Wieso müssen Quantenphysik und Relativitätstheorie unbedingt vereinbar sein?

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10 Antworten

Wieso müssen Quantenphysik und Relativitätstheorie unbedingt vereinbar sein?

Müssen sie nicht zwangsläufig, wenn sie sich als Näherungen einer umfassenderen Theorie darstellen sollten. Die muss aber konsistent sein.

Das eine ist das ganz Kleine, unbeobachtbare, ein "Bild" davon kann
unmöglich existieren.

Tut es doch. Warum sollte es kein Bild davon geben, versteh' ich nicht. Außerdem ist die Quantentheorie keinesfalls die Theorie des ganz Kleinen, das in größerem Maßstab keine Rolle spielte. Die gesamte Chemie beispielsweise wäre ohne Quantentheorie unverständlich, und das gilt sogar für kosmische Objekte wie Weiße Zwerge und Neutronensterne, aber auch ganz normale Sterne. Ohne die Gesetze der Quantenmechanik und solcher makroskopisch bedeutungslos erscheinender Phänomene wie der Schwachen Wechselwirkung keine Kernfusion.

Das andere das ganz Große.

Die Relativitätstheorie befasst sich nicht nur mit Großem, sondern mit Schnellem, und das kann auch sehr klein sein.

Also eigentlich doch nicht mit der Welt des Mikroskopischen vereinbar.

Es gibt den Kosmos, keine zwei getrennten Universen, einen des Kleinen und eines des Großen - und wo soll da die Grenze sein? 

Für eine Physik "unter Normalbedingungen" wirft die Nichtvereinbarkeit keine großen Fragen auf. Aber es gibt Extrembedingungen, unter denen Quanteneffekte und Relativitätstheorie tatsächlich beide gleichzeitig relevant sind, wie z.B. bei schwarzen Löchern (Leben sie ewig oder "verdampfen" sie?) oder was eigentlich kurz nach dem Urknall passiert ist (Warum gab es mehr Materie als Antimaterie?).

Wenn nach der einen Theorie das eine und nach der anderen Theorie das andere passieren müsste, stellt sich für den Physiker direkt die Frage, was denn nun wirklich passiert. Denn nur dann ist er in der Lage, die Natur exakt zu beschreiben.

Hallo

Es gibt sehr wohl die vereinbarung der Quantenmechanik mit der Relativitätstheorie. Die RT beschreibt einfach das verhalten von masse bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Und zudem liefert sie dei Energie Impuls Beziehung.

In der Quandenmechanik beschreibt im einfachsten Fall die Schrödinger Gleichung den Aufenthaltsort eines Teilchens. Mit Berücksichtigung von relativistischen Effekten und aus der Energie Impuls Beziehung wird aus der Schrödingergleichung die Klein Gordon Gleichung. Welche in der Quandenfeldtheorie den Zustand des Teilchens mit Berücksichtigung von Relativitätstheorie beschreibt.

Es gibt viele Effekte welche mithilfe der relativitischen Quantenmechanischen Betrachtung erklärt werden können. Zum einen das merkwürdige Elektronenorbital Verhalten von schweren Elementen. Das würde erklären wieso Gold seine schöne Goldene Farbe besitzt im gegenteil zu Silber. Es erklärt auch weiso schwere Elemente zum Teil kleinere Atomradien besitzen als ihre leichteren verwanden Elemente der selben chemischen Gruppe. Und es gibt auch einen unterhaltsames paper einiger Norwägischer Forscher welche durch Computersimulationen beweisen konnten das Autobatterien nur aufgrund von relativistischen Effekten funktionieren. :D hier der Link zu dem Paper

http://www.wissenslogs.de/wblogs/blog/der-quantenmechaniker/allgemein/2011-02-02/autos-starten-durch-relativit-t

Ich denke das was wirklich nicht vereinbar ist mit der Quantenmechanik ist eine beschreibung der 4ten Grundwechselwirkung .. Der Gravitation. Die Schwache,Starke und Elektromagnetischewechselwirkung lassen sich mit der Quantenmechanik beschreiben. Die Gravitation jedoch nicht.

Im Gegenzug dazu gibt die ART eine schöne Erklärung der Gravitation begründet in einer krümmung der Raumzeit durch Masse. Jedoch ist das die einzige Wechselwirkung welche die ART beschreibt.

Es ist also das Ziel eine Theorie zu entwickeln welche alle Kräfte beschreibt. Vieleicht muss man dafür jedoch nur die Quantenmechanik etwas modifizieren. Den ich denke nicht das man mit der ART eine andere Kraft ausser der Graviationskraft beschreiben werden kann.

gfuser9283 26.07.2011, 21:50

Zu den ersten drei Absätzen: Da wird nur die SRT verwendet und das ist ein alter Hut.

Wie du schon angemerkt hast, ist die Vereinigung der vier Grundkräfte ein großes Ziel. Was du aber unterschlägst ist, dass die ART nicht nur die Gravitation, sondern die Raumzeit selbst beschreibt, also den Raum in dem die QM sich abspielt und da liegt auch der Hund begraben. Die moderne QM ignoriert die ART einfach (wenn ich mich irren sollte, einfach mal nen Link posten).

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also mal als anmerkung zu den anderen antworten: weder die QM noch die ART sind "falsch". beide theorien haben sich als aüßert genau erwiesen. die neue theorie wird die quantenphysik und die relativitätstheorie als grenzfälle enthalten. so war es bis jetzt immer in der physik. die ART beinhaltet beispielsweise die newton mechanik als klassischen grenzfall. die physiker wollen natürlich nur eine theorie haben aus der sie alles andere folgern können, deswegen will man beide verbinden und "eine stufe höher" kommen. die neue theorie wird dann aber nicht benutzt werden um beispielsweise wirkungsquerschnitte für teilchenreaktionen zu berechen, sie wäre dafür viel zu komplex. die alten theorien werden so bestehen bleiben, doch stehen auf einer breiten basis. letztendlich kann man das warum einer theorie niemals verstehen. das ziel der physik ist die beschreibung der vorgänge, und alle vorgänge sollen nach möglichkeit durch eine theorie beschreiben werden. dass man dadurch mehr an die frage "warum" herrankommt ist wohl ein trugschluss, trotzdem ist dies der antrieb der physiker.

ulfxxx 26.07.2011, 21:14

um nochmal zusammen zufassen und auf deine farge zu antworten, was in den anderen antworten nicht geschehen ist: beide theorien WERDEN getrennt ausgewertet und keine der beiden sind falsch. sie sind nur beide nicht perfekt. jede hat ihre berechtigung in ihren skalen, jedoch will man eine theorie die beide in einschränkenden grenzfällen enthält.

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Der Punkt ist der, dass beide Theorien unterschiedliche Voraussetzungen machen(z.B. ART komplett flacher Raum, QM: Raum fluktuiert auf kleinen Skalen) und doch in ihren Bereichen ausgezeichnete Ergebnisse liefern. Bis jetzt gibt es weder für QM noch ART ein Experiment, dass in Widerspruch zu jeweiligen Theorien stehen würde. Man nimmt sozusagen verschiedene Eigenschaften der Welt an und kommt zu guten Ergebnissen. Man könnte meinen man bräuchte dann eine der beiden Theorien nicht und könnte mit der anderen alles erklären, aber das funktioniert nicht, man braucht beide. Um den Widerspruch zu lösen (es gibt schließlich nur eine Realität mit bestimmten Eigenschaften) nimmt man an, dass es eine übergeordnete Theorie gibt, welche die QM und ART als Grenzfälle beinhaltet, genauso wie ART Newtonsche Gesetze als Grenzfall für kleine Geschwindigkeiten enthält, soll die neue Theorie für kleine Abstände in die QM übergehen.

Man weiß also (bzw. es gibt keinen Grund warum es nicht so sein sollte), dass obwohl die QM und ART gute Ergebnisse liefern, sie biede nicht der Weisheit letzter Schluss sind. Deswegen denken sich auch Experimentalphysiker neue Experimente aus um vlt. doch einen Effekt zu finden, der ART oder QM widerspricht und Theoretiker versuchen der Lösung des Problems auf dem mathematischen Weg näher zu kommen.

kowekowe 26.07.2011, 21:16

Bei der ART ist der Raum auf keinen Fall flach!... Er ist gekrümmt. Was du meinst ist sicherlich glatt. Und nunja die Art sagt nix über einen flukuierenden Raum. Ich weiss auch nicht in wiefern das im Gegensatz dazu stehen soll.

Ausserdem gibt es auch relativistische betrachtungen der Quantentheorie!!!

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gfuser9283 26.07.2011, 21:41
@kowekowe

Beim ersten Punkt hast du recht, ich habe "glatt" gemeint. ART geht von einem Raumzeitkontinuum aus, es gibt also überhaupt keine Körnigkeit. Jeder Versuch die Raumzeit zu quantisieren ist bis jetzt gescheitert und eine Quantisierung ist für eine große Quantentheorie zwingend.

In QM wird nur die SRT einbezogen (ohne sie funktioniert QM gar nicht richtig), bei der Vereinigung geht es aber um ART.

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Astroknoedel 02.09.2015, 20:06
@gfuser9283

Eine Sache verwirrt mich , du sagst , jeder Versuch , die Raumzeit  zu quantisieren sei fehlgeschlagen , was ist mit der Schleifenquantengravitation (die noch intensiv betrieben wird) ?

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Naja also die Relativitätstheorie muss ja nicht "groß" sein. Sie bezieht sich lediglich auf das Verhalten von Teilchen bei hohen Geschwindigkeiten und dem Raum-Zeit-Verhalten. Es ist einfach wichtig, zu klären, wie sich die quantenmechanischen Teilchen bei hohen gravitativen Kräften verhalten. Deshalb möchte man beide Theorien zusammenführen.

Wie zb. verhalten sich Teilchen innerhalb eines schwarzen Loches, dessen Radius auf wenige cm geschrumpft ist und dessen Dichte und Gravitation einfach gewaltig sind? Herrschen dort immer noch die uns vertrauten Gesetze der QM und RT?

MFG

Man versucht ja die 4 Grundkräfte (Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkung, starke Wechselwirkung und die Gravitation) zu vereinigen, und dadurch eine sogenannte Weltformel "aufzustellen". Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkung, und starke Wechselwirkung sind die Wechselwirkungen, die meistens bei den makroskopischen Objekten passieren. Die Gravitation bei größeren Objekten, also bei der allgemeinen Relativitätstheorie. Man hat schon geschafft die 2 Kernkräfte mit dem Elektromagnetismus zu verreinigen, aber die Gravitaion entzieht sich davon.

Ähm? Wenn 2 Theorien nicht vereinbar sind, dann muss mindestens eine davon falsch sein, so einfach ist das. Es gib kein 2 parallele Realitäten. Es gibt nur eine. Sonst brauchen wir uns garnicht mehr wissenschatlich zu betätigen.

Da kannst Du soviel drehen und wenden wie Du willst aber Mikro und Makrowelt hängen doch zusammen.

Martin2012 26.07.2011, 19:48

Hallo. Mit allem gebührenden Respekt! Du hast keine Ahnung von der Konsalität der Quantenphysik! Denn hättest du sie, würdest du, auf diese Frage, ganz anders antworten!!! Also, bitte überdenke deine im Makrokosmos getätigte Antwort! Danke! Lg. Martin.

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aptem 26.07.2011, 19:51
@Martin2012

Martin, Du bist verwirrt. Scheinst auch die "Konsalität" erfunden zu haben. Ich habe so ein ganz klein wenig Ahnung von Physik. Scheinbar mehr als Du.

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philosophus 26.07.2011, 19:53
@aptem

Finde es auch etwas respektlos. Las doch mal hören was du zu dem Thema weißt Martin.

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Martin2012 26.07.2011, 20:00
@philosophus

Nagut. Lest meine Antwort nochmals durch, dann vergleicht mein Geschriebenes mit der Quph. und ihr werdet erkennen das ich doch Rund laufe;-)! aptem, du hast Ahnung von Physik oder von Quantenphysik? Lg. Martin.

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kowekowe 26.07.2011, 21:12

Also meines wissens ist die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie vereinbar. Relativitätstheorie bedeutet nicht das etwas mit großen Dimensionen oder massen abspielen muss.

Als beispiel ist die Klein-Gordon Gleichung die Schrödingergleichung unter relativistischen betrachtung. Die Maxwell Gleichung sind auch relativistisch. Und auch die Dirac Gleichung ist relativistisch.

Was nicht mit der Quantenmechanik zu vereinbaren ist ist lediglich die Gravitationskraft als einer der 4 Standartkräfte. die Starke die Schwache und die Elektrodynamische Kraft sind nähmlich mit Quantenmechanischen Modelen beschreibbar.

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Hallo. Mit allem Respekt, Dir und deinem Wissen Gegenüber!!! Wenn du dich etwas mehr mit der Quantenwelt und den daraus resultierenden Möglichkeiten beschäftigst, dann werden sich deine jetzt gestellten Fragen, in Luft auflösen! Oder doch nur in den Microkosmos zurückkehren?!?!?! Die Beste Antwort, wirst du nur von Dir Selbst bekommen! Da ALLES nur relativ ist! Lg. Martin.

philosophus 26.07.2011, 19:47

Hmm, das war jetzt nur eine Ansprache zu meiner Unwissenheit oder Dummheit, aber was bringt mir das jetzt?

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Martin2012 26.07.2011, 19:54
@philosophus

He, das hast du in den Falschen Hals gekriegt! Du bist Wissend! Was dir meine Antwort bringt? Du musst die Quph. nicht studieren! Es genügt vollends das du dich mit Sämtlichen Erkenntnissen daraus auseinander setzt und für dich das im Moment glaubwürdigste herausholst! Dies ist zu komplex um alles nieder zuschreiben, deswegen, schau sie dir genauer an! Wünsche viel vergnügen damit!

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kowekowe 26.07.2011, 21:05

ohhh mann was für ein nonesence @.@

Erinnert mich an einen spruch von Meister Yoda: "In dein Innerstes du müssen schauen , dann du werden verstehen du die Macht! "

jetzt mal ernsthaft ... das ist nicht einmal Ansatzweise eine Antwort auf die Frage die gestellt wurde.

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Guck alle Folgen von The Big Bang Theory an, dann wirst du mehr darüber erfahren ;)

philosophus 26.07.2011, 19:36

Hab ich schon, ich warte auf Staffel 4.

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