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Archiv für die Kategorie ‘Physik’

Wie hat das Universum die Schwerkraft des Urknalls überwunden?

26. März 2019 Keine Kommentare

Wir kennen vier Kräfte in der Physik: Die starke, die schwache, die elektromagnetische und die gravitative Wechselwirkung. Man geht davon aus, dass diese vier unmittelbar nach dem Urknall eine einzige Kraft gewesen und erst später, jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten, “auskondensiert” sind. Ähnliches gilt auch für die Elementarteilchen, die erst nach und nach entstanden sind.

Für die schwache und die elektromagnetische Wechselwirkung gibt es bereits eine ausgearbeitete Theorie, die zeigen kann, dass sie bei steigender Dichte und Temperatur zu ein und derselben Wechselwirkung werden. Für die dritte, die starke Wechselwirkung ist man nahe an einer Theorie, die ihre Vereinigung mit der elektroschwachen Wechselwirkung beschreibt. Die dafür notwendigen Temperaturen und Drücke sind noch höher – was bedeutet, dass es noch zeitiger nach dem Urknall erfolgt sein muss und es noch schwerer ist, diese Theorie zu überprüfen.

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Lässt sich durch die Quantenmechanik ein freier Wille erklären?

22. März 2019 Keine Kommentare

Um die Frage zu beantworten, ob die Quantenmechanik etwas mit dem freien Willen zu tun hat, muss man sich zunächst überlegen, was man unter diesem Begriff verstehen möchte. Am plausibelsten erscheinen mir die folgenden Festlegungen:

  • Eine Person muss zweifelsfrei als Akteur einer Handlung gelten.
  • Es muss mehrere Handlungsalternativen geben, u.U. für andere Personen in derselben Situation oder für dieselbe Person zu einer anderen Zeit.
  • Die Person darf nicht durch die Umstände oder durch andere zu ihrer Handlung gezwungen worden sein.

Dann und nur dann kann ich von einer freien Handlung sprechen, für die die betreffende Person verantwortlich gemacht werden kann.

Ein Beispiel: Ich stehe im Supermarkt vor dem Regal mit den Kartoffelchips. In meinem Geist kämpfen widerstrebende Gedanken um die Vorherrschaft: „Hm, Kartoffelchips sind soo lecker. Andererseits sind sie total ungesund. Aber wir bekommen heute Abend Besuch, dem können wir sie anbieten. Habe ich überhaupt genug Geld für den Einkauf einstecken?“

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Warum ist es nicht immer hell auf der Erde?

18. März 2019 Keine Kommentare

Wenn man in eine beliebige Richtung ins Weltall schaut und dieses unendlich groß ist, muss dort nach einer gewissen (eventuelle sehr großen) Entfernung ein Stern zu finden sein. In doppelter Entfernung kommt zwar von einem Stern nur ein Viertel des Lichts an, aber da wir in doppelter Entfernung eine viermal so große Fläche sehen, müssten dort auch viermal so viele Sterne zu sehen sein – was sich genau aufheben sollte. Da die Leuchtdichte nicht von der Entfernung abhängt, müsste es aus jeder Richtung so hell wie die Sonne leuchten. Das ist das Olberssche Paradoxon.

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Warum eignet sich die „Spukhafte Fernwirkung“ nicht zu interstellarer Kommunikation?

16. März 2019 Keine Kommentare

Um die Frage zu beantworten, erdenken wir zuerst ein Experiment, bei dem diese Fernwirkung gemessen werden kann: Wir verschränken zwei Teilchen miteinander, wobei wir wissen, dass die beiden Teilchen in der verschränkten Eigenschaft einem Erhaltungssatz genügen. In diesem Beispiel sei ihr Gesamtspin gleich null. Dann schicken wir eines der beiden Teilchen auf die Reise. Diese Reise erfolgt maximal mit Lichtgeschwindigkeit (bei Teilchen ohne Ruhemasse). Alle unsere Kenntnisse über die beiden Teilchen reisen also maximal mit Lichtgeschwindigkeit.

Jetzt können wir die Eigenschaften der beiden Teilchen messen, in denen sie verschränkt sind, in unserem Beispiel im Spin. Wir haben dazu einen Signalgeber auf der Hälfte der Strecke angebracht, der beiden Teilnehmern den Zeitpunkt ihrer Messung vorgibt.

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Warum gibt es keine elektromagnetischen Longitudinalwellen?

6. März 2019 Keine Kommentare

Elektromagnetische Strahlung kann sowohl als Welle, als auch als Teilchen beschrieben werden. Bei der Beschreibung als Welle schwingen sowohl die magnetische, als auch die elektrische Feldstärke senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, also transversal. Das Kreuzprodukt aus beiden zeigt in Ausbreitungsrichtung und gibt damit gleichzeitig die Richtung an, in die der Energiefluss erfolgt. Für diesen Energiefluss wird kein Träger benötigt, kein Äther, er funktioniert auch im Vakuum.

Bei der Beschreibung als Teilchen, dem Photon, transportiert dieses die Energie durch den Raum.

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Könnte die Erdrotation als Dynamo verwendet werden?

2. März 2019 Keine Kommentare

Zunächst kann man die Rotationsenergie der Erde berechnen (Wie groß ist die Rotationsenergie der Erde?). Dort wird sie mit E = 2.583·1029 J angegeben. Es ist nur eine Schätzung, weil hier für die Berechnungen von einer homogenen Masseverteilung innerhalb der Erde ausgegangen wird. Tatsächlich ist der Erdkern aber dichter als der Erdmantel, deshalb ist die Rotationsenergie praktisch geringer.

Der Weltenergiebedarf betrug 2010 505*1018 J (Weltenergiebedarf). Eine Division der beiden Energien zeigt, dass die in der Erde gespeicherte Rotationsenergie für knapp 500 Millionen Jahre reichen würde. Dann käme die Erde zum Stillstand.

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Welches Oxymoron kannst du nicht ausstehen?

10. Februar 2019 Keine Kommentare

Multiversum.

Mit dem Begriff Universum wird die Gesamtheit des Beobachtbaren bezeichnet. An zwei Stellen in der Physik ist nun in den letzten Jahren der Begriff eines Multiversums in die Diskussion eingebracht worden. In der Kosmologie, wo man den Urknall als einen von vielen anderen Ereignissen betrachten möchte oder aber eingebettet in eine weitergehende “Landschaft von Universen”. In der Quantentheorie als einer der Lösungsvorschläge beim Kollaps der Wellenfunktion.

Technisch gesehen enthalten die Gleichungen, die den Urknall oder die Wellenfunktion beschreiben, mehrere Lösungen, von denen wir nur eine beobachten. Was ist mit den anderen Lösungen?

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Ist das Universum aus Sicht eines Photons eine Ebene?

8. Februar 2019 Keine Kommentare

Ja. Alle Objekte in Bewegungsrichtung des Photons bewegen sich im Inertialsystem des Photons mit Lichtgeschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung und haben aufgrund der Lorentzkontraktion die Länge Null.

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Was denkst Du über die Philosophie der Physik?

6. Februar 2019 Keine Kommentare

Ich bin weder Physiker noch Philosoph, aber ich kenne aus diversen Diskussionsforen die zu erwartenden (immer gleichen) Antworten. Zum Beispiel typisch Physiker: “Ich kenne leider kein konkretes physikalisches Problem, das durch Philosophie gelöst wurde.” Das ist vollkommen richtig, denn für die Beantwortung empirischer Fragen sind die Naturwissenschaften zuständig und nicht die Philosophie.

Der Wikipediaartikel Philosophie der Physik wiederum ist ein typisch von Philosophen verfasster Beitrag. An ihm sieht man, worunter die Philosophie leidet: Sie verwendet die natürliche menschliche Sprache als Fachsprache. Weil es die natürliche Sprache ist, glaubt jeder Laie, er müsse den Artikel verstehen. Bei einem formellastigen mathematischen oder physikalischen Beitrag käme er niemals auf diese Idee.

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Warum kann man Gravitation nicht abschirmen?

19. Januar 2019 Keine Kommentare

Bei der Gravitation gibt es im Gegensatz zu den drei anderen bekannten physikalischen Wechselwirkungen (Elektromagnetische Kraft, starke und schwache Kernkraft) keine entgegengesetzte Ladung. Die bisherigen Experimente, mit denen man versucht hat, Antigravitation zu erzeugen, basierten auf starker Rotation von Massen (das Raumzeitfeld wird verwirbelt) oder starken elektromagnetischen Feldern in der Nähe von Supraleitern. Die Ergebnisse konnten nie von anderen Wissenschaftlern reproduziert werden.

Die dunkle Energie, die unser Universum auseinandertreibt, könnte aber eine Möglichkeit sein. Sie muss negativ sein, sonst wäre ihre Wirkung in der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht so, wie es sein muss, um den Effekt zu erklären.

Anschaulich kann man sich das so erklären: Die Massen ziehen sich zwar gegenseitig an, die dunkle Energie erzeugt aber fortwährend neuen Raum zwischen ihnen, so dass sie sich nicht näher kommen können. Das ist exakt die gewünschte Wirkung von Antigravitation. Allerdings ist es in einem Universum, in dem diese dunkle Energie derart stark ist, wahrscheinlich ziemlich ungemütlich, wenn man sich die Raumzeitgeometrie in der Umgebung dieses Ortes vorstellt.

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