Wie sind die Erkenntnisse der Physik überhaupt möglich?
z.B. das es einen Urknall gab und das man weiß das sich das Universum immer schneller ausdehnt...
Ich blick da überhaupt nicht durch wie sind solche Erkenntnisse überhaupt möglich?
6 Antworten
Nach meiner Meinung werden die Folgerungen die zur Theorie des Urknalls und der Expansion des Universums geführt haben in den Wikipedia Artikeln hervorragend erläutert:
https://de.wikipedia.org/wiki/Urknall
https://de.wikipedia.org/wiki/Expansion_des_Universums
Dazu sollte man vielleicht noch wissen, was unter einer wissenschaftlichen Theorie zu verstehen ist. Das ist insbesondere in der Physik nämlich nicht das was man umgangssprachlich unter dem Begriff versteht (also eine vage Vermutung über Sachverhalte, ohne konkreten Hintergrund), sondern das handfesteste was es in der empirischen Wissenschaft gibt. Wird ein Sachverhalt nur vermutet, so spricht die Physik von einer Hypothese. Ausgehend von der Hypothese wird nun zunächst ein physikalisches Modell konstruiert. Dieses Modell besteht im Wesentlichen aus Mathematik. Es beschreibt Inputparameter und Outputs, die bei diesen Inputs zu erwarten sind. Ein einfaches Beispiel für ein solches Modell ist die aus der Gravitationstheorie abgeleitete Fallgeschwindigkeit von Objekten auf der Erde, die unter Vernachlässigung des Luftwiderstandes durch die Gleichungen des freien Falls beschrieben werden kann. Dieses mathematische Modell wird nun durch Beobachtungen und Experimente überprüft und entweder bestätigt oder widerlegt (z.B. indem man beim Thema Fallgeschwindigkeit verschiedene Objekte aus verschiedenen Höhen fallen läßt und die Fallzeit misst). Wird es widerlegt so muß entweder ein neues, verbessertes Modell her oder die Hypothese wird gleich ganz verworfen. Wird es mehrfach und unabhängig voneinander bestätigt, so kann man von einer physikalischen Theorie sprechen.
Eine physikalische Theorie beschreibt NICHT "die Wahrheit". Sie ist zunächst einmal nur die bestmögliche bekannte Annäherung an die Wahrheit. Es kommen immer neue Erkenntnisse hinzu, die zugrundeliegenden Modelle werden verfeinert und verbessert. Manchmal wird auch eine Theorie durch eine neue ersetzt. Da bereits die alte Theorie viele Beobachtungen gut erklären konnte, sollte die neue Theorie die alte als einen Grenzfall enthalten. So passierte es zum Beispiel als die Newton'sche Gravitationstheorie durch die Allgemeine Relativitätstheorie ersetzt wurde. Die Newtonschen Gleichungen bleiben bei kleinen Massen und kleinen Geschwindigkeiten im Rahmen der üblichen Messgenauigkeiten weiterhin gültig und sie folgen aus den neuen, erweiterten Gleichungen der Relativitätstheorie.
In dieser Hinsicht sind auch die Theorie vom Urknall und von der Expansion des Universums physikalische Theorien. Es ist nicht ausgeschlossen dass sie in irgend einer Zukunft durch neue, bessere Erkenntnisse ersetzt werden, aber sie stellen derzeit das dar was man als "Stand der Wissenschaft" bezeichnet.
Die Erkenntnisse der Physik entstehen Schritt für Schritt.
Ein Beispiel:
- Die Sonne besteht aus Wasserstoff und das wissen wir, ohne je dort gewesen zu sein.
- Das fing damit an, dass ein Wissenschaftler fest stellte, dass verschieden Elemente spezifische Flammenfärbungen ergeben. In der Chemie ist das bis heute ein Teil der Differenzierung in den Nachweismethoden.
- Diese "Flammenfärbungen" sahen sich die Physik immer genauer an und entdeckte, dass im Besonderen die Elemente eindeutige Linienspektren ergeben. Daran wurde immer weiter geforscht und aus den "Feinlinien" sind letztendlich die Modelle der Atomphysik entstanden.
- Aus dem Licht der Sonne konnten wir anhand der Linienspektren ableiten, dass die (leuchtende Oberfläche) hauptsächlich aus Wasserstoff besteht.
Aus Etwas, was wir in mehreren Laboren quer über die Welt nachvollziehbar, beobachten, können wir zu einem Modell erweitern bzw. eine Theorie, also ein belegtes System wissenschaftlich begründeter Aussagen, das geeignet ist, Gesetzmäßigkeiten zu erklären und Prognosen über die Zukunft zu erstellen, aufstellen.
Und von irdischen Beobachtungen kommst Du schrittweise auch bis zur Urknalltheorie. Massenanziehung → attraktives System von Planeten mit Sonne im Zentrum → Bewegung des Fixsternhimmels/Entfernungsmessungen durch Voreinschneiden → Galaktische Objekte, wie Nebel → Nebelspektren → Beobachtung weiterer Wellenlängen → Hintergrundstrahlung und Kern der Galaxien sowie Bewegung der Galaxien → Beobachtete Expansion → Urknalltheorie. Um das Mal in einem Par-Force-Ritt zu skizzieren.
Dabei noch: Ein Modell beschreibt immer genau das, wofür es gemacht wurde. Es hat also auch Grenzen. Und: Wir setzen voraus, dass die Physik im gesamten Universum gleich gilt. Das können wir nicht nachweisen, bisher passen unsere Beobachtungen aber einfach zu gut, um etwas anderes sagen zu können.
Der Urknall ist eine Theorie.
Und um festzustellen, dass sich etwas ausdehnt, muss man es nur beobachten.
Physik besteht am Anfang eigentlichnur aus Beobachtungen.
Bei der theoretischen Physik arbeitet man zunächst mit Theorien. Diese werden dann anhand von Beobachtungen am realen Universum geprüft und die praktische Physik versucht dann diese Theorien anhand von Experimenten zu beweisen oder zu widerlegen. Auch unbewiesene/teilweise bewiesene Theorien können hilfreich sein, solange sie akzeptable Voraussagen ermöglichen und noch nicht widerlegt wurden. Man darf nicht vergessen, dass die Beobachtungsmöglichkeiten mittlerweile sehr effizient sind. Mit Teleskopen und Spektralanalysen kann man extrem vieles im Universum beobachten und auswerten. Bei solchen Größenverhältnissen kann man quasi auch weit in die Vergangenheit sehen, weil uns Licht von entfernten Punkten erst nach Millionen oder Milliarden Jahren erreicht. So ließ sich z.B. das Alter des Universums auf etwa 13,8 Milliarden Jahre bestimmen.
Erkenntnisse der Physik gelten nur solange, bis sie widerlegt werden. Man hat z.B.lange angenommen, dass sich die Sonne um die Erde dreht. Genauso verhält es sich mit der Urknall-Theorie. Es gibt viele Veröffentlichungen, welche diese Theorie in Zweifel ziehen.
Eigentlich nicht meine Baustelle ... sehe es aber so, dass Erkenntnisse nicht widerlegt werden ("heute so, morgen so") sondern durch bessere Erkenntnisse ersetzt werden. Man kann auch heute noch den Umlauf der Sonne um die Erde berechnen.
Und ich bin überzeugt, viele zweifeln zu Recht daran, dass das gesamte Universum in einen Tennisball passt. Nur fehlt ein Kopernikus oder Einstein, der sagt, eh Kinders, ich hab' da eine Idee ...