die lösungen der Einsteingleichungen die einem schwarzen loch entsprechen erhältst du wenn du materie auf einen kleinen raum komprimierst und außen vakuum ist.

zu keinem zeitpunkt in der geschichte des universums gab es diese situation. das universum ist homogen mit materie und strahlung (und dunkler energie) gefüllt, das ist eine ganz andere situation.

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wenn x1 und x2 einfach nur komponenten eines vektors sind (und davon gehe ich mal aus) dann sind das einfach nur zwei reelle zahlen. warum sollte man die in einem produkt nicht vertauschen können??

(aber das ganze beispiel ist komisch. der ganze punkt an der summen-schreibweise ist ja gerade dass man den ganzen mist nicht ausschreiben muss und das beispiel in einer halben zeile lösen kann)

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Wie sorgen Gravitonen dafür das Teilchen eine Ruhemasse haben

gar nicht. das hat nichts damit zu tun.

Das Higgsfeld hat soweit ich weiß nur beim Urknall eine Rolle gespielt und funktioniert auch hauptsächlich nur wenn sich Teilchen mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegen oder irgendwas miteinander kollidiert.

auch falsch. das spielt immer eine rolle und DAS ist der grund warum die (heute bekannten fundamentalen) elementarteilchen eine masse haben.

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Ich brauche die Geschwindigkeit zum berechnen der relativistischen Masse des Protons beim verlassen des Teilchenbeschleunigers

brauchst du nicht. "relativistische masse" ist nur eine anderer name für "energie geteilt durch eine konstante" (deshalb verwendet ja in der wissenschaft seit hundert jahren niemand den begriff "relativistische masse", aber das ist ein anderes thema...). du kennst die energie, also hast du alles was du brauchst.

falls du wirklich die geschwindigkeit suchen solltest, die ist

v=c*Wurzel(1 - (mc²/E)² )

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Evidenz für dunkle Materie - Konflikt zwischen Astronomen und theoretischen Physikern?

Hallöle,

einer der wohl am häufigsten in der Populärwissenschaft gemolkenen Begriffe ist der, der dunklen Materie - weil das so schön mystisch klingt und so.

Der Begriff wurde (stark vereinfacht) eingeführt, da sich die hohe Geschwindigkeit der äußeren Sterne entfernter Spiralgalaxien, mit der sie das Zentrum jener umkreisen, nicht allein mit der Masse der sichtbaren Materie erklären ließ.

Die Annahme, dass folglich eine Art unsichtbare Materie existieren müsse, ist dementsprechend nachvollziehbar, schließlich haben ähnliche Unregelmäßigkeiten schon in der Vegangenheit zu großartigen Erfolgen geführt.

Schon bald nachdem Newton sein Modell der Gravitation der Welt preisgegeben hatte, untersuchten Astronomen die Bahnen der bekannten Himmelskörper und erkannten, dass diese nicht vollständig mit der Newton'schen Mechanik zu erklären waren. Und so suchten sie nach den bis dato unbekannten Wandelsternen jenseits des bis dahin Beobachtbaren, die die beobachtbaren Annomalien erklären würden - und waren erfolgreich.

So fanden sie Uranus und Neptun, was einen großartigen Erfolg, durch die Vereinigung der irdischen Physik und der Astronomie darstellte. Die Planetensuche hin zum Rand des Sonnensystems war erfolgreich gewesen und so war es nur logisch auch zur Sonne hin zu schauen, bzw. zur Venus, deren Bahn ebenso Unregelmäßigkeiten aufwies und nach einem Planeten neben Merkur verlangte, was zur Postulation eines weiteren inneren Planeten führte: Vulkan

Dem geschulten Leser wird an dieser Stelle auffallen: Vulkan wurde nie gefunden, weil er nicht existiert. Statt dessen führte eine elementare Verbesserung der Newton'schen Mechanik durch Einstein zur Rektifizierung der beobachtbaren Unregelmäßigkeiten.

Die allgemeine Relativitätstheorie stellt die bis heute erfolgreichste Theorie der Gravitation dar, doch genauso wie die newton'sche Mechanik zuvor, kann auch sie nicht vollständig korrekt sein, ist sie doch unvereinbar mit der Quantenfeldtheorie.

Und so ist es nur logisch, dass Physiker versuchen, die beobachtbaren Phenomena durch Modifikationen der bisherigen Gravitationsmodelle zu beschreiben, wovon die bekannteste jener Modifikationen die MOND-Theorie darstellt.

An dieser Stelle muss ich mich einmal outen: Ik hab kene Ahnung von Astronomie oder Physik und verfüge nicht über die geistigen Mittel, Abhandlungen dieser Art zu lesen, folglich muss ich mich, wie die meisten anderen Menschen auch, auf populärwissenschaftliche Magazine, Videos u.ä. verlassen.

Dabei ist mir eines aufgefallen: Astronomen(der Geschmacksrichtung Kosmologie) scheinen fast vollständig die Idee der dunklen Materie zu bevorzugen, bezeichnen sie als selbst evident und behaupten gar, man wisse, dass dunkle Materie existiert.

Demgegenüber stehen theoretische Physiker, die in höherem Maße eine veränderte Gravitationstheorie zu bevorzugen scheinen und teilweise sogar behaupten, dunkle Materie sei gar nicht mit der Realität vereinbar, eine Position, die vor allem nach der erfolglosen WIMP-Suche am CERN, stark an Kraft zu gewinnen schien.

Und ich frage mich: Ist dieser mir augenscheinliche Konflikt zwischen Astronomen und Theoretikern echt oder nur meine Wahrnehmung? Versuchen aktuelle Theoretiker tatäschlich nur der nächste Einstein zu werden oder sind sich die Astronomen ihrer dunklen Materie zu sicher? Und was ist eigentlich Pomade?

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Ist dieser mir augenscheinliche Konflikt zwischen Astronomen und Theoretikern echt oder nur meine Wahrnehmung?

ich habe dazu keine wirkliche eigene wahrnehmung, ist nicht direkt mein fachgebiet, aber ganz allgemein wäre ich mich eindrücken die aus populärwissenschaftlichen quellen stammen eher vorsichtig. ich denke da geht es in der häufigkeit der berichte zum einen oder anderen thema auch zu einem guten teil darum wer halt gerade "laut" ist (dh populärwissenschaftliche bücher und artikel schreibt, was nur ein sehr sehr kleiner bruchteil aller wissenschaftler tut) und welches thema sich generell gut dafür eignet (nicht zu abstrakt, "sexy" genug, usw...). wenn man danach geht könnte man den eindruck gewinnen das die allermeisten physiker stringtheoretiker wären oder auf der suche nach der großen vereinheitlichten theorie, in wirklichkeit ist aber auch das nur ein sehr sehr kleiner bruchteil.

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Man sieht ja, dass die Erde hier die Raumzeit, ich hoffe das ist überhaupt das richtige Wort, krümmt.

nein, das sieht man hier nicht. diese - sagen wir mal - "künstlerische" darstellung sieht man zwar oft, hat aber leider wirklich überhaupt nichts mit einer gekrümmten raumzeit zu tun.

die beste visualisierung die ich kenne die ganz ohne mathematik auskommt (und in wirklichkeit geht es natürlich nur um diese) aber in der tat das eigentliche konzept einigermaßen gut zeigt, findest du hier:

https://youtu.be/DdC0QN6f3G4?feature=shared

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Relativitätstheorie: Zeitdilatation?

Hallo,

ich beschäftige mich grade privat mit dem Thema Relativitätstheorie und hätte dazu eine Frage. Und zwar ist es ja so dass wenn man sich schnell bewegt die Masse zunimmt (erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten spürbar), dadurch die Raumzeit gekrümmt wird und somit die Zeit langsamer vergeht. So habe ich das aufheben Fall verstanden, ob das 100% richtig ist bin ich mir nicht sicher. Ich habe mir dann vorgestellt das ein Raumschiff mit sehr hoher Geschwindigkeit von Punkt A zu B fliegt, für diese Strecke braucht das Raumschiff 1 Jahr. Auf der Erde vergehen in dieser Zeit aber z.B. 5 Jahre. Ich habe mir jetzt vorgestellt das Beobachter von der Erde das Raumschiff betrachten, es sieht wie in Slowmotion aus denn es braucht aus der sich ja 5 Jahre. Nur wo ich mir jetzt unsicher bin: Wenn man jetzt annimmt das diese Raumschiff direkt an der Erdeoberfläche vorbeiflieg. Sieht es dann für die Menschen auf der Erde so aus als würde es ganz langsam vorbei fliegen was irgendwie kein Sinn ergibt. Oder ist es so das es selber die Raumzeit so stark krümmt das die Zeit um ihn rum langsamer vergeht also auch für die Beobachter an denen es vorbei fliegt. Aber das würde dann doch auch bedeuten das dieses Raumschiff eine viel stärkerer Gravitation als die Erde hätte und alles an sich zeigen würde.

Natürlich sind das alles Realitätsferne Gedankenspiele aber würde mich riesig über eine Antwort freuen um die Zeitdilatation besser zu verstehen.

Lg und danke für das durchlesen und Antworten :))

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Und zwar ist es ja so dass wenn man sich schnell bewegt die Masse zunimmt

nein, die größe die man in der physik masse nennt ändert sich nicht. leider nennen physiklehrer eine andere größe "masse" als es in der physik üblich ist (keiner weiß warum) und damit kommt es dann zu solchen verwirrungen.

dadurch die Raumzeit gekrümmt wird

nein, bei dem szenario dass du hier betrachtest und keine gravitation eine rolle spielt ist die raumzeit immer flach. gekrümmte raumzeit = gravitation, aber die hast du hier nicht.

Ich habe mir jetzt vorgestellt das Beobachter von der Erde das Raumschiff betrachten, es sieht wie in Slowmotion aus denn es braucht aus der sich ja 5 Jahre

was du SIEHST hängt vor allem davon ab in welche richtung sich dass raumschiff relativ zu dir bewegt. kommt es zB auf dich zu siehst du alles an bord schneller, bewegt es sich von dir weg siehst du alles and bord langsamer. das ist der Doppler-effekt, den es so in der klassischen Newtonschen physik auch schon gibt. in der relativitätstheorie ist er nur quantitativ anders, weil noch ein faktor für die zeitdilatation dazu kommt, aber qualitativ ist es dasselbe.

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Expandiert das Universum nun schneller als das Licht sich bewegen kann oder nicht?

Ich lese immer wieder, dass die Expansion des Universums exponentiell steigt, sich also immer schneller ausdehnt. Mal lese ich aber auch, dass die Geschwindigkeit der Expansion des Raums mittlerweile abnimmt bzw. abgenommen hat. Was ist denn nun richtig? Das Universum soll sich in seinem Anfangsstadium wahrscheinlich schneller als das Licht ausgedehnt haben. Diese These gilt vermutlich aus Sicht der meisten Physiker als haltbar. Was ich mich aber frage, wenn das Universum irgendwann, vielleicht schon in absehbarer Zeit, so langsam in seiner Ausdehnung wird, dass die ersten Lichter die das Universum erblickt haben uns irgendwann erreichen könnten.

Um es in einem Satz zu formulieren: Die Expansion des Raums würde langsamer als Lichtgeschwindigkeit betragen und die ersten Lichter würden uns dementsprechend früher oder später erreichen, da der Raum in seiner Ausdehnung langsamer ist als das Licht sich bewegt. Aber wir wissen ja, dass sich bis etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall erst stabile Atome bilden konnten. Es war kein Licht da...

Jedoch meine ich mit den ersten Lichtern eigentlich die bekannten Gravitationswellen. Denn wenn unser Universum aus einer Singularität entstanden ist, dann müssten wir auch Echos vom Beginn des Universums erhalten, irgendwann. 🫣 Gravitationswellen dehnen sich ebenfalls in Lichtgeschwindigkeit aus. Wären Gravitationswellen nicht die einzige Möglichkeit, um nicht nur bis kurz danach, sondern zum eigentlichen Urknall zu gelangen? Die Informationen, sollte es sie geben, würden demnach beweisen, ob das Universum tatsächlich aus einer Singularität entstanden ist.

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die ganze frage macht keinen sinn, da es ein vergleich äpfel mit birnen ist.

die expansion des universums wird beschrieben durch den Hubble-parameter, und der hat die dimension 1/zeit.

das kannst du nicht mit der lichtgeschwindigkeit vergleichen, die die dimension länge/zeit hat.

du kannst für eine gegebene distanz fragen, um welche länge/zeit diese distanz größer wird. das ist eine geschwindigkeit mit dimension länge/zeit und das kannst du mit der lichtgeschwindigkeit vergleichen. aber diese "geschwindigkeit" ist proportional zur gewählten distanz, d.h. es macht wiederum überhaupt keinen sinn zu sagen "in dieser epoche des universums war sie größer und in jener kleiner als die lichtgeschwindigkeit", denn man kann zu jeder zeit eine distanz wählen die klein genug sodass die zunahme kleiner als die lichtgeschwindigkeit ist, und zu jeder zeit eine distanz wählen die groß genug ist sodass die zunahme größer als die lichtgeschwindigkeit ist.

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photonen haben zwar keine masse aber einen impuls, und können somit auch impuls übertragen. und eine änderung des impuls ist nichts anderes als eine kraft.

du kannst für photonen - relativistische objekte - nicht mit den formeln der Newtonschen mechanik die man in der schule lernt rechnen. die sind hier alle falsch.

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[A,B^n] = AB^n - B^nA = [A,B]B^(n-1) + BAB^(n-1) - B^nA = B^(n-1)[A,B] + B[A,B^(n-1)]

dann iterativ einsetzen und du bekommst n*B^(n-1)[A,B] für n>0, ansonsten 0

dann für e^B = sum(0,inf) B^n/n!

und somit sum(1,inf) B^(n-1)/(n-1)! [A,B]

beachte dass die summe bei 1 beginnt, da der term für n=0 weggefallen ist da [A,B^0]=[A,1]=0

somit kannst du die summe verschieben (n-1)-->n und damit

sum(0,inf)B^n/n! [A,B] = e^B [A,B]

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jeder der hier mit "ja" oder "nein" antwortet möge sich bitte dieses jahr seinen nobelpreis abholen. denn der weiß mehr als alle wissenschaftler zusammen.

wir können aus messungen der globalen räumlichen krümmung zwar versuchen die gesamtgröße des universums abzuschätzen (unter der annahme von homogenität und isotropie des universums, welche aber zumindest in dem für uns sichtbaren teil absolut gegen ist), aber bisher waren alle messungen der globalen räumlichen krümmung im rahmen der messgenauigkeit mit 0 kompatibel, woraus man lediglich untere grenzen für die größe des universums ableiten kann.

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ich bin physiker.

ich habe von chemie keine ahnung. ich glaube da wusste ich in der schule sogar noch mehr (das ich jetzt alles vergessen habe)

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wenn ein teilchen in zwei andere zerfällt dann sind die energien der beiden tochter-teilchen immer gleich. kann nicht anders sein. betrachte den zerfall im ruhesystem des mutter-teilchens: du hast 2 unbekannte (energie tochter 1 und energie tochter 2) und zwei unabhängige gleichungen die erfüllt sein müssen (energieerhaltung und impulserhaltung). d.h. es gibt eine eindeutige lösung. tochter 1 hat also bei jedem zerfall immer die selbe energien und tochter 2 hat bei jedem zerfall immer die selbe energie.

wenn ein teilchen in drei andere zerfällt ist die situation anders. du hast drei unbekannte energien aber wieder nur zwei gleichungen für energie- und impulserhaltung. also ist dieses gleichungssystem nicht eindeutig bestimmt und es gibt unendlich viele lösungen für die drei energien (die dann von den jeweiligen winkeln zwischen den impulsen abhängen). dies bedeutet dass du für jedes tochter-teilchen bei wiederholten messungen an identischen zerfällen nicht immer die selbe energie misst, sondern ein ganzes spektrum.

wenn man die energie der elektronen beim beta-zerfall misst, dann erhält man genau so ein spektrum. ein zweikörper zerfall (mutterkern --> tochterkern+elektron) ist also ausgeschlossen. es muss also noch was anderes, elektrisch neutrales da sein

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Das Higgs Boson soll ja für die Masse aller Teilchen verantwortlich sein

der Higgs-mechanismus. und nur die massen der fundamentalen elementarteilchen. das zugehörige boson ist nur was quasi übrig bleibt weil es genau der freiheitsgrad des higgs-feldes ist der keine massen erzeugt. die masse von hadronen wie protonen oder neutronen hat fast gar nichts damit zu tun. die wären auch mit masselosen quarks fast gleich.

Und das Higgs Feld ist ja quasi dem Elektromagnetischen Feld übergeordnet.

ich weiß nicht was du damit ausdrücken willst.

Das Higgs Boson müsste ja dem Photon eine Ruhemasse zuweisen

das photon wechselwirkt nicht mit dem Higgs-feld.

Was bringt das HiggsBoson denn dem Photon!?

nichts. aber elementarteilchen "bringen" generell nichts. sie sind halt wie sie sind.

Ich verstehe das bei den Quarks, Protonen und Elektronen ja ganz gut

protonen haben damit wie gesagt nichts zu tun.

Und können Photonen im Gegensatz zum Rest nicht sogar schon vor dem Higgsfeld existiert haben?

ich weiß wieder nicht genau was du damit meinst.

aber auf jeden fall gibt es "photonen", also das elektromagnetische feld, in dieser form erst nach der elektroschwachen symmetriebrechnung. bei höheren energien gibt es andere freiheitsgrade, die erst durch die symmetriebrechnung zu dem "gemischt" werden die wir photon und Z-boson nennen.

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