ist einer von ihnen, der mit seiner Idee von den Atomen in kaum einem populärwissenschaftlichen Buch über dieses Thema fehlen darf.

Von ihm stammt die Vorstellung, dass Gegenstände nicht beliebig teilbar sein können, sondern es kleinste Bestandteile geben muss, die A-tome, die Unteilbaren. Bei Demokrit haben die Atome kleine Haken und Ösen, mit denen sie sich zu größeren Einheiten verbinden. Hier hat er sicherlich eine Eigenschaft größerer Objekte auf kleinere übertragen. Ich hätte ihn gern gefragt, wie er mit dem Widerspruch umgegangen ist, dass man zwar bei den großen Objekten Haken und Ösen entfernen kann und die Objekte dadurch zerlegt, die Haken und Ösen “seiner” Atome aber untrennbar mit diesen verbunden sein sollen.
Mehr…

KategorienPhilosophie, Physik Tags:

Fangschreckenkrebse: Die Durchblicker vom Meeresgrund

26. Januar 2014 Keine Kommentare

Fangschreckenkrebse: Die Durchblicker vom Meeresgrund lautet die Überschrift eines Artikels in Spiegel Online zu einer Gruppe von Meereskrebsen. Der Artikel enthält eine Reihe sehr ansprechender und farbenprächtiger Fotos, z.B.:

Aber nicht, dass die Tiere selbst sehr farbenprächtig sind, macht sie so interessant, sondern ihr Farbensehen. Das interessiert mich aus zwei Gründen. Zum einen philosophisch, weil Farben ein klassisches Beispiel für Qualia sind, zum anderen beruflich, weil ich mit Farbkameras arbeite. Zu Beginn des Spiegelartikels liest man:
Mehr…

Preonen

2. Januar 2014 2 Kommentare

Ich bin ja ein physikalischer Laie, aber als solcher sehr an aktuellen Erkenntnissen dieser Wissenschaft interessiert. So weiß ich, dass alle uns bekannten Elementarteilchen durch das Standardmodell der Teilchenphysik sehr gut beschrieben werden. Hier eine Grafik, die alle Teilchen des Standardmodells zeigt:

Vielleicht kurz zu einigen Details dieser Grafik:
Mehr…

KategorienPhysik Tags:

A capella science

12. Oktober 2013 Keine Kommentare

Wenig überraschend gingen die diesjährigen Nobelpreise in Physik an die beiden Physiker Peter Higgs und François Englert. Der dritte im Bunde, Robert Brout, ist schon verstorben, er hat deshalb leider die experimentelle Bestätigung der Theorie nicht mehr erlebt. Im Wikipediaartikel über das Higgs-Boson liest man zu der von den dreien unabhängig voneinander entwickelten Theorie:

1964 entwickelten Peter Higgs, François Englert und Robert Brout sowie Gerald Guralnik, Carl R. Hagen und Tom Kibble unabhängig voneinander und ungefähr gleichzeitig denselben formalen Mechanismus, durch den zunächst masselose Elementarteilchen in Wechselwirkung mit einem Hintergrundfeld (dem „Higgs-Feld“) massiv werden. Obwohl alle drei Arbeiten hintereinander in ein und derselben Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters erschienen, wobei Englert und Brout ihr Manuskript etwas eher eingereicht hatten, sodass ihre Veröffentlichung vor denjenigen der anderen Autoren platziert wurde, benannte man das Feld und sein Teilchen (das Feldquant) allein nach Higgs.

In diesem Abschnitt findet man auch die Namen weiterer Personen, die an der Entwicklung der Theorie beteiligt waren. Getoppt wird ihre Anzahl natürlich jetzt durch die große Menge an Physikern, die im Cern arbeiten. Eine genaue Erklärung, wie das mit der Aufteilung eines Nobelpreises an mehrere Personen oder die Vergabe an Institutionen funktioniert, findet man in dem Artikel Geteilter Preis von Joachim Schulz.

Wie könnte man jetzt gratulieren? Vielleicht, indem man ein Musikstück nochmals aus der Versenkung holt, das sich mit den Experimenten am Cern beschäftigt und ein paar der (sehr jungen) Physiker dort zeigt:
Mehr…

KategorienPhysik, Videos Tags: