Quo vadis, physica?

Quo vadis, physica?
Frei nach dem Schriftsteller Henryk Sienkiewicz, wohin gehst du Physik?

Seit ihren Anfängen hat sich die Physik der wissenschaftlichen Beobachtung und Erforschung der Naturerscheinungen verschrieben. Selbst bei Wikipedia ist zu lesen das die Fortschritte in der Physik darin bestehen Theorien und Hilfsmittel bereitzustellen oder weiter zu entwickeln die auf weitere Systeme anwendbar sind, genauere Beschreibungen ermöglichen und eine Vereinfachung des theoretischen Apparates ermöglichen und erleichtern.

In der Experimentalphysik steht das Experiment im Vordergrund. Teilchenspur, Impulshöhe, Geschwindigkeit, Masse, Aufprallgeschwindigkeit, um nur einige zu nennen und alle anderen Folgen eines Zusammenwirkens werden mit größter Sorgfalt und Genauigkeit beobachtet und gemessen. Ergebnisse werden ausgewertet und machen gegebenenfalls Voraussagen möglich.

Wobei wir bei der theoretischen Physik sind, die aus Beobachtungen Theorien entwickelt mit deren Hilfe konkrete Voraussagen möglich sind die in zukünftigen Experimenten bestätgt werden können.

Jetzt könnte man fragen, wieso oben steht, wohin gehst du, Physik?
Ist die Physik heute noch die, mit der sie seinerzeit ihren Anspruch, die "Wissenschaft der Wissenschaften" zu sein, begründet hat?
Sorgfalt und Genauigkeit stehen beim experimentieren ganz oben an.

Zum Beispiel Michael Faraday (* 22. September 1791 † 25. August 1867) der Erfinder des Elektromotors, des Transformators und des Generators, der Entdecker von Benzol, des magnetooptischen Effektes, des Diamagnetismus und Schöpfer der elektromagnetischen Feldtheorie. Etwa 30.000 von Faraday durchgeführte Experimente sind überliefert. Seine bestätigten Erfolge und Ergebnisse wären ohne Genauigkeit nicht zu eringen gewesen. Das noch ungeachtet der Tatsache das er nicht als Naturwissenschaftler begonnen hat sondern als Botenjunge und nach siebenjähriger Lehre als Buchbinder ein Späteinsteiger war.

Eine numerische Parallele finden wir wenn man sich vor Augen hält das am CERN bei LHC-Experimenten gemeinsam mit ca 3000 Gastforschern die einen Monitorplatz ergattern können, rund 10.000 Forscher und wissenschaftliche Mitarbeiter beteiligt sind. Nach drei stattgefundenen Projekten ist man auch bei 30.000 angelangt. Mit dem Unterschied zu "damals" wo Michael Faraday über alles im Bilde war und heute niemand mehr durchblickt was nicht direkt sein Fachgebiet betrifft. Selbst die Fachleute nicht.

30.000 Experimente mit Ergebnissen stehen bei Mr. Faraday 450 veröffentlichte wissenschaftliche Artikel gegenüber.
Heute geht der Trend zum umgekehrten Zahlenverhältnis. Unmengen an Veröffentlichungen und wenig Experimente und Ergebnisse.
Ist das das Ziel der Physik?

(wird fortgesetzt)

Mit den besten Grüßen.
Ernst Ellert II.

Die theoretische Physik ist nicht so Kostenintensiv wie experimentelle Physik.
Dritte entscheiden über die Mittelbewilligung und die Notwendigkeit des Versuches.
Wirtschaftlichkeits und Kosten-Nutzenrechnung hat den Weg in die Physiklabors gefunden.

Quo vadis, physica? die 2.
Frei nach dem Schriftsteller Henryk Sienkiewicz, wohin gehst du Physik?

Ernst Ellert II schrieb in Beitrag Nr. 2031-1:

Quo vadis, physica?
(...)
Selbst bei Wikipedia ist zu lesen das die Fortschritte in der Physik darin bestehen Theorien und Hilfsmittel bereitzustellen oder weiter zu entwickeln die auf weitere Systeme anwendbar sind, genauere Beschreibungen ermöglichen und eine Vereinfachung des theoretischen Apparates ermöglichen und erleichtern.
(...)

Die "Vereinfachung des theoretischen Apparates der Physik" hört sich nicht nur wichtig an sondern ist es auch. Um zu verdeutlichen was hier gemeint ist geht man am einfachsten etwas zurück in den Analen der Physik. Die 2. Hälfte des 16. Jahrhunderts hilft uns da schon weiter. Der Adel war degeneriert und tat sich durch nichts tun hervor und alle waren immer gelangweilt. Alle? Mitnichten.

Zumindest einer war fleißig und das über alle Maßen. Ich meine Tyge Ottesen Brahe oder kurz Tycho de Brahe. Ein überaus fleißiger Mann und geschickt obendrein. So beständig war sein Ruf, dass Könige und Kaiser Schlange standen um ihm geeignete Observatorien zu bauen. Das ist etwas überspitzt formuliert aber nicht ganz unrichtig. Vom "Randgeschehen" aber nun weg, zum Kern dessen, was hier von Interesse ist.

Tycho Brahe hat Zeit seines Lebens eine schier unübersehbare Menge an Bahndaten ermittelt und zusammengetragen. Mit diesen Daten konnte Johannes Kepler seine Theorien begründen und nicht zuletzt fast 100 Jahre später Isaak Newton seine Theorie der Gravitation entwickeln. Die Genauigkeit von Brahes Daten war auch lange Zeit nach ihm, obwohl er noch kein Fernrohr kannte, unerreicht.

Was aber war im Sinne von Vereinfachung geschehen? Die Arbeiten Kepplers und Newtons hatten das ständige "bahnbeobachten" überflüssig gemacht. Sie hatten sowohl die Astronomie als auch die Astrophysik vereinfacht. Wo ehedem unzählige Einzeldaten ermittelt werden mussten war man nun in der Lage die Bahnen der Himmelskörper zu berechnen.

Also ganz im Sinne der eingangs geforderten Vereinfachung des theoretischen Apparates der Physik.

Und heute, 400 Jahre danach? Der Teilchenzoo leidet unter Platzmangel und das Universum verschwindet und gerät in Unterzahl,
gemessen an der überwältigenden Menge von unsichtbarer Energie und unsichtbarer Materie. Es bleiben gerade mal lumpige 4%.

Jedenfalls kann da von einer Vereinfachung des theoretischen Apparates der Physik nicht die Rede sein, nur vom verkomplizieren.
Ist das das Ziel der Physik?

(wird fortgesetzt)

Mit den besten Grüßen.
Ernst Ellert II.

Der Teilchenzoo ist etwas für Kleingeister, die etwas Materielles brauchen um darauf aufzubauen.
Bekommt jeder seinen Wunsch erfüllt, außer die Verbindung von Quantenphysik und Relativitätstherie?

Quo vadis, physica? die 3.
(dieses mal speziell für Stueps um eine ausstehende Antwort nach zu holen)
Hallo zusammen und einen guten Tag.

Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2009-93:

Ernst Ellert II schrieb in Beitrag Nr. 2009-92:

Aber Fakt ist, dass alles daran gesetzt wird die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ein für alle mal unabänderlich zu machen.

Hallo Ernst,
mal angenommen, es ist so. Worin siehst du die Motivation der Wissenschaftler, so etwas zu tun?
Grüße

Es muss leider nicht erst angenommen werden das es so ist, wie beschrieben, sondern seit 1983 ist es Realität. Etwas anders ist da die Frage nach der Motivation zu behandeln. Dazu ist es angebracht ein wenig zurück zu gehen in der Geschichte der Physik um die heutige Situation besser einordnen zu können. Dann ist auch die Motivation für solch fragwürdiges Vorgehen kein Rätsel mehr.

Alle Physiker die bis in die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts Geschichte geschrieben haben waren zurückhaltend, voller Skepsis, voller Zweifel und Nachdenklichkeit den eigenen Aussagen und Postulaten gegenüber. Sie waren, könnte man auch sagen... bescheidene Sucher. Bevor etwas veröffentlicht wurde musste wiederholt hin und hergerechnet werden, ob nicht doch noch eine versteckte Schwachstelle zu finden war. Und erst dann wurde sich zu Wort gemeldet.
Wie flach ist dagegen die Disziplin Sorgfalt in der Gegenwart und jüngeren Vergangenheit geworden. Sorgfalt ist nicht mehr vorhanden. Und Bescheidenheit??

Nehmen wir zum Beispiel die Gravitationskonstante um das zu verdeutlichen.
Zum bessereren Verständniss habe ich vorab hier ein Zitat aus einem Standardwerk über Galaxien-Dynamik von
J. Binney und S. Tremaine: >Galactic Dynamics< ISBN 0-691-08445-9 von 1988 der Princeton University Press, Seite 635

Zitat:

Bisher wurde angenommen, dass die allgemeine Relativitätstheorie bzw. die Newtonsche Gravitation auf großen Skalen gelten. Tatsächlich gibt es aber wenig oder gar keine direkten Belege dafür, dass die konventionellen Gravitationstheorien auch auf Skalen korrekt sind, die z.B. viel größer als ein Lichtjahr sind. Die Newtonsche gravitation funktioniert ausgezeichnet auf Skalen von 10¹² Metern, also im Sonnensystem. Es ist aber hauptsächlich die Eleganz der Allgemeinen Relativitätstheorie mit ihren erfolgreichen Vorhersagen im Sonnensystem, die uns zu der gewaltigen Extrapolation auf 10²¹ - 10²⁶ Meter führt.

(Hervorhebung durch mich)

Es ist also bekannt das die Gravitation nur mit größter Vorsicht, wenn überhaupt extrapoliert werden kann.
Jetzt misst die Physikergemeinde Abweichungen von ihren bekannten Parametern bei entfernten Galaxien,
....und was passiert??

Niemand denkt daran das damit gerechnet werden muss, weil solche Abweichungen schon geläufig sind. (siehe Zitat Standardwerk oben)
Warum auch? Das könnte als bescheiden ausgelegt werden. Aber heute ist das gegenteil gefragt!

Man macht Nägel mit Köpfen. Der eine Nagel heist "dunkle Materie" und der andere Nagel "dunkle Energie".
Niemand weiß was das ist, woraus es besteht und wie man es zuverlässig messen kann... (siehe Zitat Standardwerk oben)
Aber man weiß genau das die dunkle Materie 23%, die dunkle Energie 72% ausmacht und der Rest von 4,6 % die Atome sind. (siehe Wiki)

Kurz gesagt: man weiß überhaupt nichts, aber das weiß man auf ein zehntel Prozent genau.
Wenn es nicht so tragisch wäre könnte man fast darüber lachen.

Und genau bei dieser Denkweise ist die Motivation beheimatet welche uns den Zirkelschluss von Lichtgeschwindigkeit, Meter und Sekunde beschert.

So sieht die neue Physik aus.

(wird fortgesetzt)

Mit den besten Grüßen.
Ernst Ellert II.

Hallo Ernst,

vielen Dank für deine Antwort! Bitte entschuldige meine jetzige späte Antwort, ich war einige Tage im schönen Deutschland unterwegs. Ich bin etwas verunsichert, wo ich meine Antwort geben soll - ich weiß nicht, ob sie in diesen Thread passt. Bitte gib mir einfach Bescheid, falls sie im anderen Thread, wo ich die ursprüngliche Frage stellte, besser aufgehoben ist - ich verschiebe sie dann natürlich dort hin.

Also, nun zum Thema:

Ich persönlich bin mir alles andere als sicher, ob nicht an der Konstanz und am Wert der Lichtgeschwindigkeit gerüttelt werden darf. Und das aus konkretem Grund:
Ich bin von der Idee der Loop-Quantengravitation fasziniert, und las letztens etwas darüber nach. Sie wird anscheinend von der wissenschaftlichen Gemeinde ernster genommen, als ich gedacht hatte.
Eine ihrer überprüfbaren Voraussagen ist:

Zitat:

Aus der Schleifenquantengravitation folgt, dass die Lichtgeschwindigkeit von der Wellenlänge des Lichtes abhängt.

Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Loop-Quantengravitatio...

Und diese wird anscheinend so ernst genommen, dass sogar ein wenig Geld in die Hand genommen wird, um sie konkret zu überprüfen. So wurde 2008 ein Teleskop in den Weltraum geschossen, das Fermi Gamma-ray Space Teleskop.

Im zugehörigen Wikipedia-Artikel heißt es hierzu:

Zitat:

Durch die gegenüber früheren Gammateleskopen stark verbesserten Eigenschaften besteht auch Hoffnung auf die Entdeckung neuer Phänomene, so z.B. der Nachweis einer diffusen Hintergrundstrahlung im Gammastrahlungsbereich, der Hinweise auf exotische Teilchen (Neutralino) aus den Vorhersagen der Teilchenphysik geben könnte oder eine Varianz der Lichtgeschwindigkeit bei hochenergetischen Photonen zur Untermauerung der Schleifenquantengravitation.

(Hervorhebung durch mich)

Diese Informationen lassen m.E. den Schluss zu, dass durchaus noch Bewegung in feste Grundgerüste der Physik kommen kann, und dass dies auch in Teilen der seriösen Wissenschaft erwünscht ist. Denn nichts dürfte einen Physiker mehr erfüllen, als eine grundlegende Entdeckung, die das allgemein anerkannte Weltbild der Physik gründlich erschüttert. Natürlich ist auch das Thema Politik in der Wissenschaft ein sehr Wichtiges, so dass es immer massiven Widerstand gegen neue grundlegende Erkenntnisse geben wird. Das war schon in der Vergangenheit so. Aber die Geschichte lehrt uns m.E., dass sich letztlich das geeignetere Modell, das bessere Vorhersagen macht, durchsetzen wird - siehe z.B. die RT´s oder das weite Feld der Quantenphysik.

Mal schauen, was die Zukunft bringt.

Beste Grüße

Ernst Ellert ll im Beitrag Nr. 2031-5

Zitat:

Man macht Nägel mit Köpfen. Der eine Nagel heist "dunkle Materie" und der andere Nagel "dunkle Energie".
Niemand weiß was das ist, woraus es besteht und wie man es zuverlässig messen kann... (siehe Zitat Standardwerk oben)
Aber man weiß genau das die dunkle Materie 23%, die dunkle Energie 72% ausmacht und der Rest von 4,6 % die Atome sind. (siehe Wiki)

Kurz gesagt: man weiß überhaupt nichts, aber das weiß man auf ein zehntel Prozent genau.
Wenn es nicht so tragisch wäre könnte man fast darüber lachen.

Hallo Ernst

Trifft das nicht kurz gesagt auch auf den Umgang der Physiker mit dem abstrakten Begriff „Zeit“ zu, von der man auch nicht weiß was das ist und woraus sie besteht aber das weiß man auf eine „zehntel Sekunde“ genau?

Henry im
Beitrag-Nr. 1849-173

Zitat:

……. alles noch nichts darüber aussagt, WAS Raum und Zeit tatsächlich SIND. Diese Frage kann die Naturwissenschaft (noch) nicht beantworten, und ich vermute, sie wird es auch nie können.

1875-93 Ernst Ellert II

Zitat:

Wenn wir definitiv wüssten was die Raumzeit "ist" woraus sie "besteht" und warum sie "existiert" wären wir alle einen großen Schritt weiter. (oder zwei oder drei...)

Gruß Horst

P. s. Da das Forum heißt „wasistzeit“, bitte ich um Nachsicht dass ich die „Zeit“ erwähne.

Horst schrieb in Beitrag Nr. 2031-7:

Trifft das nicht kurz gesagt auch auf den Umgang der Physiker mit dem abstrakten Begriff „Zeit“ zu, von der man auch nicht weiß was das ist und woraus sie besteht aber das weiß man auf eine „zehntel Sekunde“ genau? .

Hallo Horst,
das hat Einstein doch relativ klar für die Physik formuliert: "Zeit ist das, was die Uhr anzeigt." Die Uhr zeigt nach meiner Meinung normierte Dauer an. Die reine Dauer besteht unabhängig von kausalem Geschehen. Eine Uhr zeigt für das Fallen des Apfels vom Baum auf die Erde dieselbe Dauer an wie für den (vorgestellten) umgekehrten Vorgang.
Unsere Vorstellung von Dauer kommt dadurch zustande, dass wir aus Erfahrung wissen, dass währen eines Vorgangs (Geschehensablaufs) unbegrenzt viele andere Vorgänge stattfinden.
Für die Normierung von Dauer hat man einen relativ großen Spielraum und für die konkrete, genaue Messung braucht man eine möglichst hohe Anzahl von periodischen Bewegungen während einer Einheit.

Zeit ist danach eine Vorstellung (ein Gedankenkonstrukt), das durch Vergleich von Vorgängen gebildet wird und der Erfassung und Verständigung über Geschehensabläufe dient.

MfG
Harti

Hallo Harti,

Harti schrieb in Beitrag Nr. 2031-8:

Die reine Dauer besteht unabhängig von kausalem Geschehen.
[ . . . ]

Zeit ist danach eine Vorstellung (ein Gedankenkonstrukt), . . .

kannst du erklären, warum das kein Widerspruch ist?

Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2031-6:

Hallo Ernst,

vielen Dank für deine Antwort! Bitte entschuldige meine jetzige späte Antwort, ich war einige Tage im schönen Deutschland unterwegs. Ich bin etwas verunsichert, wo ich meine Antwort geben soll - ich weiß nicht, ob sie in diesen Thread passt. Bitte gib mir einfach Bescheid, falls sie im anderen Thread, wo ich die ursprüngliche Frage stellte, besser aufgehoben ist - ich verschiebe sie dann natürlich dort hin.

Also, nun zum Thema:

Ich persönlich bin mir alles andere als sicher, ob nicht an der Konstanz und am Wert der Lichtgeschwindigkeit gerüttelt werden darf. Und das aus konkretem Grund:
Ich bin von der Idee der Loop-Quantengravitation fasziniert, und las letztens etwas darüber nach. Sie wird anscheinend von der wissenschaftlichen Gemeinde ernster genommen, als ich gedacht hatte.
Eine ihrer überprüfbaren Voraussagen ist:

Zitat:

Aus der Schleifenquantengravitation folgt, dass die Lichtgeschwindigkeit von der Wellenlänge des Lichtes abhängt.

Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Loop-Quantengravitatio...

Und diese wird anscheinend so ernst genommen, dass sogar ein wenig Geld in die Hand genommen wird, um sie konkret zu überprüfen. So wurde 2008 ein Teleskop in den Weltraum geschossen, das Fermi Gamma-ray Space Teleskop.

Im zugehörigen Wikipedia-Artikel heißt es hierzu:

Zitat:

Durch die gegenüber früheren Gammateleskopen stark verbesserten Eigenschaften besteht auch Hoffnung auf die Entdeckung neuer Phänomene, so z.B. der Nachweis einer diffusen Hintergrundstrahlung im Gammastrahlungsbereich, der Hinweise auf exotische Teilchen (Neutralino) aus den Vorhersagen der Teilchenphysik geben könnte oder eine Varianz der Lichtgeschwindigkeit bei hochenergetischen Photonen zur Untermauerung der Schleifenquantengravitation.

(Hervorhebung durch mich)

Diese Informationen lassen m.E. den Schluss zu, dass durchaus noch Bewegung in feste Grundgerüste der Physik kommen kann, und dass dies auch in Teilen der seriösen Wissenschaft erwünscht ist. Denn nichts dürfte einen Physiker mehr erfüllen, als eine grundlegende Entdeckung, die das allgemein anerkannte Weltbild der Physik gründlich erschüttert. Natürlich ist auch das Thema Politik in der Wissenschaft ein sehr Wichtiges, so dass es immer massiven Widerstand gegen neue grundlegende Erkenntnisse geben wird. Das war schon in der Vergangenheit so. Aber die Geschichte lehrt uns m.E., dass sich letztlich das geeignetere Modell, das bessere Vorhersagen macht, durchsetzen wird - siehe z.B. die RT´s oder das weite Feld der Quantenphysik.

Mal schauen, was die Zukunft bringt.

Beste Grüße

Die Aussage dass die LG von der Wellenlänge abhängt ist unvollständig bei den vielen Lichtfrequenzen bzw Wellenlängen oder wurde mehr auf die Rotverschiebung Bezug genommen, wobei die Wellenlänge die Lichtgeschwindigkeit vervollständigt?
Oder die Information mit dem Dopplereffekt gedehnt.

Hallo Ernst,

bitte entschuldige den Offtopic-Beitrag, der hier bis vor kurzem stand.

Grüße

Stueps schrieb in Beitrag Nr. 2031-11:

Wrentzsch schrieb in Beitrag Nr. 2031-10:

Die Aussage dass die LG von der Wellenlänge abhängt ist unvollständig bei den vielen Lichtfrequenzen bzw Wellenlängen oder wurde mehr auf die Rotverschiebung Bezug genommen, wobei die Wellenlänge die Lichtgeschwindigkeit vervollständigt?

Du bist unvollständig!

Glaubst du dass ich nicht gemerkt habe, dass die Wellenlänge der Zeitliche Abstand zwischen den Photonen ist und gar nicht s mit der LG zu tun hat, die ganze Aussage sinnlos war?
Sowas steht in Wikipedia?

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 2031-9:

Hallo Harti,

Harti schrieb in Beitrag Nr. 2031-8:

Die reine Dauer besteht unabhängig von kausalem Geschehen.
[ . . . ]

Zeit ist danach eine Vorstellung (ein Gedankenkonstrukt), . . .

kannst du erklären, warum das kein Widerspruch ist?

Hallo Okotombrok,

da habe ich nicht sauber formuliert: Es muss heißen: Die reine Dauer wird unabhängig von kausalem Geschehen vorgestellt. Ich finde dies wird durch das Beispiel mit dem Apfel relativ deutlich. Die reine Dauer (dt) kann weder Vergangenheit (voher) noch Zukunft (nachher) definieren. Die entsprechende Äußerung von Einstein habe ich gerade nicht parad.

MfG
Harti

Hallo zusammen und einen guten Tag.
Ich bitte um Verzeihung wenn ich mir einfach erlaube wieder zum Thema zurück zu kehren.

Quo vadis, physica? die 4.
Warum konnte man "plötzlich" eine "beschleunigte" Expansion des Universums feststellen?
Die Hubblekonstante, oder wie alt ist unser Universum?
Teil eins.

Wie kann man "ungeheuer weit weg" messen?

Der erste Schritt:
Den Daumensprung kennt wohl jeder. Ein Auge zu, den Arm (egal welcher) ausgestreckt, Daumen hoch und ein Ziel anvisiert. Dann abwechselnd jeweils durchs rechte und linke Auge sehen. Man bemerkt das der Daumen vor dem Hintergrund in einem bestimmten Winkel "springt". Misst man den Winkel und den Abstand der Augen kann man die Länge des Armes errechnen. Für die Sterne reicht das nicht.

Der zweite Schritt:
Der Daumen ist jetzt ein Stern und die Augen sind zum Beispiel Frühjahr und Herbst. Dann ist der "Augenabstand" rund 300 Millionen Kilometer groß. (Erdbahnradius rd. 150 Millionen Km) Die uns nähergelegenen Sterne springen tatsächlich vor dem (Daumen) Stern im Hintergrund um messbare Winkel hin und her. Sie verändern ihre Winkelposition. Natürlich im Abstand von einem halben Jahr. Diese >parallaktische Messung< kennt man seit sie F.W. Bessel 1838 erstmals beim Stern 61 Cygni gelang. Hipparcos hat damit im antiken Griechenland schon die Entfernung zum Mond bestimmt und Satelliten vermessen so heute die Nachbarn im All. Von dieser Methode stammt das Parsek (pc). Auf der Erdbahn ist die Parallaxe einer Bogensekunde 3,26 Lichtjahre groß oder lang, wie man möchte. Jedenfalls ist mit dem Messen nach diesem Verfahren bei ca. 1000 Lichtjahren schluss. Aber was kommt dann?

Der dritte Schritt:
Wenig Licht heist weit weg, viel Licht nah dran, oder was? Das Problem ist die sichtbare, relative Helligkeit eines Sterns, die in den Teleskopen ankommt. Sie sagt nichts über die Größe oder die Entfernung der Lichtquelle aus. Da müssen schon ganz raffinierte Tricks her um der Natur auf die Schliche zu kommen. Zu wissen das die Helligkeit um den Faktor 100 kleiner wird wenn man 10 mal soweit weg ist, nützt nichts, wenn man nicht weis wie groß die absolute Leuchtkraft des Sterns ist. Große Entfernungen kann man erst dann berechnen wenn man die absolute Helligkeit eines Sterns kennt. Deswegen heißen die dann bei den Astronomen "Standart-Kerzen". Cepheiden heißen Sterne die streng periodisch, radial pulsieren. So zu sagen in ihrer Midlifecrisis deutliche "Zeichen" setzen. Hubble hatte variabele Sterne in der heimatlichen Milchstrasse und in der Andromeda Galaxie identifiziert und danach konnte Henrietta Swan Leavitt in der Kleinen Magellanschen Wolke Cepheiden lokalisieren. Sie war auch 1912 für die Entdeckung der Periode-Helligkeitsbeziehung verantwortlich. Einfach die "einheimischen" und die in Andromeda veränderlichen Sterne untersucht und der Zusammenhang zwischen Schwingungsdauer, (hell, weniger hell und wieder hell) Leuchtkraft ermittelt. Na ja, ganz so einfach ist das auch nicht aber es war der nächste Schritt zur Ermittlung großer astronomischer Distanzen. Man möchte momentan NGC 4258 als nächsten "Meilenstein" in die große Weite festlegen da man mittels sehr geschickter Verwendung von Masertechniken meint die Entfernung auf plus minus 4 Prozent genau zu kennen.

Hubble hatte also in der Andromeda einen Cepheiden entdeckt. Eine der besten Messungen der Hubbl-Konstanten zu den Virgo- und Fornax-Galaxien-Haufen wurden mit Aufnahmen des Hubble-Teleskops ermöglicht. Wie kann man sich besser in der Astronomie unsterblich machen? Trotzdem war es ihm peinlich sich vertan zu haben. Die meisten von ihm festgelegten Entfernungen waren zu kurz. Zum einen waren die Grundlagen für die Berechnungen noch mit einer großen Fehlerquote behaftet. Zum anderen ist ihm ein grundlegender Fehler unterlaufen. Die Schwingungsdauer der Cepheiden hängt nämlich auch vom Anteil ihrer "metallischen" Bestandteile ab. (metallisch bei Astronomen ist alles was kompakter ist als Helium) Bei gleicher Periodendauer leuchtet ein metallreicher Stern heller. So hatte er einen hellen in Andromeda lokalisiert und mit schwach leuchtenden in der Kleinen Magellanschen Wolke verglichen. Das war Pech aber zugleich auch eine Warnung wieviel Fallstricke in der Astronomie lauern können. Walter Baade hat dann 1944 den Fehler entdeckt und die Größe des bekannten Weltalls hatte sich plötzlich verdoppelt. Darüber war man sich wieder einig. Lev Landau ein russischer Physiker schrieb dazu: "Kosmologen sind oft im Irrtum, aber nie im Zweifel." Auch Walter Baade hat noch erlebt von seinem Schüler Allean Sandage korrigiert zu werden. Er hatte helle Wasserstoffwolken für Sterne gehalten und so immer noch "zu kurz" geschätzt. Leider ist dazu keine Aufzeichnung von Lev Landau überliefert.

Heute sind die Cepheiden-Messungen zwar etwas zuverlässiger und es reicht für rund 50 Millionen Lichtjahre Entfernung, aber der ausgelobte Wert der Hubble-Konstante von 72 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec, was 14 Milliarden Jahren entsprechen würde ist bestimmt nicht frei von Fehlern. Naheliegende Cepheiden mit Parallaxe gemessen und die anderen entfernten nach den Periodendaten und ihrer Helligkeit beinhaltet das nichtwissen um die genaue metallische Zusammensetzung. Deswegen sind Schüler von Allean Sandage der Meinung richtig wäre ein Wert von ca. 62km/sekMpc wogegen andere sogar zu mehr als 74km/sekMpc für die Hubblekonstante neigen. Alles zusammen, von klein bis groß, kann nicht richtig sein, aber es ist die Hubble-Konstante.

Der vierte Schritt:
Kann man in Milliarden Lichtjahren Entfernung einzelne Sterne identiffizieren?
Nein kann man nicht. Also was ist zu tun? Seit den 80er Jahren greift man auf Supernovae vom Typ 1a zurück. Sie sind alle "ähnlich" hell und liefern Werte für die Hubble-Konstante bei größeren und ganz großen Entfernungen. Die Physiker hatten immer gespottet das das Universum wohl jünger sei als sein Inhalt. Um zu verstehen um was es dabei geht muss man den Blick wenden auf die von der Südhalbkugel zu beobachtenden Kugelsternhaufen. Circa eine Million Sonnen aber, sehr wichtig, weit außerhalb der Galxienscheibe. Eine Trabantenstadt, Vorstadt wo nichts passiert. Alle sind überaltert. Neue Sterne gibt es da nicht. Die Astronomen haben gelernt die Sterne anhand ihrer Farbe einzuteilen. Von klein, schwach rötlich bis hin zu sehr hell, weiß-bläulich leuchtend. Die Farben hierbei nicht abhängig von der Dopplerverschiebung sondern analog dem Plankschen Strahlungsgesetz. Was hat das aber mit dem Alter der Kugelsternhaufen zu tun? Die großen Sterne leuchten nicht länger, sondern sie strahlen heller und geben dabei ihre Energie viel schneller ab als kleine Sterne. So sind sie nach wenigen Millionen Jahre schon "am Ende". Ein kurzes aber heftiges Sternenleben. In Kugelsternhaufen findet man nur noch kleine vor sich hin brutzelnde Sterne wogegen die hellen blauen ihr Leben alle schon ausgehaucht haben. Mit den entsprechenden Sternen-Helligkeits-Diagrammen errechnet man so ein Alter bis zu 14 Milliarden Jahre. Das ist sehr viel, selbst wenn man annimmt das sich die Galaxis direkt nach dem Urknall gebildet hat. So hat dieser Zusammenhang immer schon förmlich nach Widerspruch gerochen.

Der Kehrwert der Hubble-Konstante 14 Milliarden Jahre und 14 Milliarden Jahre alt könnte passen, meint man. Allerdings übersieht man dabei das die heutige Konstante zurückgerechnet wird ohne die Gravitation zu berücksichtigen die ein expandierendes Universum abbremst. Dann sollte das Universum jünger sein. Das war Stress für die Kosmologie und ein Grund zum Spott der Physiker. In den 90er Jahren des vorigen Jahrhunderts machte dann man eine wichtige Entdeckung. Die Beobachter von Supernovae vom Typ 1a stellten fest das die Katastrophen bei lichtschwachen Supernovae vom Typ 1a viel schneller abebten, zu Ende gingen, als die viel heißeren. Wie bei den Cepheiden waren also auch hier die großen, schweren langsamer, als die kleinen schlanken. Die Dauer der Explosion ließ auf die absolute Helligkeit schließen. So war die Entfernung besser zu bestimmen und die Hubble-Konstante war auch bei sehr großen Skalen genauer. Die Messungen waren etwa von der Wichtigkeit, wie die Entdeckung von Henrietta Swan Leavitt 1912, die Cepheiden-Messungen betreffend.

Zum einen freute sich die Gruppe der Beobachter von Supernovae Typ 1a natürlich über ihre Erfolge. Zum anderen wiesen ihre Ergebnisse auch auf ein, dringend nötiges, höheres Alter des Universums hin. Die anderen Ergebnisse bei kleineren Skalen waren deswegen ja nicht plötzlich falsch. Der Unterschied war allerdings jetzt offensichtlich. Eine Differenz um Faktor 2, beim Alter des Universums, muss erstmal verdaut werden. Und das, obwohl keine von beiden Gruppen nachlässig gearbeitet hatte und immer nach besten Wissen und Gewissen geforscht hatte. Nur ihre Messmethoden und Untersuchungsobjekte waren unterschiedlich. Hier war mehr als ein Spagat nötig und man entschloss sich, wieder einmal, Nägel mit Köpfen zu machen.
Damit beide Gruppen Recht haben konnten, entschied man kurzerhand, dass die "Bremsung" der Expansion durch Gravitation, in Zukunft ersatzlos gestrichen wird. Stattdessen wurden die Daten dahingehend interpretiert, dass die Expansion des Universums nun beschleunigt von statten geht.

Mit den Worten eines Werbetexters...so leicht geht das...

Ende Teil eins.

(wird fortgesetzt)

Mit den besten Grüßen.
Ernst Ellert II.

Hallo zusammen und einen guten Tag.

Quo vadis, physica? die 4.
Warum konnte man "plötzlich" eine "beschleunigte" Expansion des Universums feststellen?
Die Hubblekonstante, oder wie alt ist unser Universum?
Teil zwei.

Was ist letztendlich "ungeheuer weit weg" gemessen worden?

Zum einen werden die Cepheiden-Messungen vorgenommen und zum anderen bedient man sich der Daten die bei der Beobachtung von Supernovae vom Typ 1a gewonnen werden. Die neuen und von den älteren Erkenntnissen sehr unterschiedlichen Ergebnisse werden aber nicht aufgearbeitet und die Ursachen für das auseinanderstreben untersucht, nein, wo denkt man hin, völlig ungerührt wird der dunklen Energie der schwarze Peter in die Schuhe geschoben. Vierzehn Jahrmilliarden gemütlich und gerade jetzt wo wir kucken, beginnt die Raum-Zeit es eilig zu haben, weil die dunkle Energie schuppst.
"Ach nein, was für ein Zufall" meinen Physiker die man dazu befragt. Jetzt wird doch wohl niemand schmunzeln, lächeln oder gar lachen? ...oder vielleicht doch?

Sie, die dunkle Energie, ist Schuld das die Expansion des Universums "urplötzlich" beschleinigt....was man auch nur zu gern bereit ist, ihr zu attestieren. Das hat sich auch als durchaus machbar erwiesen. Zwei Forschergruppen die mit ihrem Urteil, das beide Recht haben, übereinstimmen und ein Nature-Artikel von 1998 ergaben einen physikalischen Umsturz der sonst unter Umständen Jahrzehnte in Anspruch genommen hätte. Auch schön das es diesesmal keine Forscher gab die man hätte auseinander nehmen müssen ob ihrer falschen Ergebnisse. Dafür hatte jetzt die dunkle Energie ein anspruchsvolles Arbeitsfeld.

Was ist die dunkle Energie? Habe ich schon mal an anderer Stelle gefragt. Niemand weis das! Aber die Mathematiker haben viel zu rechnen. (siehe unten) Wie wirkt die dunkle Energie? Sie würde dafür sorgen, dass, wenn ein Stein nach oben geworfen wird, er nicht nach einer Parabel wieder zu Boden fällt, nein, dass nicht. Sie würde dafür sorgen das der Stein immer höher und vor allen Dingen immer schneller in den Himmel steigt. Sie würde ihn entgegen der Gravitation beschleunigen. Welch wundervolle Erfindung, die dunkle Energie. Warscheinlich staunt der Laie und der Fachmann wundert sich. Eine Energieform die in der Lage ist, die Gravitation umzukehren oder doch zumindest unwirksam zu machen? Oder Gravitation abschirmen? Das würde nur funktionieren wenn die Masse als Verursacher der Gravitation "verschwindet". Als reiner "Treibstoff" für die "Beschleunigung von allem" kann die dunkle Energie aber schlecht durchgehen.

Zusammenfassend kann man, oder muss man leider feststellen, dass die dunklen Zwillinge ihre Existens dem Umstand verdanken, dass etwas von der Gravitation und von den Sternentfernungen nicht richtig verstanden wird. Allerdings ist es ein Fehlschluss wenn man annimmt es würde weitergearbeitet um das unverstandene zu ergründen. Nein nicht doch, viel attraktiver ist es doch, neues zu schaffen. Neue flexibele Parameter, wie die dunkle Materie und die dunkle Energie, die es erlauben sich alles so zurechtzurechnen, wie man es haben möchte.

Das alles gipfelt momentan in Simulationen, welche mit immens großem Rechner-Aufwand, unser Universum seit seinem Anbeginn simulieren. 200 MegaParsec passen dabei zwischen acht Pixel und der Zuverlässigkeit halber werden die Berechnungen nur mit dunkler Materie und dunkler Energie voran getrieben. Am Ende, wenn die "zuverlässigen" Ergebnisse vorliegen, mit den dunklen Bestandteilen lässt es sich nun mal besser rechnen, werden dann die "lumpigen Reste" von baryonischer Materie als "künstlerische" Dreingabe hinzugefügt.

Hier zwei Auszüge aus
>>Nicht-Gaußsche Anfangsbedingungen in kosmologischen Vielteilchensimulationen<<
von Steffen Klemer / Institut für Astrophysik Göttingen / Georg-August-Universität Göttingen

Zitat:

3.1.3 Baryonische Materie
Simulationen der baryonischen Materie.
Die numerische Behandlung der stark nichtlinearen Hydrogleichungen wird scherzhaft als eher der Kunst, als den Naturwissenschaften zugehörig bezeichnet.

Zitat:

4.3 Indirekte Tests der Anfangsbedingungen
Die Gittergröße betrug 200 Mpc bei 256 ³ Gitterpunkten in einer WMAP7-Kosmologie. Die Simulationen wurden bei z=50 gestartet und die Massenfunktionen anschließend bei z=1 sowie z=0 ausgewertet. Sie wurden in Nyx ohne Verfeinerung des Gitters in einer reinen dunkle Materie Simulation berechnet. Die durchgeführten Tests sind als Funktionstest der Analysewerkzeuge zu verstehen und sollen zu einem späteren Zeitpunkt auch auf die modal generierten Felder angewendet werden.

Physik kann ja so einfach sein!

Quellen:
Zur parallaktischen Messung...
https://de.wikipedia.org/wiki/Parallaxe

Zu den Cepheiden...
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0608211

Zu den möglichen verschiedenen Hubblekonstanten...
https://www.cfa.harvard.edu/~dfabricant/huchra/
http://institute-of-brilliant-failures.com/

Zum "rumfummeln" an und "zurechtbiegen" von Erkenntnissen...
Simon Singh: Big Bang. Kap. 3
Hanser, München 2005, ISBN 3-446-20598-5
und dtv, München 2007, ISBN 978-3-423-34413-5

Zur Computersimulation.
http://www.noch-mehr-davon.de/data/dipl/klemer_stef...

Ende Quo vadis, physica? die 4.

(wird fortgesetzt)

Mit den besten Grüßen.
Ernst Ellert II.

Hallo Ernst,

wie sieht deiner Meinung nach eine gleichwertige oder bessere Alternative zur dunklen Energie aus? Gibt es aus seriösen Wissenschaftskreisen geeignete Vorschläge (außer z.B. die MOND-Hypothese, also noch eher unbekannte Alternativen)?

Beste Grüße

@ Ernst Ellert II

Bleib auf der Seite der Bestes Hoffenden!
Wenn die Faktoren noch nicht waren für zusätzliche Beschleunigung, konnten Sie nicht wirken.
Die Wissenschaftler haben viele Theorien im Angebot, welche dieses Universum, wie es ist, erklären sollen.
Wenn tatsächliche Versuche nicht möglich sind um den Ablauf der Entwicklung zu beobachten, sind Computersimulationen eine Möglichkeit eine Auswahl zu treffen unter den Thesen.
Wenn mit den Faktoren gespielt wird um das Passende Ergebnis zu generieren ist es ein Teil des Erkenntnisweges.
Danach kann erprobt werden wie diese Faktoren entstanden.
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Chaostheorie

Es wird sozusagen ermittelt was notwendig war, damit das Universum so ist, wie es ist!
Die Entwicklung zurückverfolgt.
Den Jetztzustand kann man sehen und messen aber was dazu führte muß mit Detektivarbeit ermittelt werden.

Wrentzsch schrieb in Beitrag Nr. 2031-18:

Die Wissenschaftler haben viele Theorien im Angebot, welche dieses Universum, wie es ist, erklären sollen. Wenn tatsächliche Versuche nicht möglich sind um den Ablauf der Entwicklung zu beobachten, sind Computersimulationen eine Möglichkeit eine Auswahl zu treffen unter den Thesen. Wenn mit den Faktoren gespielt wird um das Passende Ergebnis zu generieren ist es ein Teil des Erkenntnisweges. Danach kann erprobt werden wie diese Faktoren entstanden.
[...]
Es wird sozusagen ermittelt was notwendig war, damit das Universum so ist, wie es ist! Die Entwicklung zurückverfolgt.
Den Jetztzustand kann man sehen und messen aber was dazu führte muß mit Detektivarbeit ermittelt werden.

Hallo Wrentzsch,

dieser Sichtweise kann ich zustimmen, das war ein "lichter Moment" von dir.
Aber warum nur schreibst du sonst meistens Unverständliches und Irrwitziges?

M.f.G. Eugen Bauhof

Wenn ich auf anderem Weg zur Erkenntnis gelangen will, als Widerspruchlos die Lehrmeinung zu akzeptieren, ist es mein Weg.

 

Wrentzsch schrieb in Beitrag Nr. 2031-20:

 
Wenn ich auf anderem Weg zur Erkenntnis gelangen will, als widerspruchlos die Lehrmeinung zu akzeptieren, ist es mein Weg.

Unter der (aktuellen) Lehrmeinung versteht man das, was die Mehrzahl der Wissenschaftler (derzeit) für wahr hält.

Deswegen sollte, wer von der Lehrmeinung abweicht,  b e g r ü n d e n  können, warum er anderes für richtiger hält.

Fehlt solche Begründung, wird man ihn nicht ernst nehmen.