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Drei Figurinen eines Objektes


Moderne Physik zu verstehen

Partikelresonanz
... scheint ein  maßloser Wunsch zu sein.

Es geht kurz gesagt um die seltsamen Aussagen aus 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.

Seit mehr als 100 Jahre irritieren uns Aussagen, wie die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ( im Vakuum). Nun kann man sich bemühen diese Aussage zu verstehen, aber es gelingt einfach nicht eine Vorstellung zu entwickeln, wie es dieses Licht macht, dass es bei uns immer gleich schnell ankommt. Und das geht nicht nur Ihnen so. Die Aussagen der Relativitätstheorien und der Quantenmechanik sind mit unseren Vorstellungen von Raum (3D), Zeit 1D) und Teilchen (Punktförmiges Partikel) einfach nicht abbildbar. Trotzdem liefern diese Theorien die richtigen Vorhersagen. Rätselhaft ist das. Doch gerade das Unvorstellbare an dieser Art Rätsel bringt uns immer wieder dazu, einen weiteren Lösungsversuch zu starten. Rätsel lösen macht nämlich Spaß.

Ein anderes solches Rätsel ist z.B. die Unvereinbarkeit der Theorie der Gravitation (ART) mit der Standardtheorie der Elementarteilchen. Die Standardtheorie (oder das Standardmodell) vereinigt drei Wechselwirkungen (WW) in sich: die starke WW, die schwache WW und die elektromagnetische WW.  Die vierte Wechselwirkung ist die Gravitation. Sie ist aber partout nicht mit dem Standardmodell zu vereinigen. Trotzdem haben sich beide Theorien vielfach bewährt. Ohne die Quantenmechanik und die ART zu berücksichtigen würde kein Navigationsgerät funktionieren, kein Mobiltelefon u. v. A. mehr.  Woran liegt es, dass diese beiden Weltmodelle nicht zu vereinigen sind? Wir haben doch nur eine Welt!  Rätselhaft.

Die Theorien sind längst in die Konstruktion vieler technischen Geräte eingegangen. Doch es gab und gibt immer wieder Beobachtungen, die erheblich von den Prognosen der Theorien abweichen. Zum Beispiel zeigten astronomisch gewonnene Daten, dass entweder unsere Annahmen zur Verteilung von Materie im Kosmos sehr, sehr falsch sind, oder die ART wäre nicht mehr ´richtig´. Vor ein paar Jahren entschied sich die Wissenschaft mehrheitlich für das Erste. Der Widerspruch zwischen Beobachtung und Theorie wurde eliminiert, indem in das Universum zu der uns geläufigen sichtbaren Materie noch Dunkle Materie und Dunkle Energie einführte.
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 heute immer noch als zwar ungeliebtes, aber schier ´alternativlose´ Weltmodell ´ in den Büchern. Doch der Widerstand wächst. Leider werden die dafür entwickelten Theorien immer komplexer und die Lösung ihrer mathematischen Modelle sind wirklich schwierig.

Doch 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 liefert die Berechnung des Elektrons in der QM nur dann richtige Ergebnisse, wenn man die Masse des Elementarteichens renormiert, also =0 setzt. Warum? 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.

Das Ziel dieser Seiten ist, das ´Verstehen´ dieser seltsamen Aussagen möglich zu machen. Wir werden dafür eine anschauliche Wechselwirkung zwischen ´ Raum´ und der darin unterwegs befindlichen Materie aufbauen, die sowohl für die Darstellung von Ergebnissen der QM wie auch der Relativitätstheorien geeignet ist. Mit Hilfe dieser Darstellung lassen sich die seltsamen Aussagen der Theorien, wie z.B. die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit oder die Unschärfe nachvolllziehbar ableiten. Auch werden auf den nächsten Seiten kurz die Prinzipien der Relativitatstheorien betrachtet und gezeigt, was sich zwingend aus deren Verwendung / Befolgung ergibt.

Zum Vorgehen: Um der oben angekündigten Wechselbeziehung zwischen Raum <-> Materie näher zu kommen, empfehle ich mit : Beginnen wir mit NICHTS zu starten oder, wenn man die Wechselwirkung lieber auf der  Basis des Potentialmodells der QM entstehen sehen möchte, mit der Erweiterung des  Potentialmodells. Diese Wechselbeziehung zu verstehen ist wichtig, denn sie liegt allen weiteren Betrachtungen zu Grunde. Ihr könnte natürlich auch stöbern.

Da diese Seite ursprünglich zu einem Buch aus 2003 gehörte, sind noch einige Auszüge in den blauen Feldern des Menü rechts aufrufbar. Mit Blick auf die Erkenntnisse zu DM und DE seither ist das evtl. interessant.

Generelles
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 wirklich 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. (Auszüge blau unterlegt im Menu rechts). Eigentlich wollte ich in einfacher Sprache formulieren, aber ich fürchte das gelang nicht immer. Seid also bitte nachsichtig.



Übrigens:


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