Wieso weshalb warum nur, Universum?

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6 Antworten

Hallo SarahAusRostock, 

Das ist doch ziemlich vermessen sowas zu behaupten,oder?

Weißt Du, der Witz an der Naturwissenschaft ist, dass sie derartige Behauptungen sofort kritisch hinterfragt und in Experimenten und Beobachtungen an der Natur testet. 

Wenn also ein Physiker eine Idee hat, wie etwas in der Natur funktioniert, dann muss er als erstes seine Idee in eine physikalische Sprache übersetzen. Das ist meistens eine mathematische Formulierung. Wir nennen das in der Physik dann "Hypothese". 

Aus dieser exakt formulierten Vermutung lassen sich dann Vorhersagen für Beobachtungen treffen. Diese müssen so exakt berechnet werden, dass man sie im Experiment überprüfen kann.

Und dann gehen wir her... und testen unsere Modellvorstellungen im Experiment - in den schärfsten Experimenten, die wir uns nur ausdenken können. 

Und wenn die Natur unser Modell bestätigt, dann sprechen wir von einer Theorie und gehen davon aus, dass sie die Natur gar nicht so schlecht beschreibt. 

Merke: In der Physik ist es also nicht vermessen, so etwas zu behaupten, wir haben vielmehr gemessen, dass sich die Natur so verhält. 

 Sind ja doch oft steile Theorien.

Wie gesagt: Physikalische Theorien sind mathematisch formulierte Modellvorstellungen, die wir an der Natur testen, getestet haben - und deshalb schwarz auf weiß bestätigt haben, dass sie die Natur zumindest im Rahmen unserer heutigen Messgenauigkeit völlig korrekt beschreiben. 

Hätten wir Physiker weniger "steile Theorien" aufgestellt, hätten wir entsprechend mittlerweile feststellen müssen, dass diese die Natur FALSCH beschreiben. Denn die Natur zeigt eben leider genau die Effekte, über die Du Dich so wunderst. Weniger "steile Thesen" hätten wir also mittlerweile korrigieren müssen... und in steilere umformulieren müssen. 

Warum ist man sich eigentlich so sicher das nichts schneller sein kann als das Licht?

Korrekter sagt die Relativitätstheorie, dass die Vakuumlichtgeschwindigkeit eine obere Grenze für die Bewegung von Information und massenbehafteten Objekten durch den Raum ist.

Dass das so ist, weiß man, weil wir tagtäglich zum Beispiel in großen Teilchenbeschleunigern sehen, dass sich die Formeln der Speziellen Relativitätstheorie bestens dort bestätigen. Wir müssen enormen Aufwand betreiben, um Protonen, die mit 99% der Lichtgeschwindigkeit in den LHC am CERN gespeist werden, auf 99,9999% der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. 

Je näher wir der Lichtgeschwindigkeit kommen, desto weniger werden die blöden Dinger schneller... sie werden schwerer. Teilchenphysiker wären mehr als glücklich, wenn Einsteins Überlegungen sich hier als falsch erwiesen hätten... sie haben sich aber auf das Genaueste bestätigt. 

Und warum soll ein Mensch sich niemals mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können?

Aus dem gleichen Grund: Wie die Protonen haben wir eine "Ruhemasse". Deswegen gibt es für uns eine Höchstgeschwindigkeit, mit der wir uns durch die Raumzeit bewegen können. Es handelt sich nicht um einen technischen Trick, der uns fehlt, die Natur verhält sich bei sehr hohen Geschwindigkeiten anders als es unserer Alltagserfahrung widerspricht. 

Letzteres ist aber nur der Fall, weil wir im Alltag nicht genau messen. Eigentlich treten diese merkwürdigen Effekte, die die Relativitätstheorie beschreibt, nämlich schon auf, wenn wir aufstehen und zu Fuß die Straße runter gehen. Auch dann vergeht die Zeit für uns unmerklichst langsamer als für den im Garten stehenden Nachbarn. Und er würde - könnte er genau genug messen - auch eine relativistische Masse bei uns bestimmen, die minimalst über unserer Ruhemasse liegt. 

Aber im Alltag sind die Effekte so klein, dass wir sie nicht bemerken. Wir sind es deshalb gewohnt, mit einer Näherung zu leben - der Newtonschen Mechanik. 

Aber nur, weil sich unser gesamter Alltag in einem Wertebereich abspielt, der eine bestimmte Näherung der Einsteinschen Gleichungen zulässt, kann man nicht einfach postulieren, dass die Einsteinschen Gleichungen die Natur nicht eben doch besser, weil genauer und allgemeiner beschreiben. 

Genau das tun sie nämlich. Auch für makroskopische Körper sind die Effekte (wie von Einstein beschrieben) bestens nachgewiesen worden. Die Zeitdilatation zum Beispiel im Experiment von Hafele und Keating. Hier beschrieben:

http://www.xn--relativittsprinzip-ttb.info/experimente/hafele-keating.html

Es heißt ja im ganzen Universum gelten die selben physikalischen Gesetze wie auf der Erde.

Auch das ist zunächst einmal eine Vermutung, die sich im Experiment aber bestens bestätigt. 

Die Idee hierzu hatte als erster Newton, der als erster einfach seine der Legende nach unter einem Apfelbaum erdachte Gravitationsformel auf die Planeten übertrug... und das mit großem Erfolg. 

Seitdem wenden wir in unseren Prognosen für weit entfernte Objekte immer einfach die Physik an, die wir hier im Labor austesten können - und haben noch nirgends im Universum Abweichungen davon gefunden. 

Zum Beispiel können wir im Licht der am weitest entfernten Galaxien aus den Messungen an den enthaltenen Spektrallinien nicht nur sehen, dass wir es mit denselben Elementen zu tun haben, wir können aus diesen Spektren auch eine Naturkonstante messen - die sogenannte Feinstrukturkonstante Alpha. Die Werte vergleichen wir dann mit denen, die wir für Alpha auf der Erde messen. Und wir finden denselben Wert. 

Es ist also keine Behauptung oder ein Postulat, dass sich die Physik im beobachtbaren Universum treu bleibt, es ist ein Ergebnis. 

Josef Gaßner erklärt gleich eine ganze Menge Messungen zur für die Physik eigentlich sehr interessanten Fragestellung "wie konstant sind die Naturkonstanten?" hier in diesem Video:

Physiker gehen also nicht einfach her und behaupten was. Wenn man so eine bunt bebilderte Doku ansieht, entsteht zwar leicht dieser Eindruck. Die Wahrheit ist aber, dass hinter all diesen Aussagen viele Rechnungen und genaueste Messungen, die uns einfach zeigen, dass im Rahmen der Messgenauigkeit diese Rechnungen die Natur richtig beschreiben. 

Und damit sollten wir uns abfinden, so merkwürdig uns manche Eigenschaften der Natur auch vorkommen, weil wir ihnen im Alltag nicht begegnen. Physik entdeckt hier nur Effekte, die über unsere Alltagserfahrungen hinaus gehen... und eigentlich macht genau das die Physik ja oft so spannend. 

Grüße

uteausmuenchen 28.07.2017, 15:54

Danke für das Sternchen!

=D

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Du meinst also, nur weil bei uns auf der Erde 1+1=2 ist, muss das nicht fürs ganze Universum gelten? Interessante Idee. Ich kann mir nicht vorstellen, wie das möglich sein sollte.

Genau so ist es mit anderen Naturgesetzen. Damit, dass jeder Körper Gravitation erzeugt, weil er eine Senke in der Raumzeit darstellt. Damit, dass die Zeit für jemanden, der schnell reist, anders verläuft als für den Außenstehenden. 

Das sind Dinge, die sich messen lassen. Die sich beweisen lassen, und bei denen man teilweise auch beobachten kann, dass es woanders genauso ist.

Klar, die Relativitätstheorie ist eine Theorie. Wir haben keinen sicheren Beweis, dass dem so ist, aber können an immer mehr Experimenten feststellen, dass sie die sinnvollste Theorie ist die wir haben.

Und aufgrund dieser Theorie, von der wir guten Gewissens annehmen können, dass sie stimmt, gibt es im ganzen Universum nicht genug Energie, um auch nur ein Staubkorn auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. 

Kannst du akzeptieren. Musst du aber nicht. Aber mit der Überzeugung, dass 1+1=3 ist, wirst du nicht viel gewinnen.

Was natürlich sein kann, ist dass in einem anderen Universum ganz andere Gesetzmäßigkeiten bestehen. Dass da die überlichtschnelle Reise völlig normal ist. Aber in unserem Universum sind die Gesetzmäßigkeiten überall gleich.

Ute hat ja fast schon alles gesagt, deshalb kurz:

Wir Menschen sind auf dem langen Weg zur 

https://de.wikipedia.org/wiki/Weltformel

Doch der Weg dorthin ist lang und wird gern in viele kleine Schubfächer aufgeteilt.

Man beobachtet Dinge -> stellt Theorien auf -> und wenn alle Abhängigkeiten gefunden wurden und die Grenzbereiche ausgelotet sind, sagen wir "Naturgesetze" dazu.

Bei der Lichtgeschwindigkeit ist der 

https://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzfaktor

und die "Ursache -> Wirkung" wichtig. Wir merkten, dass für immer größere Geschwindigkeiten (Wirkung) immer größere Energie (Ursache) nötig war!

Da es im Weltall jedoch nur begrenzt Energie vorhanden ist, kann der Grenzwert "v=c bei Energie E=unendlich" für Körper mit (Ruh-)Masse nie erreicht werden.

ABER die Wissenschaft ist nicht perfekt -> deshalb sauge ich gern Meldungen auf, die Abweichungen beinhalten:

Bei 

https://www.gutefrage.net/frage/warum-liegen-die-mess-toleranzangaben-selbst-bei-echten-wissenschaftlern-oft-auseinander

hatte ich 2 Beispiele, wo die Wissenschaftler nicht genug Toleranz angenommen haben und so 2 oder mehr Gruppen von Wissenschaftler für eine gemeinsame Linie sich "zusammenraufen" müssen.

Wo es gut funktionierte sind die 

https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen

mit denen die komplette Elektrotechnik beschrieben werden konnte, also eine Verschmelzung von "Schubfachdenken" zu einer einzigen größeren universelleren Theorie (echte Naturgesetze).

Wichtig ist auch immer, dass Experimente aus verschiedenen Denkrichtungen scheinbar ganz anders an Dinge herangehen -> dann aber zum selben Ergebnis kommen. Die Relativitätstheorie ist mittlerweile von sehr vielen total unterschiedlichen Experimenten praktisch bewiesen worden. Jetzt einfach ein kleines "Schubfach" wie die Lichtgeschwindigkeit herauszunehmen & anzuzweifeln würde bedeuten, dass zig andere Experimente & Formeln falsch sein müssten! So viele Fehler bei so vielen Wissenschaftlern ist einfach mathematisch sehr unwahrscheinlich.

ABER man muss objektiv bleiben & darf auch nicht zu schnell verkünden, dass das "echte Naturgesetz" gefunden sei. Besonders im Grenzbereich.

Beispiele:

- Geschwindigkeit der äußeren Spiralarme von Galaxien ist zu schnell (einfach "dunkle Materie" zu sagen reicht nicht)

- www.scinexx.de/wissen-aktuell-21682-2017-07-21.html

 Deshalb forschen Wissenschaftler auch mit immer größeren Energien, um die Grenzbereiche besser testen zu können.

Bis jetzt wurde kein Hinweis gefunden, dass es auf der anderen Seite unseres Universums Parameter gibt, die wir hier nicht kennen.

Man kann es so ausdrücken: Die Naturgesetze sind universell und unser gesamtes beobachtbares(!) Raum-Zeit Kontinuum richtet sich nach eben diesen. Wissenschaftler haben lange versucht Veränderungen in den universellen Konstanten und Gesetzen der Physik zu finden, bis jetzt allerdings erfolglos:

http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2015/10/are-the-laws-of-physics-really-universal/ 

Was die Lichtgeschwindigkeit angeht: Hier ist die Relativitätstheorie die schuldige. Aber der Artikel erklärt es besser als ich es könnte:

https://cosmosmagazine.com/physics/why-can-t-anything-travel-faster-light

Das sind alles Theorien, die man sich entweder über Modelle der theoretischen Physik herleiten kann, was bedeutet, dass angenommen mein Modell der Beschreibung stimmt, dass die Theorie bewiesen ist.

Zum anderen gibt es aber auch Experimente, die die spezielle Relativitätstheorie und ich denke auch die allgemeine beweisen, aus der eben auch die Aussagen stammen, wie Lichtgeschwindigkeit ist die höchste Geschwindigkeit und kein Objekt mit Masse kann auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.

Um dann aber die Gründe, warum das so ist zu verstehen muss man sich ziemlich intensiv mit der Physik dahinter auseinandersetzen.

Weil es nicht darum geht, dass alles so sein zu hat wie bei uns auf der Erde. Sondern dass die Naturgesetze überall gleich sind, das hat überhaupt nichts mit Vermessenheit zu tun. Warum sollte Physik plötzlich auf der anderen Seite  der Galaxie unterschiedlich funktionieren?

SarahAusRostock 23.07.2017, 14:19

Warum nicht?

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weckmannu 24.07.2017, 08:22
@SarahAusRostock

Schon die Entdeckung von Spektrallinien im Licht sehr weit entfernter Sterne mit dem gleichen Muster wie hier auf der Erde hat die Wissenschaft zur Überzeugung gebracht, dass die Naturgesetze überall gelten, auch "auf der anderen Seite der Milchstraße"

Warum nicht: weil man das so beobachtet hat. Die Astronomie ist viel weiter fortgeschritten als das bißchen Schulwissen.

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