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Drei Figurinen eines Objektes


Moderne Physik zu verstehen

Partikelresonanz
... scheint ein  maßloser Wunsch zu sein.

Die Seiten hier befassen sich mit der schier unbegreiflichen Längenkontraktion, der Zeitdilatation, der Ruhemasse und der relativistischen Massenzunahme und der Gravitation, aber auch mit der Unschärfe und verborgenen Parametern oder Broglies Materiewellen, kurz: mit Einsteins Relativitätstheorien (SRT, ART) und der Quantenmechanik.
Um im alltäglichen und geläufigen Sinne zu Verstehen müssen wir auf Alltagserfahrung aufbauen. Das Problem ist: Niemand, nicht einmal die Physiker konnten je in der Kosmologie oder der Quantenmechanik direkt Erfahrungen machen.
Viele Physiker bezweifeln, dass man mit einem auf Alltagserfahrung aufbauenden Weltmodell die Quantenmechanik oder die Relativitätstheorien veranschaulichen kann. Wir werden hier trotzdem diese Physik im Gedankenexperiment nachvollziehbar werden lassen. Urteilt selbst.

Diese mehr als 100 Jahre alte Physik irritiert uns nach wie vor.
Nehmen Sie nur die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit: Sie können sich bemühen diese zu verstehen, aber es wird Ihnen nicht gelingen. Und das betrifft nicht nur Sie. Die Relativitätstheorien und die Quantenmechanik sind für die allermeisten von uns seit über 100 Jahren unbegreiflich. Aber beide liefern auf ihren Gebieten die richtigen Vorhersagen. Rätselhaft ist das. Doch es sind gerade die Rätsel und das Mystische, was uns anzieht. Rätsel lösen macht nämlich Spaß.

Ein anderes Rätsel ist z.B. die Unvereinbarkeit der Theorie der Gravitation (ART) mit der Standardtheorie. Die Standartheorie vereinigt drei Wechselwirkungen (WW) in sich: die starke WW, die schwache WW und die elektromagnetische WW.  Die 4. Wechselwirkung ist die Gravitation,  die aber partout nicht mit dem Standardmodell zu vereinigen ist. Doch sowohl die Standardtheorie der Elementarteilchen wie auch die Allgemeine Relativitätstheorie haben sich vielfach bewährt. Ohne die Quantenmechanik oder die ART zu berücksichtigen würde kein Navigationsgerät funktionieren, kein Mobiltelefon u. v. A. mehr.  Weshalb aber sind zwei ganz verschiedene Weltmodelle nötig, wenn wir doch nur eine Welt  haben? Rätselhaft.

Die Theorien liefern sehr gute Prognosen, aber es gab und gibt im Kosmos auch Beobachtungen die erheblich anders sind, als es die Theorien  Prognosen vorhersagten. Zum Beispiel sind entweder unsere Annahmen zur Verteilung von Materie im Kosmos grundfalsch oder die ART ist nicht mehr gültig oder bestenfalls nur regional  gültig.
Vor ein paar Jahren entschied sich die Wissenschaft mehrheitlich für das Erste. Der Widerspruch zwischen Beobachtung und Theorie wurde eliminiert, indem in die Welt zu der uns geläufigen sichtbaren Materie noch Dunkle Materie und Dunkle Energie eingeführt wurden.

Noch vor 30 Jahren wäre jeder Physikstudent für eine derartige ´Lösung´ des Problems ausgelacht worden. Aber heute stehen diese beiden Dunklen  für mehr als 95% der Energie des gesamten Universums! Obwohl wir von Beiden nichts Anderes ´sehen´, als ihre Wirkung.
Der Urknall steht zwar heute immer noch als das scheinbar ´alternativlose´ Weltmodell ´ in den Büchern, doch der Widerstand wächst. Leider werden die dafür entwickelten  Theorien immer komplexer.

Nicht nur die ART kann Manches nicht beantworten. Auch die Standardtheorie der Elementarteilchen lässt viele Fragen offen. Die ursprünglich als sehr überschaubar vorausgesetzte Zahl der Elementarteilchen wächst und wächst. Unangenehm sind auch manche mathematischen Kunstgriffe, die man machen musste, um Unendlichkeiten ´eliminieren´ zu können. So stimmen die Rechnungen der Theorie des Elektromagnetismus nur dann mit der Beobachtung überein, wenn die ansonsten unverzichtbare Masse der Elementarteichen renormiert, also =0 gesetzt wird. Rätselhaft.

Die Physik der letzten Jahrzehnte hat uns sehr viele und genaue Antworten gegeben, aber heute gibt es mehr Fragen und Rätsel als je zuvor.

Alle Wissenschaft - nicht nur die Physik - arbeitet mit Modellen der Wirklichkeit. Sofern die daraus entwickelten Theorien gute Prognosen ermöglichen, bezeichnen wir die Theorien als richtig. Treten Differenzen zwischen der Prognose und der tatsächlichen Beobachtung auf, wird die Theorie in Frage gestellt oder verworfen.
Theorien werden oftt nur ergänzt und nur selten von anderen Theorien ersetzt. Doch auch diesen Neuen liegt ein abstrahiertes Modell der Wirklichkeit zu Grunde. Das wird so bleiben. Ein vollständiges Abbild der Wirklichkeit, eine Theorie ´von Allem´, die werden wir nie haben.



Noch eine kurze Bemerkung zu den verschiedenen Stilen, die Ihr auf den Seiten hier findet: In meinem Buch ´Überall ist die Mitte´ aus 2003 habe ich mich an junge Neugierige gewendet. Einerseits wollte ich in einfacher Sprache formulieren, aber ich fürchte das gelang nicht immer. Seid also bitte nachsichtig.



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