Woher wollen die Wissenschaftler wissen, dass die Sonne Wasserstoff verbrennt, und wie heiß die Sonne ist?

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9 Antworten

Hallo Bücherwurm717,

der Kernpunkt Deiner Frage ist ja

Aber nehmen wir mal nur dieses Thema mit der Sonne. Gibt es eine
Definition, wonach "das wahrscheinlichste" = die Wahrheit ist, also als
einfach in Schulen gelehrt wird, ohne die Anmerkung fallen zu lassen "es
ist nur eine Theorie" ?

"Nur eine Theorie" hört man leider siehr oft - doch zeigt diese Formulierung leider nur, dass jemand nicht weiß, dass der umgangssprachliche Begriff "Theorie" nicht viel mit einer wissenschaftlichen Theorie gemeinsam hat.

Umgangssprachlich ist eine "Theorie" eine Idee, eine Vermutung - sehr oft sogar eine, die man noch nie in der Praxis ausprobiert hat.

Das ist in der Naturwissenschaft ganz, ganz anders.

Eine Theorie ist hier ein geschlossenes Erklärungsmodell. Es bringt einzelne Beobachtungen, die ohne diese Erklärung vollkommen unverständlich wären, in einen logischen Kontext. In einer naturwissenschaftlichen Theorie werden in der Natur ablaufende Prozesse beschrieben, deren gesetzmäßiges Ablaufen genau den Satz an Beobachtungsdaten erklärt, den wir haben.

Eine gute naturwissenschaftliche Theorie ist frei von Widersprüchen - sowohl  nach außen hin (es darf keine(!)) Beobachtungsdaten geben, die ihr widersprechen, als auch nach innen: sie darf nicht zu widersprüchlichen Vorhersagen führen.

Überhaupt muss eine naturwissenschaftliche Theorie testbare (also genau genug formulierte) Vorhersagen machen, dass es möglich sein muss, sie in Beobachtungen zu testen und ggf. zu widerlegen. Der Kernsatz der Naturwissenschaft ist, dass eine naturwissenschaftliche Aussage an der Beobachtung scheitern können muss.

Mit der gesammten geballten Ladung an Beobachtungsdaten, die zum Teil auf etliche Nachkommastellen genau gemessen sind, versuchen Naturwissenschaftler also nichts anderes, als ihre eigenen Theorien zum Scheitern zu bringen - man sucht die Fehler, keine Beweise.

Das bedeutet aber postwendend, dass Aussagen, die diese Tests in schärfstmöglichen Experimenten bestehen, sich in der Praxis als sehr zuverlässig bewährt haben. Sie sind sozusagen im Moment "unkaputtbar". Und das ist nun offensichtlich etwas ganz anderes als die umgangssprachliche "Theorie".

Mehr noch: Jede naturwissenschaftliche Messung hat Fehlergrenzen - entsprechend der Genauigkeit mit der wir Messungen durchführen können. Diese heutigen Messfehler sind die maximale Abweichung, die in Zukunft neue Theorien (also zukünftige Erklärungsmodelle) von einer in der Praxis erfolgreichen Theorie in derem erfolgreichen Messbereich noch haben kann.

Wir wissen deshalb schon heute Randbedingungen für zukünftige Erklärungsmodelle, also die Modelle, die wir suchen müssen, wenn man es doch einmal geschafft hat, eine bestens bewährte Aussage als Fehler zu entlarven.

Naturwissenschaft spricht insofern nie von "Wahrheit"; Wahrheit im Sinne von Übereinstimmung der Beschreibung mit dem Objekt. Wir wissen aber über die Messdaten und ihre Fehlergrenzen, wie weit reale Sachverhalte maximal noch von unseren Modellen abweichen können. Und je genauer die Messung, desto geringer ist diese maximal mögliche Abweichung.

In Schulbüchern ist es oft einfach weniger verwirrend, all das nicht jedemal extra zu sagen. Man lehrt in der Praxis Bewährtes. Absolute Sicherheit unseres Wissens ist aber eine Illusion.

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So viel zum allgemeinen Teil der Frage. Noch zur Sonne:

Die Oberflächentemperatur der Sonne messen wir auf 2 verschiedene Weisen im Spektrum der Sterne. Es ist immer eine gute Bestätigung, wenn 2 verschiedene Messverfahren dieselben Ergebnisse liefern. Die Oberflächentemperatur folgt einerseits aus dem kontinuierlichen Teil des Sonnenspektrums über das "Wiensche Verschiebungsgesetz". Und andererseits aus Form, Lage und Tiefe der Spektrallinien im kontinuierlichen Spektrum. Hieraus folgt auch die chemische Zusammensetzung der Sternatmosphäre.

Die Kernfusionsprozesse passen nun zur Abschätzung von Temperaturen und Drücken aus der Masse der Sonne und eben dieser chemischen Zusammensetzung. Sie liefern außerdem (wieder eine zweite Beobachtung!) die richtigen Lebensdauern der Sterne, die wir im Hertzsprung-Russell-Diagramm bestätigt sehen. Und sie passen zu den Supernovae-Explosionen und einigen anderen Vorgängen bei Veränderlichen, die sich ebenfalls über die Kernprozesse im Innern verstehen lassen.

Auch hier also wieder das Prinzip, dass eine einzige Erklärung zu ganz vielen verschiedenen Beobachtungen passt und sich nur so ein stimmiges Gesamtbild aller Beobachtungsdaten, die wir von den Sternen haben, ergibt.

Ungefähr klar?

Grüße

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Welche Elemente vorkommen erkennt man bekanntermaßen anhand der Spektrallinien. Eben diese helfen auch dabei, zu erkennen, ob ein Dopplereffekt vorliegt, so zum Beispiel ob sich ein entsprechendes Objekt uns annähert oder sich von uns entfernt.

Wie das mit den Temperaturen ist, weiß ich nicht so wirklich, aber was ich weiß ist, dass die Vorstellung des Vorhandenseins oder der Fusion von Wasserstoff und Helium doch recht grob ist, wenn man bedenkt, dass beispielsweise das Element Wasserstoff die Isotopen Protium (kein Neutron im Kern), Deuterium (1 Neutron im Kern) und Tritium (2 Neutronen im Kern) hat. Ob dahingehend Spektrallinien ebenfalls Aufschluss geben, welche Wasserstoff- und Heliumisotopen in der Sonne vorkommen, weiß ich nicht, aber ich denke doch, dass auch andere chemische Elemente zumindest als Spurenelemente in der Sonne vorkommen.

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Kommentar von Buecherwurm717
28.03.2016, 17:43

Der Urknall wird mitlerweile ja auch als Wahr bezeichnet, oder ist das auch ein Fehler, den manche zu eifrige Wissenschaftler machen?
Ich glaube in einem Interview gesehen zu haben, dass Richard Dawkins den Urknall als 100% Wahr bezeichnet hatte.
Es gibt halt ganz vieles, wo ich mich immer frage: woher wollen die das denn wissen?
Aber dass man das mit dem Helium doch messen kann, war mir nicht bewusst. Das war sehr aufschlussreich. Vielen Dank für deine liebe Antwort :)

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Hi Buecherwurm717,

nun, zu der Sache mit der Sonne gibt es eine klare Antwort: durch das Lichtspektrum, dass die Sonne aussendet (wenn du das Sonnenlicht in die einzelnen Wellenlängen aufteilst und die Verteilung der Wellenlängen betrachtest), kann genau definiert werden, welches Element verbrannt wird, da jedes Element ein anderes Spektrum aussendet.

Ob in Schulen Sachen als unverrückbar wahr gelehrt oder als Theorie gelehrt werden, hängt auch viel vom jeweiligen Lehrer ab. In meiner Schulzeit hatte ich sowohl Lehrer, die ihre eigene Meinung als richtig gelehrt haben, was natürlich nicht richtig ist, als auch Lehrer, die verschiedene Denkansätze gelehrt haben.

Zudem gilt, dass alles relativ ist. Wir nehmen unsere Umgebung als wahr auf, ohne zu wissen, ob es stimmt. Der heutige stand der Wissenschaft ist schon bald überholt. Um philosophisch zu werden, kann es genauso gut sein, dass die Welt in der wir leben, nur ein Produkt unserer Vorstellung ist und für andere nicht existiert. Wenn Du das Thema vertiefen willst, lies dir Theorien wie das Höhlengleichnis von Platon durch.

Eine wirklich beweisbare Wahrheit gibt es also nicht. Aber eine von uns konstruierte Wahrheit, die uns hilft, in unserer Realität zurechtzufinden.

Außerdem gibt es zu genau dieser Frage nach der Wahrheit unzählige Antworten.

Ich hoffe, du konntest mit meiner Antwort etwas anfangen, lg hummelchen

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Kommentar von Buecherwurm717
28.03.2016, 17:35

Hallo Hummelchen,

dass man es tatsächlich messen kann, war mir nicht bewusst, das war sehr aufschlussreich!! Danke dafür.

Sicherlich können wir behaupten, dass die Welt nur in unserer Vorstellung existiert, und zum Teil tut sie es ja auch, da wir nur das sehen und empfinden, was durch die Sinneseindrücke in unser Bewusstsein strömt, aber vorher noch gefiltert und vielleicht sogar etwas verändert wurde, damit wir es besser aufnehmen können. Aber damit will ich mir gar nicht zu sehr den Kopf zermartern, ob unsere Welt nun "real" ist oder nicht.
Es gibt Naturgesetze, die für jeden Menschen gelten, und alles andere ist mir zu verschwommen und schwer greifbar, auch wenn es sehr interessant ist.

Aber trotzdem Danke nochmal für deine Antwort :)

Bücherwurm

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Im Gegensatz zu, beispielsweise, Religionen trifft die Wissenschaft Aussagen nicht aus dem nichts heraus. Um anerkannt zu werden müssen sie belegbar sein. 

Was deine Frage zu der chemischen Zusammensetzung von Sternen angeht: Diese wird mit Spektrometrie ermittelt. Der genaue Vorgang ist hier schon ein paar Mal erklärt worden, hier dennoch ein Artikel der NASA zum Thema: 

http://sunearthday.nasa.gov/2006/materials/spectrabook_ver2.pdf

Vielleicht interessiert es dich ;)

Prinzipiell darfst du nicht den Fehler begehen von deinem persönlichen Wissensstand auf den der Wissenschaft im Allgemeinen zu schließen. Auch wenn dir persönlich keine Methode bekannt ist, um einen Sachbestand festzustellen, heißt dies nicht dass es keine solche Methode gibt. Sie ist dir eben nicht bekannt. 

Wissenschaftler haben Jahre in eine Ausbildung in einem bestimmten Fachgebiet investiert, dies als Laie nachzuvollziehen ist mitunter schwierig. Dennoch sind all die Dinge welche dir in der Schule beigebracht werden fundiert...oder dein Lehrer ist eine Fehlbesetzung, was natürlich durchaus sein kann.  

Zudem solltest du dich auch mit dem Begriff Theorie im wissenschaftlichen Sinn auseinanderzusetzen ;) 

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Hi,

die Frage bezüglich der Kernfusion wurde dir ja bereits mehr oder weniger beantwortet, was ich noch hinzufügen möchte ist, dass die Natur deiner Frage auf das wissenschaftliche Prinzip abzielt.

Du verwendest in deiner Frage die Begriffe "Wahrheit" und "Beweise", beide existieren so in der naturwissenschaft nicht, da das wissenschaftliche Prinzip nicht auf "endgültige Wahrheiten" aufbaut, sondern auf Formulierungen, die die Vorgänge der Welt beschreiben, dabei aber immer dem Grundsatz der Falsifizierbarkeit unterliegen.

Auch die Begriffe Theorie und Hypothese haben nicht die gleiche bedeutung wie in der Umgangssprache. Während das Wort Theorie im alltäglichen Gebrauch sowas wie Vermutung oder Annahme bedeutet, ist der wissenschaftliche Ausdruck Theorie der Begriff für ein mit Belegen gesütztes Modell.

Soll heißen, wenn etwas den Namen Theorie enthält (wie beispielsweise die allgemeine Relativitätstheorie), dann ist das keine Vermutung der wissenschaftler, sondern etwas, dass mit seinen Formulierungen die Welt beschreiben kann, und auch tatsächlich. so in der Welt gemessen oder beobachtet wurde.

Je mehr Belege vorhanden sind, desto stabiler ist besagte Theorie. Anmerken sollte man an dieser Stelle noch, dass es auch Begriffe gibt, die zwar "Theorie" in ihrem Namen enthalten, aber keine wissenschaftlichen Theorien sind, wie beispielsweise die String- oder M-Theorie.

Den Grund dafür hier ausreichend darzulegen dürfte den Rahmen sprengen, es hat aber etwas mit dem andauernden Konflikt zwischen mathematikern und Physikern, vor allem im englischsprachigem Raum zu tun. besagte "Theorien" sind zwar aus mathematischer Sicht Theorien, aus physikalischer Sicht allerdings nicht, weil ihnen die Belege fehlen. Deswegen sollte man an dieser Stelle aufpassen, dass man sich nicht vertut.

Der begriff Hypothese steht übrigens für ein Erklärungsmodell, das bisher noch nicht belegt ist. Werden Belege gefunden, so wird eine hypothese automatisch zur Theorie, werden aber Gegenbelege gefunden, gilt die Hypothese als widerlegt (falsifiziert) und ist dann aus naturwissenschaftlicher Sicht praktisch wertlos.

Wie sich wissenschaftliche Theorien entwickeln, kann kann man gut an der Gravitation erkennen. Zuerst beobachtete man einen simplen Sachverhalt, nämlich, dass Dinge nach unten fallen. Dann entdeckte ein gewisser Newton, dass da eine Kraft wirkt und außerdem, dass dieselbe kraft dafür sorgt, dass die Planeten einen Orbit um die Sonne haben. Dann entdeckte ein Einstein, dass Massen den Raum krümmen.

Mit jedem Schritt konnte man bis dahin unerklärliche Sachverhalte erklären. Die Gravitationstheorie hat sich im Laufe der Zeit gewandelt von "Dinge fallen runter", über newtonsche Mechanik, bis hin zur heute gültigen allgemeinen Relativitätstheorie. Dabei wurde die Aussagekraft immer stärker verfeinert und Fehler sowie Ungenauigkeiten immer weiter ausgemerzt.

Was nun die Sonne angeht, so hätte man es mit einem bis dahin ungeklärtem Sachverhalt zu tun. es gab allerlei Vermutungen, von brennender Kohle bis zu gravitativer Kompression. Man wusste damals aber schon, dass die Erde viele hundert Millionen Jahre alt war, während selbst die effizientesten damals bekannten Methoden maximal eine Lebensdauer von 20 Millionen Jahren hätten erklären können.

Erst als man Anfang des 20. Jahrhunderts die Kernfusion entdeckte, hatte man eine Erklärung dafür, warum die Sonne solange eine so hohe Leuchtkraft haben konnte.

Hier auf der Erde kann man feststellen, wieviel Energie bei einer Fusionreaktions erzeugt wird und man kann auch messen, wieviel Energie die Sonne abstrahlt. Mithilfe der Spektroskopie weiß man auch, woraus die Sonne besteht. der Rest ist simple Mathematik.

Zu fragen, ob wir 100%ig wissen, was in der Sonne vorgeht ist deshalb nicht zielführend, weil das wissenschaftliche Prinzip endgültige Wahrheiten ausschließt. Trotzdem ist aufgrund unserer Beobachtungen klar, dass die Sonne nichts als ein riesiger Fusionreaktor ist, was wir deshalb wissen, weil wir Masse, Zusammensetzung, und Energieabgabe auch aus der Entfernung feststellen können.

LG, NA

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"100%ige Sicherheit" gibt es in der Naturwissenschaft (außer in der Mathematik) eigentlich grundsätzlich nicht - das ist ein Grundprinzip wissenschaftlichen Arbeitens.

Es gibt immer nur die Aussage: Eine Theorie ist in der Lage, alle bisher gemachten Beobachtungen (möglichst gut) zu erklären und zukünftige Beobachtungen (möglichst exakt) vorherzusagen.

Eine Theorie, die das erfüllt, wird allgemein als (aktuelle) "wissenschaftliche Wahrheit" angenommen - so lange, bis irgendjemand eine neue Theorie entwickelt, welche die gemachten Beobachtungen noch besser erklärt oder noch genauere Vorhersagen macht (und das dauert dann meistens eine ganze Weile, bis die "wissenschaftliche Welt" diese neue Theorie anerkennt).

"Echte Beweise" (wie in der Mathematik) gibt es in der Naturwissenschaft im Grunde nicht, nur "sehr gute Indizien".

Ich gebe zu, auf diese "wissenschaftstheoretische Spitzfindigkeit" wird tatsächlich im Schulunterricht i. d. R. nicht hingewiesen, wodurch der Eindruck entsteht, "aktuelle wissenschaftliche Wahrheit" (im oben beschriebenen Sinne) wäre "absolute, objektive Wahrheit" - das ist aber meist der "didaktischen Reduktion" geschuldet: für den Unterricht müssen eben viele Dinge vereinfacht dargestellt werden, da sie sonst entweder zu viel Zeit benötigen oder gar nicht verstanden würden.

Bei vielen wissenschaftlichen Theorien (z. B. bei dem Problem, wie man die Vorgänge in der Sonne untersuchen kann) ist man sich aber inzwischen ziemlich sicher, dass es dazu (zumindest innerhalb absehbarer Zeit) keine neuen Theorien geben kann, bzw. diese keine wesentlich anderen Ergebnisse liefern werden. Daher kann man diese getrost als "Fakten" ansehen und auch so an der Schule lehren.

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Wir haben ein recht gutes Verständnis über verschiedene Einzeldisziplinen der Physik und durch Kombination können wir schlüssige Modelle von komplexen Vorgängen, wie denen in der Sonne, bilden.

Was wir so alles wissen: Die Entfernung zur Sonne, deren Masse (über die Gravitation), deren Größe, deren Spektrum, wieviel Energie von ihr hier ankommt, was in Atomkernen vor sich geht, insbesondere wie so die Bindungsenergien sind und was bei Fusionen passiert (Wasserstoff-Bombe).

Damit lässt sich ein Modell bilden und eine ganze Menge ausrechnen. Wenn es in sich schlüssig ist, also keine Widersprüche enthält, kann man davon ausgehen, dass es ganz gut die Wirklichkeit beschreibt.

Die Wirklichkeit zu beschreiben, das ist der Anspruch, den die Physik hat. Das ist ein geringerer Anspruch als der einer absoluten Wahrheit. Es könnte weitere Effekte im Sonneninneren geben, die wir noch nicht kennen. Macht aber nichts: Wenn wir feststellen, dass es solche Effekte gibt, können wir sie dem Modell hinzufügen.

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Hallo Bücherwurm,

zum Thema ist schon vieles Richtige geschrieben worden.

Noch ein keiner Hinweis: wir wissen -auch aufgrund von Sternmodellen- deutlich mehr über das Innere der Sonne als über das Innenleben unserer Erde.

Klaus

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Als "Bücherwurm" solltest Du die richtige Literatur lesen.

Alles bei Wikipedia beantwortet:

Wasserstoffanteil:

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

Temperaturmessung:

aussen:

https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung

"... jeder Sekunde...Tonnen ...":

Logische Folge aus wissenschaftlichen Fakten:

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

Energieerhaltungsgesetz

E=m*c²

https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%84quivalenz_von_Masse_und_Energie

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

zu "Wahr": Es gibt keine absolute Wahrheit. Die Wissenschaft arbeitet mit Experimenten und Toleranzangaben. Man gibt einen Wert (wie Solarkonstante mit einer Toleranz an: Sonne strahlt bei der Entfernung xxx pro m² xxx Watt +/- ....  aus -> damit ergibt sich eine Gesamtstrahlungsleistung von xxx  +/- ...)

Du wirst nicht sofort alles verstehen -> aber dann kanst Du ja hier konkret nachfragen, was Du nicht verstanden hast.

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