Ist die Sonne zusätzlicher evidenter Beweis für Quantenphysik?

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6 Antworten

Die Sonne hat im Kern viel höhere Drücke als in unseren Fusionsreaktoren möglich sind. Deshalb sind die in der Sonne auftretenden T emperaturen sehr wohl ausreichend. Man braucht zur Erklärung keine Tunneleffekt oder andere quantenmechanischen Tricks. Bei den herrschenden Drücken ist die Wahrscheinlichkeit für Fusionen gegeben, anders auf der Erde, wo vielfach höhere Temperaturen benötigt werden. Deshalb kann die Fusion in der Sonne nicht als Beweis für die Quantentheorie verwendet werden. Dankenswerter Weise hat user matz84 eine beeindruckende Liste besserer Argumente vorgelegt. Leider versucht user stey, der "immer weiß, worauf es ankommt", obwohl er nicht vom Fach ist, ohne jegliches Fachwissen dagegen zu argumentieren (ich bin vom Fach, Physik, und so alt wie er)

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Hallo,

im Prinzip hast du Recht. 

Erst die Quantenmechanik half den Leuten, die Vorgänge in der Sonne besser zu vetstehen. Der Tunneleffekt wurde sogar schon im 19.Jahrhundert gemessen, jedoch konnte man ihn nicht erklären. 

Es gibt eine Vielzahl von Beweisen für die Quantenmechanik.  Dass man jetzt auch die Sonne näher versteht, ist ein netter Nebeneffekt.

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Nun dacht ich mir nur so, das ist doch ein eindeutiger Beweis, dass Quantenphysik existent ist, und unsere bekannten empirischen physikalischen Gesetzte dort nur bedingt gelten. Einstein meinte jaa, " Gott würfelt nicht", aber wenn die paradoxe Wahrscheinlichkeit des Protons außerhalb seines Topfes nicht da wäre, würde die Sonne jaa nicht fusionieren, oder?

Ähm.. das klingt mir ja danach, als ob du garnicht weißt wie gut die Quantenphysik schon bestätigt ist.

Zunächst mal zum „Beweis“: Wie von Anderen hier schon richtig genannt wurde, „beweisen“ wir in der Naturwissenschaft nicht. Wir stellen Erklärungsmodelle (Theorien) auf, um Naturphänomene zu beschreiben. Diese werden im Experiment bestätigt oder (in ihrer aktuellen Form) widerlegt (was dann heißt, das Erklärungsmodell zu modifizieren, oder sich ein ganz neues ausdenken). Aber auch nach unzähligen Bestätigungen haben wir keinen endgültigen Beweis dafür, dass die Theorie absolut wahr ist. Einmal, da man dazu prinzipiell unendlich viele Bestätigungen bräuchte (da die Theorie, sollte sie allgemeingültig und wahr sein, unendlich viele Vorhersagen impliziert), und noch dazu können wir, auch im Falle der Bestätigung, nicht wissen ob es jenseits der Messgenauigkeit Abweichungen gibt.

Aber für neue Theorien gilt das Korrespondenzprinzip: Eine neue Theorie die eine alte ersetzt, muss überall dort wo die alte Theorie erfolgreich angewendet wird und bestätigt ist, (im Rahmen der Messgenauigkeit) dieselben Vorhersagen beibehalten. Das Erklärungsmodell dahinter kann ganz anders sein. Wie es sich auswirkt aber nicht.

Insofern sind bestätigte Theorien in ihrem Anwendungsbereich, wenn es um den Nutzen geht, die Natur mit Formeln zu beschreiben (und nicht die philosophische Wahrheit), durchaus endgültig „richtig“. So wird trotz der neuen bestätigten Theorien des 20. Jahrhunderts (Relativitätstheorie, Quantenphysik) auch weiterhin die klassische Physik gelehrt, die in ihrem Anwendungsbereich, wenn es um die Nützlichkeit (und nicht um „absolute Wahrheit“) geht, ja durchaus richtig ist.

Ein endgültiger Beweis, wenn es nicht um Nützlichkeit, sondern wirklich um „absolute Wahrheit“ geht, ist eben prinzipiell nicht möglich. Eine Bestätigung aber schon, und das ist eben das beste was wir tun können. „Hervorragend bestätigte Theorie“ ist daher der höchste Status, den ein Erklärungsmodell in der Wissenschaft überhaupt erreichen kann. Und das wird umgangssprachlich, oder auch von Physikern selbst (wenn sie es da nicht so genau nehmen), schonmal als „Beweis“ bezeichnet.

Und jetzt zur Quantenmechanik: Die Quantenmechanik ist natürlich schon bestätigt. Hervorragend bestätigt sogar. Wenn es dir darum geht, ob die Quantenmechanik bisher nur Spekulation und unbestätigte Vermutung ist, oder ob wir sie bereits in unzähligen Experimenten penibel genau bestätigt haben, so gilt natürlich der zweite Fall. Die Quantentheorie ist ja sogar das beste, was die Physik insgesamt überhaupt zu bieten hat.

„Nun dacht ich mir nur so, das ist doch ein eindeutiger Beweis, dass Quantenphysik existent ist,“

Abgesehen von der Problematik mit dem Wort „Beweis“ (siehe oben): Ja natürlich! Klar ist die Quantenphysik existent! Das ist aber auch nicht nur deswegen klar, es gibt unzählige weitere Bestätigungen der Quantenmechanik.

„und unsere bekannten empirischen physikalischen Gesetzte dort nur bedingt gelten.“

Ähm… die Gesetzte der Quantenphysik sind unsere bekannten empirischen physikalischen Gesetze!

Quantenmechanik ist in dieser Hinsicht nichts neues, unbekanntes oder mysteriöses! Sie ist schon längst ein alter Hut, sie wurde hauptsächlich in den 1920er Jahren entwickelt, der Grundgedanke geht auf das Jahr 1900 zurück. Und sie hat schon damals eingeschlagen wie eine Bombe, da man auch schon damals viele Naturphänomene kannte die man mit der klassischen Physik unmöglich erklären kann, mit der Quantentheorie aber hervorragend gut.

Die Gesetze der Quantenphysik sind schon lange bekannt, und sind auch empirisch in unzähligen Fällen hervorragend bestätigt.

Wir mögen in Zukunft vielleicht eine noch bessere Theorie haben, aber gemäß dem Korrespondenzprinzip muss die Quantentheorie als Grenzfall auch in der noch besseren Theorie enthalten sein, und bleibt daher in dieser Hinsicht dennoch „richtig“.

Problematisch wird es bei der Quantenphysik nur, wenn es an ihre philosophische Interpretation geht (da gibt es verschiedene Ansichten und es sind noch viele Fragen offen), aber an ihrem Erfolg bei der Beschreibung der Natur gibt es keine Zweifel. Und man hat Probleme, sich die quantenphysikalischen Effekte mit dem „gesunden Menschenverstand“ vorzustellen. Das ist aber kein wissenschaftliches Argument, hier sieht man einfach die Grenzen des „gesunden Menschenverstandes“. Die Experimente zeigen eindeutig, dass die quantenphysikalischen Effekte existieren.

„Einstein meinte jaa, " Gott würfelt nicht", aber wenn die paradoxe Wahrscheinlichkeit des Protons außerhalb seines Topfes nicht da wäre, würde die Sonne jaa nicht fusionieren“

Was bitte zählt hier Einstein? Das ist ja quasi ein Autoritätsargument hier. Dass Einstein an einigen Punkten zur Quantenmechanik irrte, ist schon lange bekannt (man denke nur an EPR-Paradoxon und Bellsche Ungleichung). Einstein war zweifellos einer der größten Physiker aller Zeiten und hat hervorragendes geleistet (neben der Relativitätstheorie gehen ja auch gerade einige der Grundgedanken der Quantenphysik (vor 1920) auf ihn zurück), das heißt aber nicht dass er überall und immer recht hatte. Gerade die Quantenmechanik (ab den 1920ern) hat Einstein nie wirklich akzeptiert, und da irrte er. Obwohl auch er ihre Erfolge nicht leugnen konnte, und daher annahm dass sie eine unvollständige Theorie ist („verborgene Variablen“), was aber auch nicht so stimmt (siehe Bellsche Ungleichung, was Einstein aber nicht mehr erlebte). Es gibt noch ein Haufen weitere Physiker, die man bei der Quantenmechanik eher zu Rate ziehen sollte als Einstein. Wobei letztendlich nie die Privatmeinung eines großen Physikers zählt, sondern das experimentelle Ergebnis; und heute wissen wir schon Sachen die auch die großen Begründer der Quantenmechanik (Heisenberg, Schrödinger, Bohr, Planck, Dirac, …) noch nicht wussten.

Also: Bestätigungen der Quantenphysik:

-Historisch der Beginn war: Wärmestrahlung/ Schwarzkörperstrahlung: die Formel die Planck 1900 herleitete kann klassisch nicht verstanden werden, hierher kommt der Grundgedanke dass Energie gequantelt ist („Quanten“…)

-Lichtquantenhypothese (Einstein 1905), Welle-Teilchen-Dualismus bei Licht, Bestätigung durch Photoeffekt oder Comptoneffekt

-Bohrsches Atommodell (Energie der Elektronen ist gequantelt), Bestätigung durch Atomspektren, Franck-Hertz-Versuch

-Materiewellen (de Broglie), Erweiterung des Welle-Teilchen-Dualismus auch für Materie, Bestätigung durch Doppelspaltversuch mit Elektronen

-damit begann dann in den 1920ern die Formulierung der eigentlichen Quantenmechanik (Schrödingers Wellenmechanik, Heisenbergs Matritzenmechanik; Unschärferelation)

-später kamen dann weiteres hinzu: Quantenfeldtheorie, Quantenelektrodynamnik, Quantenchromodynamnik, …

Wofür man die Quantenmechanik nun braucht bzw. was nur mit ihr erklärt werden kann?

-gesamter Aufbau der Materie! Der Aufbau von Atomen kann nur quantenmechanisch verstanden werden, Atomphysik= Quantenphysik! Und dann sind wir auch bei den Molekülen, warum Atome zusammenhalten (chemische Bindung) kann man nur quantenmechanisch verstehen. Mit der Quantenphysik beschreibt man den Aufbau von Atomen, der Elektronenhülle, kann das Periodensystem der Elemente herleiten, beschreibt die chemische Bindung. Daher basiert auch die gesamte Chemie auf der Quantenphysik (Quantenmechanik ist auch ein wichtiges Teilgebiet in der Physikalischen Chemie).

-wenn man weiter in den tieferen Aufbau der Materie vorstößt (Elementarteilchenphysik), das ist auch alles Quantenphysik.

-Festkörperphysik: Verhalten der Elektronen in Festkörpern (z.B. Beschreibung der elektrischen Leitfähigkeit), und damit letztendlich auch die technischen Anwendungen (digitale Elektronik, Computer). Alles Quantenphysik, dass z.B. dein Computer funktioniert ist eine Bestätigung der Quantenphysik.

-Licht kann zwar klassisch als elektromagnetische Welle nach den Maxwell-Gleichungen beschrieben werden, dass ist aber nicht alles. Nur mit der Quantentheorie kann man das Licht genauer beschreiben.

-Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie, Spektroskopie. Hier sind wir auch wieder z.B. in der Atom- und Molekülphysik, Atom-und Molekülspektren und allerlei spektroskopische Verfahren (z.B. IR-Spektroskopie, Ramanspektroskopie, Kernspinresonanz, …) kann man nur quantenphysikalisch verstehen. Auch Laser ist ein typisches quantenmechanisches Phänomen.

-Statistische Physik: Hier gibt es die Quantenstatistik, je nach ihrem Spin (einer quantenmechanischen Eigenschaft der Teilchen) teilt man Teilchen in Fermionen oder Bosonen ein, und anhand der quantenphysikalischen Gesetze müssen sich diese unterschiedlich verhalten. Durch allerhand erfolgreiche Anwendung der Fermi-Dirac (hier sind wir z.B. wieder in der Festkörperphysik, da Elektronen Fermionen sind) und Bose-Einstein-Statistik wird die Quantenphysik auch bestätigt. Und auch in der statistischen Thermodynamik greift man auf Ergebnisse der Quantenphysik zurück (z.B. bei der Translations-, Rotations- oder Schwingungs- zustandssumme eines id.Gases).

-Der Tunneleffekt, den du ja bei deiner Frage am Beispiel der Kernfusion in Sternen bringst, kommt auch in anderen Fällen vor: Z.B. wird der Alpha-Zerfall (-> Radioaktivität) mit dem Tunneleffekt beschrieben, und dann wird er auch im Rastertunnelmikroskop verwendet. Mit einer piezoelektrisch gesteuerten feinen Spitze nahe an einer leitenden Probe kann im Labor problemlos und sehr einfach ein Tunnelstrom gemessen werden, der klassisch nicht zu erklären ist. Der Tunneleffekt ist gut verstanden und wird im Labor auch ständig angewendet (und damit bestätigt), also: selbstverständlich ist Quantenphysik existent!

-und noch einiges mehr...

Da die Quantenphysik aber den Ruf hat, sehr kompliziert und schwer zu verstehen zu sein, dann noch "myteriös" zu sein, und ein Laie meist so gut wie nichts darüber weiß, eignet sie sich leider auch nahezu perfekt dazu, von Pseudowissenschaftlern und Scharlatanen missbraucht zu werden, was eben auch geschieht. So nutzen allerhand Pseudowissenschaftler und Scharlatane das Zauberwort "Quantenphysik", um ihrem Unsinn einen seriösen Touch zu geben (es bleibt aber dennoch derselbe Unsinn...).

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Kommentar von stey1954
16.12.2015, 12:49

@Matz84,

ich bin mehr als doppelt so alt, wie Du ! Ich sehe Sachen nur s/w und weiß immer, worauf es ankommt.

Den Anfang Deiner Antwort habe ich gelesen, weiter habe ich es nicht gekonnt, da ich eine kranke und behinderte Hündin habe. Aber, ich habe es "gescreenshotst" und werde mich melden, wenn ich Fragen habe. Nun habe ich eine, für Dich vieleicht wichtige Frage:

1. FRAGE: Die, von dir studierte Wissenschafft, hat ein Modell doch früher gehabt (um andere damaligen Modelle, brauchen wir uns nicht zu kümmern, da sogar Mathe auch verschiedene Modelle entwickeln muß, um voranzukommen), wonach der Mond durch einen Planeten (Theia) aus der Erde entstanden ist, oder irre ich mich in dieser Hinsicht???

Wenn ich aber Recht habe und sich dieses Modell, später durch vom Mond mitgebrachte Gesteine (immerhin um 320kg (?)), bestätigt hatte, wie so sind, noch immer, Deine Berufskollegen damit einverstanden, sich mit der Berufsbezeichnung: "staatlichgeprüfter und privatinvestierter Hellseher" abzuspeisen? Ihr habt was postuliert, hat sich als Tatsache erwiesen, also, würde ich nicht sagen, daß dies von Hellsehern "hervorgesagt wurde"! Wenn dies so wäre, dann basieren über 80% menschlicher Wissenschaften  auf Vorhersagen, es geht nicht irgendwas zu beweisen - ohne zu vermuten, welche Richtung überhaupt eingeschlagen werden muß.

Lerne bitte solchen Quatsch zu dementieren. Du bist kein Hellseher, basta! Solche Behauptungen bringen Deinen Gangen Berufsstand in Verruf!!!! Sag bitte, so was nie wieder. Sogar ich fühle mich beleidigt und mit Deinem Beruf habe, ich Gott weiß, nichts zu tun!

Sie ruft! lG. <(●_●)> Pippa & Rozina 

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Nein. Es gibt keine Beweise in den Naturwissenschaften. Die Quantenphysik oder Quantenmechanik wurde eingeführt, weil bestimmte Experimente und Beobachtungen Resultate lieferten, die nicht mit den bisherigen Modellen vereinbar waren. Man konstruierte deshalb das Modell Quantenmechanik, stellte Bedingungen und Forderungen und wollte, dass beim Übergang in die makroskopische Welt die Quantenmechanik in die klassische Mechanik übergeht.

Was genau in der Sonne passiert, wissen wir nicht. Wir haben Modelle, die die Sonne gut erklären und deren Resultate gut mit den Beobachtungen übereinstimmen.

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Kommentar von weckmannu
05.01.2016, 12:27

"was genau passiert wissen wir nicht" -- wenn die Beobachtungen üereinstimmen, muß man davon ausgegehen, daß die Modelle die Realität gut beschreiben. Also weiß man doch recht genau, was passiert.

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In den Naturwissenschaften wie Physik geht es nicht darum, Theorien zu beweisen. Man kann Theorien gar nicht beweisen. Man kann eine Theorie aber durch Experimente der Beobachtungen untermauen, also plausibler machen und dein Beispiel ist ein solcher Fall.

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Im Prinzip hat Du recht, wenngleich es nicht ganz scharf und sauber formuliert ist.

Die Sonne strahlt Energie ab, das ist nicht zu  bezweifeln. Diese Energie muß irgendwo herkommen, und das muß erklärt werden. Nie­mand hat je eine gute Idee gehabt, wie die Sonne so viel Energie pro­duzie­ren kann. Die naïve Vor­stellung, sie wäre einfach ein Haufen Braunkohle, der vor sich hin­glimmt, wurde im 19. Jahr­hundert pulverisiert, als man verstand, daß das Sonnen­system älter als nur ein paar Tausend Jahre ist.

Das änderte sich erst, als die Quantenphysik entwickelt wurde. Mit diesem sehr impressiven Theorie­gebäude konnte man nicht nur eine qualitative Erklärung geben (Kerne fusionieren), sondern man kann damit auch viele, viele Details quantitativ berechnen — zum Beispiel den Druck (der letztlich die Größe der Sonne festlegt), oder die Zahl der abgestrahlten Neutrinos.

Da steckt noch viel mehr drin als nur der Tunneleffekt (den könnte man viel einfacher im Labor nachweisen). Da braucht man z.B. Quanten­chromo­dynamik, um zu verstehen,  warum bei der Fusion überhaupt Energie frei wird. All die vielen Einzelteile der Theorie werden dadurch bestätigt, daß die Zahlen, die man für die Sonne berechnet, zu den Messungen passen.

„Bestätigt“ ist dabei natürlich, wie immer in der empirischen Natur­wissen­schaft, nur relativ zu sehen. Wir wissen ja, daß unsere Theorien unvoll­ständig und daher streng genommen falsch sind. Aber die passen eben sehr gut zur Natur.

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