Was wissen wir über Physik und das Universum
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pumuckl schrieb:
Die Experimentalphysik hinkt der theoretischen Physik immer weiter hinterher. Das Higgs-Boson, das man vor kurzem erstmals nachgewiesen hat, ist z.B. vor über 50 Jahren theoretisch vorhergesagt worden. Erst heute weiß man, dass das Modell von damals (auf dem seit 50 Jahren weitere Modellschichten wuchern), auch wirklich passt.
Das ist so allerdings nicht ganz richtig. Das Higgs-Boson wurde bisher noch nicht nachgewiesen, lediglich die Wahrscheinlichkeit es zu finden wurde von den Wissenschaftlern nach heutigem Technikstand erhöht.
Wobei die ganze Diskussion hinfällig ist. Eine Bewertung unseres Wissens ist ganz einfach nicht möglich, da unser Wissen auch einfach schlicht weg falsch sein könnte. - Wir nehmen ja auch an, das Naturgesetze die auf der Erde gelten im restlichen Universum ebenfalls gelten, dem muss aber so nicht sein.
Um unser Wissen zu bewerten bräuchten wir genau einen Zustand: Wir müssten alles wissen. - Und selbst wenn wir alles wissen, heißt es nocht nicht, das wir wissen, das wir alles wissen.
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inflames2k schrieb:
Das ist so allerdings nicht ganz richtig. Das Higgs-Boson wurde bisher noch nicht nachgewiesen, lediglich die Wahrscheinlichkeit es zu finden wurde von den Wissenschaftlern nach heutigem Technikstand erhöht.
Und die Wahrscheinlichkeit ist nach heutigem Techniksstand hoch genug, dass man von einem Nachweis reden kann.
Seit 50 Jahren rechnet man recht erfolgreich damit. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Higgs in kommenden Untersuchungen wieder rausfällt dürfte weit geringer sein als dass die Wahrscheinlichkeit für dessen Existenz weiter erhöht wird.
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Kann man nicht zu allem was man beobachtet beliebig viele Modelle aufstellen die dies erklären? Ich dachte Physik funktioniert so, dass man einfach das einfachste Modell annimmt und dieses dann, wenn man neue Beobachtungen macht, gegebenenfalls anpasst. Aber so wie du das erklärst hört sich die theoretische Physik eher wie Esoterik an, wo man einfach willkürlich irgendetwas annimmt und teilweise darauf aufbauend immer mehr Dinge dazu spinnt.
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Das trifft doch das aktuelle wissenschaflicht Prinzip sehr gut. - Nehmen wir Beispielsweise die Stringtheorie. Es gibt keinen Hinweis darauf, das diese überhaupt nur Ansatzweise zutrifft und dennoch wird sie verfolgt.
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Ich denke nicht, dass wir jemals alles wissen werden.
Alles durch "alles, was wir verstehen können" zu ersetzen, ändert daran überhaupt nichts. Sobald man einen weiteren Erklärungsansatz hat, wirft der sowieso weitere Fragen auf. Man kann ewig forschen und wird immer vorankommen, aber es wird stets Weiteres zu forschen geben...
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Vielleicht kann man in Relevanzkategorien schätzen. Wieviel Wissen über Biochemie und Physik brauchen wir um unsere Seelen von unserem Körper zu separieren (damit wären schonmal Krankheiten und Verletzungen, sowie Hässlichkeit und altersbedingter Tod vorbei)? Wann werden wir wissen, was wir zu wissen brauchen ?
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Sone schrieb:
Vielleicht kann man in Relevanzkategorien schätzen. Wieviel Wissen über Biochemie und Physik brauchen wir um unsere Seelen von unserem Körper zu separieren ...
das aktive separieren der Seele vom Körper ist doch ganz einfach. aber nach den Strafgesetzbuch nicht erlaubt.
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inflames2k schrieb:
Das trifft doch das aktuelle wissenschaflicht Prinzip sehr gut. - Nehmen wir Beispielsweise die Stringtheorie. Es gibt keinen Hinweis darauf, das diese überhaupt nur Ansatzweise zutrifft und dennoch wird sie verfolgt.
Och, eigentlich kann man die Stringtheorie ganz gelassen sehen...
Die wurde jetzt ein paar Jahrzehnte verfolgt, weil man sich davon einiges erhofft hat. Jetzt ist es aber natürlich so, dass Erweiterungen einer Theorie mit der Zeit immer schwieriger werden, weil einfach immer mehr schon da ist. Ebenso wird der Einstieg in so eine Theorie immer schwieriger. Das heißt, die Hürde, Stringtheorie zu betreiben, wird mit der Zeit immer höher. Gleichzeitig scheinen aber die Hoffnungen, die man damit verbindet, immer weiter zu schwinden. Und Stringtheorie wird auch nicht mehr so aggressiv populär vertreten, wie es noch vor 10 Jahren oder so der Fall war.
Letztendlich denke ich deshalb, dass eine Idee, die keinen Erfolg hat, mit der Zeit an Reiz verliert. Wenn die Stringtheorie auf Dauer keine Erfolge aufweisen kann, dann wird sie mit der Zeit einfach in Vergessenheit geraten. Ich denke, wenn es keine wirklich neuen Impulse in der Stringtheorie gibt, dann hören wir in 20 Jahren kaum noch etwas davon. Das Medieninteresse hat bezüglich Stringtheorie zumindest schon abgenommen. Das einzig traurige daran ist dann, dass einige sehr schlaue Menschen sehr viel Zeit in so eine Theorie gesteckt haben, letztendlich aber nichts dabei herauskommt.
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pumuckl schrieb:
Mit ausgesponnen meine ich dabei nicht, dass sich wie ab und an hier im Forum jemand völlig abstruse Ideen aus dem Joint zaubert
Ach, wo Du schon das Stichwort gibst...
Ich habe ja von diesen ganzen kosmologischen Dingen, von der Teilchenphysik, oder auch von Quantenfeldtheorie praktisch keine Ahnung, damit habe ich also alle Voraussetzungen, um mir in den Bereichen völlig abstruse Ideen aus was auch immer zu zaubern.
...dann wollen wir mal...
Dunkle Materie braucht man ja, weil sich die Galaxien in den Außenbereichen zu schnell drehen. Aber jetzt frage ich, wie man sich eigentlich eine Kraftübertragung durch virtuelle Austauschteilchen vorstellen sollte. Nehmen wir mal die elektromagnetische Wechselwirkung als Beispiel...
Gedanklich ist es glaube ich so, dass elektromagnetisch wechselwirkende Teilchen andauernd virtuelle Photonen aussenden, mit denen die Kraft letztendlich übertragen wird. Die Photonen werden völlig gleichberechtigt in jede Richtung ausgesendet. Und dann kann man sich überlegen, dass sie sich in einem Abstand von r vom Ausgangsteilchen auf eine Fläche verteilen, die proportional zu r^2 ist. Diese Proportionalität sieht man auch im Kraftgesetz zur elektromagnetischen Kraft: Dies Kraft ist proportional zu Ladung_1*Ladung_2/r^2.
So, was man ja jetzt bei den Galaxien beobachtet ist, dass die Zentripetalkraft in den Außenbereichen stärker ist, als man sie durch die Masse im Inneren rechtfertigen kann. Jetzt erspinnen wir uns mal eine Quantenfeldtheorie der Gravitation, die mit irgendwelchen Gravitonen als Austauschteilchen funktioniert (wobei mir klar ist, dass das so einfach nicht funktioniert, da es zu Widersprücken führt). Im Prinzip würde man davon ausgehen, dass diese Gravitonen, ähnlich wie die Photonen bei der elektromagnetischen Wechselwirkung gleichberechtigt in alle Richtungen ausgesendet werden. Aber was wäre denn, wenn die Gravitonen selbst wieder von Masse oder von anderen Gravitonen angezogen werden würden und das auf großen Längenskalen sichtbar wird?
Die typische Galaxie ist relativ flach, praktisch eine Scheibe. Wenn es so eine Wechselwirkung der Gravitonen mit anderen Teilchen geben würde, dann würden Die Gravitonen, die in einem hohen Winkel zur Ebene der Scheibe ausgesendet werden, würden in einem Bogen wieder zu der Galaxie zurückkommen. Im Lokalen würde dann weiterhin gelten, dass die Gravitonen praktisch in alle Richtungen gleichberechtigt ausgesendet werden würden und somit zum Gravitationsgesetz passen, was die Proportionalitäten bezüglich der Abhängigkeit von der Entfernung betrifft. Dadurch, dass die Gravitonen aber selbst zur Galaxie hingezogen werden, sieht das ganze auf einer größeren Skala ganz anders aus. Dort verteilen sich die Gravitonen, die so ausgesendet werden, dann größtenteils innerhalb der Scheibe. Sie breiten sich also nicht in einem dreidimensionalen Raum aus, sondern nur in einem mehr oder weniger zweidimensionalen Raum. Dann verteilen sie sich in einem Abstand r nicht mehr auf einem Kugelrand der mit r^2 anwächst, sondern auf einem Kreisrand, der nur mit r anwächst. Dadurch würde ein Gravitationsgesetz für so einen Fall also nur noch proportional zu 1/r oder etwas ähnlichem sein und man hätte die stärkere Zentripetalkraft ganz ohne irgendeine dunkle Materie. Warum sollte das nicht so funktionieren?
Ich bin mal gespannt, wer diese super Idee toppen kann.
PS: Ich glaube, ich sollte diese geniale Idee massiv vertreten. Vielleicht kriege ich dann demnächst den Milner Preis.
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@Gregor: Das ist nicht abstrus! In der ART wirkt Gravitation auf Gravitation! Eine Quantentheorie der Gravitation muss das natürlich widerspiegeln
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SeppJ schrieb:
@Gregor: Das ist nicht abstrus! In der ART wirkt Gravitation auf Gravitation! Eine Quantentheorie der Gravitation muss das natürlich widerspiegeln
Solche Ideen MÜSSEN abstrus sein.
Wie gesagt, ich habe von den Themen keine Ahnung. Die einzige Motivation für die Idee ist, dass ich mal so ne Kurve da gesehen habe und mir dazu ein bisschen Traumphysik ausgedacht habe. Das ist eine ähnliche Datenlage, wie sie andere Leute mit abstrusen Ideen haben. ...nämlich praktisch gar keine. Ich gehe davon aus, dass diese Idee einem Vergleich mit den tatsächlichen Beobachtungen einfach nicht standhalten würde und zudem jede Menge inherente Probleme hat, wenn man genauer hingucken würde. Wie gesagt: Eine Quantenfeldtheorie der Gravitation ist alleine schon problematisch.Und: Die Idee ist eigentlich derart naheliegend, dass sie längst verfolgt worden wäre, wenn sie erfolgsversprechend wäre. Kennst Du solche Ansätze? Ich nicht.
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Es gibt keine funktionierende Theorie der Quantengravitation, deshalb sind Überlegungen mit Gravitonen immer problematisch. Und wie SeppJ schon sagte ist die Selbstwechselwirkung der Gravitation in der ART schon eingebaut. In einer Quantenfeldtheorie kann man also Vertizes in den Feynmandiagrammen malen, die so aussehen.
Darüber hinaus muss die dunkle Materie ja nicht nur die Rotationskurve erklären, sondern auch unter anderem das CMB power spectrum, matter power spectrum und ganz wichtig, den Bullet Cluster. Kürzlich gab es noch eine weitere Beobachtung, die große Probleme für alle möglichen Versionen von modifizierter Gravitation darstellt (Nature Zitation am Ende). Nicht aber für dunkle Materie.
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Mr.Fister schrieb:
Darüber hinaus muss die dunkle Materie ja nicht nur die Rotationskurve erklären, sondern auch unter anderem das CMB power spectrum, matter power spectrum und ganz wichtig, den Bullet Cluster. Kürzlich gab es noch eine weitere Beobachtung, die große Probleme für alle möglichen Versionen von modifizierter Gravitation darstellt (Nature Zitation am Ende). Nicht aber für dunkle Materie.
Für jemanden, der nicht aus diesen Bereichen der Physik kommt und maximal ein ganz naives Verständnis der dortigen Vorgänge hat, erscheint dunkle Materie wie eine Art Fitting-Parameter. Aber eigentlich nichtmal das, sondern eher ein "Fitting-Feld". Praktisch eine Eigenschaft des Raums, die man ortsabhängig so setzt, dass sie zu den Beobachtungen passt. Insofern wundert es mich nicht, dass man mit dunkler Materie problemlos praktisch alles auf diesen Größenskalen erklären kann.
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Wie meinst du das? Man postuliert, dass es Materie gibt, die höchstens schwach wechselwirkt. Das erklärt so ziemlich alle Beobachtung. Die ART ist extrem gut getestet in allen Bereichen die wir beobachten können und die einzige logische Konsequenz aus einigen vernünftigen Annahmen. Und die willst du so mir-nichts-dir-nichts ändern? Fändest du es besser, für jede Beobachtung die man findet, eine neue Theorie aufzustellen? ART+DM erklärt doch alles.
Davon mal abgesehen kannst du ja mal gerne erläutern, warum alle Elementarteilchen entweder leicht sein (<1eV) oder elektromagnetisch wechselwirken müssen. Die Vorstellung, dass dem nicht so sein könnte, scheint dir ja aus irgendwelchen Gründen nicht so zu behagen.
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"Ich weiß, das ich nichts weiß." (Sokrates)
und noch nicht mal wieviel wir nicht wissen.
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Prof84 schrieb:
"Ich weiß, das ich nichts weiß." (Sokrates)
Der hätte das aber mit zwei s geschrieben.
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Mr.Fister schrieb:
Wie meinst du das? Man postuliert, dass es Materie gibt, die höchstens schwach wechselwirkt. Das erklärt so ziemlich alle Beobachtung. Die ART ist extrem gut getestet in allen Bereichen die wir beobachten können und die einzige logische Konsequenz aus einigen vernünftigen Annahmen. Und die willst du so mir-nichts-dir-nichts ändern? Fändest du es besser, für jede Beobachtung die man findet, eine neue Theorie aufzustellen? ART+DM erklärt doch alles.
Davon mal abgesehen kannst du ja mal gerne erläutern, warum alle Elementarteilchen entweder leicht sein (<1eV) oder elektromagnetisch wechselwirken müssen. Die Vorstellung, dass dem nicht so sein könnte, scheint dir ja aus irgendwelchen Gründen nicht so zu behagen.
Du schätzt mich da falsch ein. Ich bin gegenüber DM nicht ablehnend, sondern höchstens skeptisch. Und vermutlich basiert die Skepsis zu einem großen Teil auf Unwissen. Einfach, da ich mit dem Bereich der Physik nichts zu tun habe.
Woher weiß man eigentlich, wo wie viel dunkle Materie ist? Kriegt man das über Messungen? Also, um es mal anders auszudrücken: Stellt man über Messungen fest, wie viel dunkle Materie in einem Gebiet sein muss, damit ein konsistentes Bild für die ART entsteht? Oder hat man eine Theorie, die das gut vorhersagt? Und wenn man eine Theorie hat: Wie kann man eine Theorie davon haben, wenn man eigentlich gar nicht weiß, was dunkle Materie ist?
Du führst WIMPs als Kandidaten für dunkle Materie an. Gegen die Idee von WIMPs habe ich nichts. Eigentlich ist es eine enorm attraktive Idee. Der einzige Kritikpunkt ist wohl, dass man bisher keine WIMPs mit irgendeinem Teilchenbeschleuniger erzeugt hat. Auch am LHC sieht man bisher anscheinend nichts davon. Zumindest ist bisher nichts in der Art an die Öffentlichkeit gelangt.
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Gregor schrieb:
Woher weiß man eigentlich, wo wie viel dunkle Materie ist? Kriegt man das über Messungen? Also, um es mal anders auszudrücken: Stellt man über Messungen fest, wie viel dunkle Materie in einem Gebiet sein muss, damit ein konsistentes Bild für die ART entsteht? Oder hat man eine Theorie, die das gut vorhersagt? Und wenn man eine Theorie hat: Wie kann man eine Theorie davon haben, wenn man eigentlich gar nicht weiß, was dunkle Materie ist?
Zuerst viel die DM auf, als man einen Galaxiehaufen beobachtete. Die Masse der Galaxien war zu gering und die Geschwindigkeit der einzelnen Galaxie war zu hoch als das das alles nur mit der beobachtbaren Masse zusammenhalten könnte.
Später hat man das auch in einzelnen Galaxien und Galaxiesuperhaufen entdeckt. Überall musste mehr Masse sein als man tatsächlich sehen konnte, um deren Verhalten erklären zu können.Mittlerweile konnte man sie auch anderweitig belegen. Zum Beispiel krümmt Masse ja den Raum. Es entsteht eine Gravitationslinse. So ist zum Beispiel dieses Bild eines Galaxiehaufens entstanden (oder auch das hier), dass dessen Masseverteilung zeigt. Und wenn man dann in den anderen Spektren nachsieht und nirgends etwas sieht, dann ist das DM. (Staub würde zwar auch recht erfolgreich sichtbares Licht abblocken, aber aufgrund der Sternentstehungsprozesse im inneren Wärme abstrahlen)
Und es ist ja nicht ein wenig mehr Masse, die man annimmt und vll durch Rechenfehler begründet werden könnte. Man geht davon aus, dass der großteil der Masse im Universum in der DM steckt
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@zwutz: Was Du da beschreibst, ist Fitting, aber nicht Vorhersage. Im Prinzip brauchst Du mehrere Experimente bzw. Effekte, die Du beobachtest. Du musst Effekt A nutzen, um zu bestimmen, wie viel dunkle Materie in einem Gebiet wie verteilt ist und dann machst Du auf dieser Grundlage Vorhersagen fuer die Effekte B (und vielleicht auch C und D). Es kann sein, dass das einfach noch nicht bei mir angekommen ist, aber ich habe von derartigen Vorhersagen mit dunkler Materie noch nichts gehoert. In den Meldungen, die man zur dunklen Materie liest, hoert es sich meistens so an, dass man einen Effekt sieht und dann sagt, dass der sehr gut verstaendlich ist, wenn man vom Vorhandensein von dunkler Materie ausgeht. Naja, vielleicht lese ich auch zu einseitig Artikel, die in die andere Richtung gehen, weiss nicht.
In letzter Zeit habe ich auf irgendwelchen Science-News-Seiten vor allem gelesen, dass Vorhersagen bezueglich der Menge an dunkler Materie in einem gegebenen Gebiet nicht passen. Zum Beispiel:
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/10/111017124344.htm
Our measurements contradict a basic prediction about the structure of cold dark matter in dwarf galaxies. Unless or until theorists can modify that prediction, cold dark matter is inconsistent with our observational data
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120809090423.htm
Astronomers at the University of Zürich and the ETH Zürich, together with other international researchers, have found large amounts of invisible "dark matter" near the Sun. Their results are inconsistent with the theory that the Milky Way Galaxy is surrounded by a massive "halo" of dark matter
[...]
For decades after Oort's measurement, studies found 3-6 times more dark matter than expected. Then last year new data and a new method claimed far less than expected.
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120425094352.htm
Astronomers from the University of Bonn in Germany have discovered a vast structure of satellite galaxies and clusters of stars surrounding our Galaxy, stretching out across a million light years. The work challenges the existence of dark matter, part of the standard model for the evolution of the universe.
[...]
The various dark matter models struggle to explain this arrangement.
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120418111923.htm
The most accurate study so far of the motions of stars in the Milky Way has found no evidence for dark matter in a large volume around the Sun.
(Ok, bezueglich der letzten Arbeit wurde AFAIK im Nachhinein gesagt, dass Fehler gemacht wurden.)
Zumindest hoert man durchaus haeufiger von Inkonsistenzen die im Zusammenhang mit dunkler Materie existieren. Im Prinzip ist es klar, dass es Inkonsistenzen geben muss. Schliesslich handelt es sich um eine Forschungsfront, also um ein Gebiet, in dem man noch nicht alles weiss und somit auch noch nicht alles umfassend erklaeren kann. Aber irgendwie hat das fuer einen naiven, externen Beobachter einen schlechten Beigeschmack: Man fragt sich, wie inkonsistent die Beobachtungen zur dunklen Materie insgesamt eigentlich sind und wie viel man in dem Bereich wirklich weiss.
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Klar gibt es Inkonsistenzen. Die Dunkle Materie erforscht man ja noch und es werden immer wieder neue Entdeckungen gemacht, die zu einer Anpassung führen, wie du ja selbst sagst. Gerade die Bonner Studie hat sich aber etwas zu viel aus ihrer Entdeckung gemacht und gleich davon geredet, dass die DM widerlegt sei, was natürlich nicht stimmt. Nur weil das aktuelle Modell nicht passt ist nicht gleich die Theorie widerlegt. Dafür erklärt sie die Beobachtungen zu gut.
Und der Gravitationslinseneffekt ist für etwas, dass man nicht sehen kann, ein recht direkter Nachweis. Auch schwarze Löcher kann man nur so entdecken (bzw. konnte, mittlerweile hat man glaub ich auch andere Wege gefunden)
Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass das aktuelle Gravitationsmodell keine Fehler mehr enthält und für einige Unstimmigkeiten sorgt. Aber derzeit geht man eher davon aus, dass selbst wenn, die DM trotzdem noch ihre Berechtigung hat.
Derzeit versucht man auch, DM innerhalb von Sternen mit Hilfe von Astroseismologie nachzuweisen (wenn es DM gibt, dann auch innerhalb von Sternen, wo sie ein etwas anderes Verhalten verursachen würde als man ohne sie erwartet). Zumindest die theoretische Grundlage dazu hat man schon geschaffen
Ein andere Nachweis ist auch, dass sich die DM-Partikel auslöschen, wenn sie sich treffen, und dabei beobachtbare Strahlung abgeben.
Und zu guter Letzt versucht man den Nachweis in Partikeldetektoren. Einer, der speziell auf WIMPs ausgelegt ist, hat 2009 auch ein paar interessante Daten gefunden (http://derstandard.at/1259282281775/Dunkle-Materie-gefunden)
Oh und zu guter Letzt:
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2012/02/die-dunkle-materie-ist-keine-erfindung.php
