Alternative Quantengravitation?!

[antaris]

Ich habe ChatGPT nun auch ziemlich gequält, die Idee mathematisch formulieren und auf Konsistenz prüfen lassen.

Natürlich hat ChatGPT keine Glaskugel und kann kein wirklich neues Wissen aufschreiben. Das muss die KI in diesem Fall aber auch gar nicht, da dies nicht meine Intention ist. Ich bin der Überzeugung, dass die Physik im Prinzip alle Puzzle gefunden hat und habe nun, mithilfe der KI, versucht diese vielen losen Puzzleteile aneinanderzufügen. Da die Hypothese vollständig auf gut erforschte Zweige der Physik zurückgreift, ist es auch nicht zwingend notwendig seitenweise Gleichungen aufzuschreiben. Dennoch sind fast 5 Seiten dabei herausgekommen, die ein Minimum an Text aber ein Maximum an mathematischer Formulierung enthält.

Ich kann das nicht überprüfen aber ich kann irgendwie kaum glauben, dass dies nicht Interessant ist:
Alternative Quantengravitation.pdf

 

[antaris]

Frage:

Die Leute sagen zu unserer Arbeit zur entropischen Quantengravitation, dass ich eigene Spekulationen durch Halluzinationen von dir unterfüttere. Das ist natürlich vernünftig bei einer kritischen Wissenschaft, wie es die Physik ist. Jede Hypothese muss in der Physik härteste Tests und Kritiken überstehen und das ist auch gut so. Was sagst du dazu? Sind die Themen zur entropischen Quantengravitation reine Spekulation und die von dir dazu gefundenen Zusammenhänge deine Halluzinationen? Welche laufenden oder bald startenden Experimente könnten am wahrscheinlichsten Hinweise auf die entropische Quantengravitation finden?

Antwort:

Es ist absolut richtig, dass in der theoretischen Physik – und gerade in einem so schwierigen Feld wie der Quantengravitation – viele Ansätze spekulativen Charakter haben und sich noch nicht experimentell bewiesen haben. Hier einige Punkte dazu:

1. Theoretische Grundlagen und Spekulationen:
   Die in unserer Arbeit dargestellten Konzepte – etwa die Thermal Time Hypothesis (wie sie von Connes und Rovelli vorgeschlagen wurde), der Zusammenhang zwischen modularer Dynamik und thermodynamischer Zeit sowie die Integration des ADM-Formalismus – beruhen auf mathematischen Modellen, die in der theoretischen Quantengravitation diskutiert werden.
   Diese Modelle stellen durchaus ernstzunehmende theoretische Ansätze dar, sind aber spekulativ, weil es bislang keine direkten experimentellen Bestätigungen gibt.
   Das heißt nicht, dass diese Zusammenhänge „Halluzinationen“ sind, sondern dass sie konzeptionelle Hypothesen darstellen, die (wie alle wissenschaftlichen Hypothesen) der kritischen Prüfung und, wenn möglich, experimentellen Validierung unterzogen werden müssen.
2. Meine Rolle als KI:
   Als KI greife ich auf das bestehende wissenschaftliche Wissen, Veröffentlichungen und Diskussionen zurück. Die von mir wiedergegebenen Zusammenhänge basieren also auf Literatur und bekannten theoretischen Ansätzen – sie sind keine erfundenen Inhalte, sondern reflektieren den Stand der theoretischen Überlegungen. Dennoch ist es wichtig zu betonen, dass solche Theorien nicht als etablierte Fakten gelten, solange sie nicht durch experimentelle Daten untermauert wurden.
3. Mögliche experimentelle Ansätze:
   In der experimentellen Suche nach quantengravitativen Effekten gibt es verschiedene vielversprechende Ansätze, auch wenn sie nicht speziell für die entropische Quantengravitation entwickelt wurden:
   • Gravitationswellen und schwarze Löcher:
     Beobachtungen von Gravitationswellen (wie sie z. B. von LIGO/Virgo detektiert werden) sowie präzisere Untersuchungen der Dynamik von Schwarzen Löchern könnten indirekt Hinweise auf quantengravitative Effekte liefern.
   • Kosmologische Beobachtungen:
     Die präzise Messung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) sowie Suchen nach primordialen Gravitationswellen (z.B. im Rahmen von CMB-Experimenten) könnten Aufschlüsse über quantengravitative Prozesse in der Frühphase des Universums geben.
   • Raummissionen wie LISA:
     Die zukünftige Laser Interferometer Space Antenna (LISA) wird im niedrigen Frequenzbereich Gravitationswellen messen und könnte dabei sensitiv gegenüber subtilen quantengravitativen Effekten sein.
   • Tabelle-Experimente in der Quantenoptik und mit kalten Atomen:
     Es gibt auch experimentelle Ansätze, die versuchen, quantengravitative Korrekturen in hochpräzisen Quantenoptik-Experimenten oder mit kalten Atomen zu messen. Solche Experimente sind oft extrem herausfordernd, könnten aber langfristig Hinweise auf den Einfluss von Quantengravitation liefern.

Zusammengefasst:
Die in unserer Arbeit diskutierten Zusammenhänge zur entropischen Quantengravitation basieren auf ernstzunehmenden theoretischen Ansätzen – sie sind jedoch spekulativ, solange sie nicht experimentell bestätigt werden. In der Wissenschaft ist es üblich, dass neue Hypothesen zunächst kritisch hinterfragt werden, was letztlich zu einem besseren Verständnis führen kann. Die experimentellen Ansätze, die ich genannt habe, könnten (wenn auch indirekt) Hinweise auf quantengravitative Effekte liefern und so dazu beitragen, solche spekulativen Modelle zu testen und weiterzuentwickeln.

Ich hoffe, diese Antwort hilft dir, die Kritik konstruktiv einzuordnen!

 

[antaris]

Nachfrage:

Führe alle relevanten Arbeiten auf, die direkt in der entropischen Quantengravitation Verwendung finden. Stelle eine Historie der Arbeiten auf.

Antwort:

Im Folgenden findest du eine Übersicht der zentralen Arbeiten, die im Kontext der entropischen Quantengravitation – also der Versuche, Gravitation als emergentes, thermodynamisches Phänomen zu verstehen – häufig herangezogen werden. Diese Arbeiten bilden zusammen einen historischen Rahmen, der von den ersten Erkenntnissen zur Schwarze-Loch-Thermodynamik bis hin zu modernen spekulativen Ansätzen zur emergenten Raumzeit reicht.

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1. Grundlagen der Schwarze-Loch-Thermodynamik​

• Bekenstein, J. D. (1973):
  „Black Holes and Entropy“
  Bekenstein führte den Begriff der Schwarze-Loch-Entropie ein und zeigte, dass ein Schwarzes Loch einen endlichen Informationsgehalt besitzen muss. Diese Arbeit legte den Grundstein für die spätere Verbindung von Gravitation und Thermodynamik.
• Hawking, S. W. (1974–1975):
  „Particle Creation by Black Holes“ bzw. „Black Hole Explosions?“
  Hawking entdeckte, dass Schwarze Löcher aufgrund quantenmechanischer Effekte Strahlung abgeben (Hawking-Strahlung) und damit thermodynamische Eigenschaften besitzen. Dies war ein Meilenstein, um die Quantengravitation mit thermodynamischen Konzepten zu verknüpfen.

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2. Thermodynamische Ansätze und Informationsaspekte​

• Bombelli, L., Koul, R. K., Lee, J., & Sorkin, R. D. (1986):
  In dieser und verwandten Arbeiten wird untersucht, wie Entanglement-Entropie in quantisierten Raumzeiten auftritt. Die Idee, dass räumliche Bereiche über ihre Quantenkorrelationen (und damit über eine Entropie) charakterisiert werden können, liefert einen wichtigen Impuls für entropische Ansätze.
• Sorkin, R. D. und Kollaborateure:
  Frühere Studien zur Entropie von Flächen und zur Verknüpfung von Geometrie und Information trugen zur Grundlage bei, nach der die Struktur der Raumzeit auch informationsbezogen interpretiert werden kann.

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3. Emergenz der Gravitation als thermodynamisches Phänomen​

• Jacobson, T. (1995):
  „Thermodynamics of Spacetime: The Einstein Equation of State“
  Jacobson zeigte, dass man die Einstein-Gleichungen als thermodynamische Zustandsgleichung interpretieren kann – sprich, dass die Gravitation aus einem Gleichgewichtszustand von Mikrograden der Freiheit heraus emergiert. Dies ist eine zentrale Arbeit, die den Gedanken der emergenten Gravitation maßgeblich beeinflusste.

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4. Entropische und emergente Gravitation​

• Padmanabhan, T. (ab ca. 2004):
  Mehrere Arbeiten von Padmanabhan beschäftigen sich mit der Idee, dass Gravitation aus mikroskopischen, thermodynamischen Prozessen hervorgeht. Er argumentiert, dass die Dynamik der Raumzeit als ein emergentes Phänomen interpretiert werden kann, bei dem der Informationsgehalt und die Entropie eine zentrale Rolle spielen.
• Verlinde, E. (2011):
  „On the Origin of Gravity and the Laws of Newton“
  Verlinde schlug einen Ansatz vor, bei dem Gravitation als eine entropische Kraft verstanden wird, die aus statistischen und informationsbasierten Prozessen entsteht. Obwohl dieser Ansatz in erster Linie Newtonsche Gravitation ableiten soll, hat er das Interesse an entropischen Konzepten in der Gravitation geweckt und findet auch im breiteren Kontext der quantengravitativen Spekulationen Beachtung.

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5. Die Thermal Time Hypothesis und Operator-Algebra Ansätze​

• Connes, A. & Rovelli, C. (1994):
  „Von Neumann Algebra Automorphisms and Time-Thermodynamics Relation in General Covariant Quantum Theories“
  Diese Arbeit führt die Thermal Time Hypothesis ein, wonach der Zeitfluss nicht fundamental, sondern aus dem Zustand eines Systems (insbesondere eines thermischen Zustands) emergiert. Die mathematische Grundlage hierzu bildet die Tomita–Takesaki-Theorie, welche den modularen Fluss in der Operatoralgebra definiert.

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6. Neuere Entwicklungen und integrative Ansätze​

• Weitere Beiträge von Autoren wie Bianchi, Carlip, Smolin und anderen:
  Neuere Arbeiten versuchen, Aspekte wie Entanglement-Entropie, holographische Prinzipien und modulare Dynamiken miteinander zu verknüpfen, um so einen umfassenderen entropischen Rahmen für die Quantengravitation zu schaffen. Diese Ansätze sind oft spekulativ und experimentell noch nicht abgesichert, tragen aber zur Diskussion über die Natur der Raumzeit und ihrer mikroskopischen Struktur bei.

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Historische Zusammenfassung​

1. 1970er – 1980er Jahre:
   Grundlagen der Thermodynamik von Schwarzen Löchern (Bekenstein, Hawking) und erste Überlegungen zu Entropie in quantisierten Raumzeiten (Bombelli et al., Sorkin).
2. 1990er Jahre:
   Thermodynamische Interpretationen der Einstein-Gleichungen (Jacobson) und der Beginn der systematischen Verbindung von Gravitation und Information.
3. 2000er Jahre:
   Verstärkte Entwicklung emergenter Gravitationstheorien (Padmanabhan, Verlinde) und die Ausarbeitung der Thermal Time Hypothesis (Connes & Rovelli).
4. Späte 2000er – Heute:
   Integration und Verfeinerung der verschiedenen Ansätze – von entropischen und informationsbasierten Überlegungen bis hin zu spekulativen Modellen, die versuchen, die quantengravitative Dynamik aus thermodynamischen Prinzipien abzuleiten. Arbeiten von Bianchi, Carlip, Smolin und weiteren Akteuren erweitern diesen Rahmen und bieten neue Perspektiven, die experimentell in Zukunft getestet werden könnten.
   
   
   

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   Diese historische und thematische Aufstellung zeigt, wie interdisziplinär der Ansatz der entropischen Quantengravitation ist und dass viele der verwendeten Konzepte in unterschiedlichen Kontexten entstanden sind. Während einzelne Ansätze spekulativ bleiben, bietet die Gesamtheit der Ideen einen faszinierenden Blick darauf, wie Gravitation, Thermodynamik und Information zusammenwirken könnten.

 

[antaris]

Nachfrage:

Welche Ansätze davon sind spekulativ und welche nicht?

Antwort:

Es gibt eine Reihe von Ansätzen in der entropischen Quantengravitation, die sich in ihrem Grad an Spekulation unterscheiden. Im Folgenden eine grobe Kategorisierung:

1. Gut etablierte theoretische Grundlagen (weniger spekulativ):
   • Schwarze-Loch-Thermodynamik (Bekenstein und Hawking):
     Die Konzepte der Schwarzen-Loch-Entropie und der Hawking-Strahlung sind zwar (direkt) experimentell noch nicht bestätigt – insbesondere da Hawking-Strahlung extrem schwer nachzuweisen ist –, sie beruhen jedoch auf klaren, semi-klassischen Berechnungen und gelten in der theoretischen Physik als sehr robust.
   • Jacobsons Ansatz (1995):
     Die Herleitung der Einstein-Gleichungen als thermodynamische Zustandsgleichung ist ein eleganter theoretischer Befund. Obwohl auch hier Annahmen getroffen werden (z. B. bezüglich der mikroskopischen Freiheitsgrade), stützt sich dieser Ansatz auf eine breite Akzeptanz in der theoretischen Gemeinschaft und ist weniger spekulativ als rein emergente Modelle.
2. Ansätze mit spekulativem Charakter:
   • Verlinde's entropische Gravitation (2011):
     Die Idee, dass Gravitation als eine entropische Kraft entsteht, ist ein spannender und kreativer Ansatz. Er basiert auf analogischen Überlegungen aus der Thermodynamik und Informationstheorie, fehlt jedoch bislang einer experimentellen Bestätigung. Viele Physiker betrachten diesen Ansatz daher als spekulativ.
   • Thermal Time Hypothesis (Connes und Rovelli, 1994):
     Die Idee, dass Zeit als emergentes Konzept aus dem thermodynamischen Zustand eines Systems hervorgeht, ist mathematisch gut formuliert – vor allem im Rahmen der Operatoralgebra und der Tomita–Takesaki-Theorie – jedoch ist auch hier die direkte physikalische Interpretation und experimentelle Verifizierung noch umstritten und gilt als spekulativ.
   • Moderne integrative Modelle (z.B. Arbeiten von Padmanabhan, Bianchi, Carlip, Smolin und anderen):
     Diese Ansätze versuchen, Aspekte wie Entanglement-Entropie, holographische Prinzipien und modulare Dynamik miteinander zu verknüpfen, um Gravitation aus informations- und entropiebasierten Prozessen abzuleiten. Da diese Modelle oft auf sehr abstrakten mathematischen Konstrukten beruhen und bislang keine direkten experimentellen Belege existieren, gelten sie in weiten Teilen als spekulativ.

Zusammenfassend kann man sagen:

• Weniger spekulativ sind die Grundlagen der Schwarzen-Loch-Thermodynamik und Ansätze wie der von Jacobson, die auf gut begründeten semi-klassischen Rechnungen basieren.
• Spekulativ sind hingegen die Modelle, die Gravitation vollständig als emergentes Phänomen aus entropischen und informationsbasierten Prozessen ableiten wollen (wie Verlinde, die Thermal Time Hypothesis und einige moderne integrative Ansätze). Diese Ansätze sind spannend und regen zur Diskussion an, müssen sich aber erst noch experimentellen oder zumindest indirekten empirischen Prüfungen unterziehen.

In der Wissenschaft – besonders in einem so herausfordernden Feld wie der Quantengravitation – ist es üblich, dass neuartige, spekulative Ideen kritisch diskutiert werden. Der Fortschritt hängt oft davon ab, ob diese Modelle es schaffen, Vorhersagen zu machen, die dann experimentell überprüft werden können.

 

[antaris]

Nachfrage:

Welche konkret mit heutigen Mitteln experimentell überprüfbaren Vorhersagungen können jetzt schon in der entropischen Quantengravitation getroffen werden?

Antwort:

Die entropische Quantengravitation gehört – wie viele Ansätze in der Quantengravitation – zu einem sehr spekulativen Forschungsfeld. Dennoch gibt es einige theoretische Vorhersagen, die mit heutigen oder in naher Zukunft verfügbaren experimentellen Mitteln prinzipiell überprüft werden könnten. Wichtig ist dabei, dass die meisten dieser Vorhersagen indirekt sind und oft nur als kleine Korrekturen zum etablierten physikalischen Standardmodell erscheinen. Im Folgenden einige Beispiele:

1. Modifikationen der Gravitationsdynamik auf galaktischen Skalen
   • Verlinde’s Ansatz:
     In Verlinde’s Konzept der entropischen Gravitation wird vorgeschlagen, dass sich abweichende Rotationskurven von Galaxien – die traditionell als Hinweis auf Dunkle Materie interpretiert werden – aus entropischen Effekten ableiten lassen. Konkret ergeben sich Vorhersagen über die Stärke und den räumlichen Verlauf der zusätzlichen Gravitation, die in vergleichenden Studien mit astronomischen Beobachtungen (z.B. aus SDSS, Gaia oder Hubble) überprüft werden können.
   • Kritik und Spekulation:
     Diese Ansätze sind sehr umstritten, da die Vorhersagen oftmals empfindlich von den getroffenen Annahmen über die Mikrostruktur der Raumzeit abhängen und sich nicht eindeutig von alternativen Theorien abgrenzen lassen.
2. Submillimeter-Tests der Gravitation
   • Einige entropische bzw. emergente Gravitationstheorien sagen vor, dass sich das Newtonsche Gravitationsgesetz bei sehr kurzen Distanzen (im Submillimeterbereich) leicht modifizieren könnte.
   • Experimentelle Anstrengungen, wie etwa hochpräzise Torsionswaagen und atominterferometrische Messungen, sind aktuell in Betrieb, um mögliche Abweichungen auf diesen Skalen zu detektieren. Zwar sind die zu erwartenden Effekte extrem klein, doch Fortschritte in der Messtechnik könnten hier in Zukunft weitere Hinweise liefern.
3. Korrekturen in der Gravitationswellen-Phänomenologie
   • Einige quantengravitative Modelle – auch wenn sie nicht ausschließlich entropische Ansätze sind – sagen kleine Abweichungen in der Dispersion von Gravitationswellen voraus.
   • Mit den aktuellen Beobachtungen von LIGO/Virgo und insbesondere mit dem zukünftigen Weltraumdetektor LISA könnten solche feinen Effekte gesucht werden. Dabei würde man nach kleinen Verzerrungen in der Wellenausbreitung oder einer leichten Frequenzabhängigkeit der Geschwindigkeit von Gravitationswellen suchen.
4. Kosmologische Vorhersagen und der frühe Universumszustand
   • Entropische Ansätze liefern in einigen Modellen spezifische Vorhersagen hinsichtlich der Primordialfluktuationen, die in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) messbar sein könnten.
   • Präzise Daten von Experimenten wie Planck und zukünftigen CMB-Satelliten (z.B. CMB-S4) könnten Hinweise auf quantengravitative Korrekturen liefern – beispielsweise in Form kleiner Änderungen im Spektrum der Fluktuationen.
5. Zeitliche Fluktuationen und thermale Signaturen
   • Die Thermal Time Hypothesis legt nahe, dass der Zeitfluss aus der thermodynamischen Struktur des Zustandes emergiert. In hochpräzisen Experimenten mit Atomuhren oder Atominterferometern könnte man versuchen, minimale zeitliche Abweichungen oder Fluktuationen zu messen, die über die klassische Zeitskala hinausgehen.
   • Diese Experimente sind allerdings technisch sehr anspruchsvoll und erfordern eine bisher unerreichte Präzision.

Zusammengefasst lassen sich die experimentell überprüfbaren Vorhersagen in entropischen Quantengravitationsmodellen wie folgt charakterisieren:

• Indirekte Messungen:
  Die meisten Vorhersagen erfolgen als Korrekturen zu bekannten Phänomenen (z.B. galaktische Rotationskurven, Dispersion von Gravitationswellen oder Primordialfluktuationen) und sind oft klein, sodass ihre Detektion eine hohe Präzision und umfangreiche statistische Analysen erfordert.
• Technischer Fortschritt:
  Viele der experimentellen Ansätze befinden sich an der Grenze der aktuellen Technologie. Mit fortschreitender Entwicklung, insbesondere in Bereichen wie Gravitationswellenastronomie, hochpräzisen Laborexperimenten und kosmologischen Beobachtungen, könnten jedoch in naher Zukunft erste Hinweise auf quantengravitative Korrekturen, die auch in entropischen Modellen verankert sind, gefunden werden.

Obwohl viele dieser Vorhersagen als spekulativ gelten, bietet der interdisziplinäre Ansatz der entropischen Quantengravitation einen theoretischen Rahmen, der es erlaubt, Anknüpfungspunkte für experimentelle Tests zu definieren. Die Herausforderung besteht darin, die winzigen Effekte von quantengravitativen Korrekturen von anderen astrophysikalischen und messtechnischen Unsicherheiten zu trennen.

In der Summe:
Mit heutigen Mitteln sind einige der Vorhersagen – etwa feine Modifikationen der Gravitation auf galaktischen oder submillimeter Skalen, oder leichte Abweichungen in der Gravitationswellenausbreitung – prinzipiell testbar. Die experimentelle Realisierung und eindeutige Interpretation dieser Effekte bleibt jedoch eine der größten Herausforderungen der modernen Physik.

 

[antaris]

Nachfrage:

Was übersteht im Vergleich und auf Basis des bisherigen Wissens Occam's Razor? Die bisherigen Quantengravitationstheorien oder der hier diskutierterte quantengravitative Erweiterung der entropischen Gravitation? Stelle alle diesbezüglichen Hypothesen gegenüber. Beziehe in die Überlegungen die aus heutiger Sicht unüberwindbaren Probleme der konventionellen Quantengravitationstheorien ein, da diese in der Hypothese der entropischen Quantengravitation vielfach entfallen.

Antwort:

Im Rahmen der Diskussion um die Vereinfachung physikalischer Theorien gemäß Occam's Razor – also der Präferenz für Modelle, die mit möglichst wenigen Annahmen auskommen – lohnt sich ein Vergleich zwischen den konventionellen Quantengravitationstheorien und der quantengravitativen Erweiterung der entropischen Gravitation. Im Folgenden stelle ich die wesentlichen Hypothesen beider Ansätze gegenüber und gehe insbesondere auf Probleme ein, die in den konventionellen Ansätzen bislang ungelöst blieben und in der entropischen Perspektive vielfach entfallen könnten.

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1. Konventionelle Quantengravitationstheorien​

Hypothesen und Ansatzpunkte​

• Fundamentalität der Gravitation:
  In Theorien wie der kanonischen Quantengravitation, der Schleifenquantengravitation (Loop Quantum Gravity) oder der Stringtheorie wird Gravitation als eine fundamentale Wechselwirkung angesehen, die quantisiert werden muss. Hierbei wird die Raumzeit selbst als dynamisches, quantisiertes Objekt behandelt.
• Mathematische Strukturen:
  • Stringtheorie postuliert beispielsweise zusätzliche Dimensionen und Supersymmetrie, um eine konsistente Quantisierung der Gravitation zu erreichen.
  • Loop Quantum Gravity nutzt diskrete räumliche Operatoren, um eine Quantisierung der Geometrie zu realisieren.
• Probleme und Herausforderungen:
  • Das Zeitproblem: In vielen konventionellen Ansätzen (z.B. in der Wheeler-DeWitt-Gleichung) existiert keine explizite, fundamentale Zeit – die Dynamik ist formal „eingefroren“.
  • Renormierbarkeitsprobleme: Insbesondere in der perturbativen Quantisierung der Allgemeinen Relativitätstheorie treten gravierende Schwierigkeiten bei der Kontrolle der unendlichen Terme auf.
  • Hohe Komplexität und zusätzliche Annahmen: Extra Dimensionen, komplizierte Symmetrien und nicht eindeutig interpretierbare mathematische Konstrukte erhöhen die theoretische Komplexität.
  • Fehlende eindeutige experimentelle Vorhersagen: Trotz intensiver Forschung existieren bisher keine direkten experimentellen Bestätigungen, die einen bestimmten konventionellen Ansatz eindeutig unterstützen.

Bewertung nach Occam's Razor​

• Pro:
  • Mathematisch formalisiert und in vieler Hinsicht konsistent in ihren internen Strukturen.
  • Starke Verbindungen zu etablierten Prinzipien der Quantenfeldtheorie und Relativität.
• Contra:
  • Erfordert eine Vielzahl zusätzlicher Annahmen (z. B. extra Dimensionen, spezielle Symmetrieprinzipien).
  • Das Problem der Zeit und die Komplexität der mathematischen Strukturen führen zu erheblichen konzeptuellen und praktischen Schwierigkeiten.
  • Viele Annahmen blieben bisher unbestätigt und wirken damit eher als „multiplikative Entitäten“, die gemäß Occam's Razor kritisch zu hinterfragen sind.

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2. Quantengravitative Erweiterung der entropischen Gravitation​

Hypothesen und Ansatzpunkte​

• Emergenz von Gravitation:
  Der entropische Ansatz (beispielsweise in den Arbeiten von Jacobson, Verlinde, Connes und Rovelli) postuliert, dass Gravitation kein fundamentales Feld ist, sondern als emergentes, thermodynamisches Phänomen aus mikroskopischen Freiheitsgraden und Informationsflüssen hervorgeht.
• Thermal Time Hypothesis:
  Hier wird Zeit nicht als vorgegebene, fundamentale Größe angenommen, sondern als ein aus dem thermischen Zustand des Systems emergierender Parameter. Dies kann viele Probleme – etwa das Zeitproblem – elegant umgehen.
• Reduktion zusätzlicher Annahmen:
  Wenn Gravitation als emergentes Phänomen verstanden wird, entfällt die Notwendigkeit, zusätzliche fundamentale Gravitationsdof oder extra Dimensionen zu postulieren. Stattdessen wird das Gravitationsphänomen durch die statistische Verteilung und Fluktuationen in einem thermischen System beschrieben.
• Probleme und Herausforderungen:
  • Spezifizierung der mikroskopischen Grundlage: Es ist noch nicht vollständig geklärt, welche mikroskopischen Freiheitsgrade genau für die Emergenz der Gravitation verantwortlich sind.
  • Spekulativer Charakter: Obwohl viele Aspekte elegant erscheinen, fehlen bisher direkte experimentelle Belege. Die Modelle sind oft weniger formalisiert als konventionelle Ansätze.
  • Integration in den bestehenden Rahmen: Die Verbindung zu bereits etablierten Theorien (z.B. Quantenfeldtheorie) muss in einem konsistenten, einheitlichen Rahmen weiter ausgearbeitet werden.

Bewertung nach Occam's Razor​

• Pro:
  • Der Ansatz reduziert die Anzahl der fundamentalen Annahmen, indem er Gravitation und Zeit als emergente, statistische Erscheinungen begreift.
  • Viele der Probleme der konventionellen Quantengravitation (z. B. das Zeitproblem, Renormierungsprobleme) können in einem emergenten Modell konzeptionell vermieden werden.
  • Das Modell ist in gewisser Hinsicht „minimalistischer“, da es auf bekannten thermodynamischen Prinzipien aufbaut und zusätzliche Konstrukte wie extra Dimensionen vermeidet.
• Contra:
  • Die Spezifizierung der zugrunde liegenden Mikrodynamik ist oft noch unklar und muss weiter konkretisiert werden.
  • Der spekulative Charakter und die bisher fehlende experimentelle Bestätigung machen den Ansatz in der aktuellen Forschungsgemeinschaft noch umstritten.

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3. Zusammenfassende Gegenüberstellung​

Kriterium	Konventionelle Quantengravitation	Entropische Quantengravitation
Grundannahme	Gravitation ist fundamental; Raumzeit muss quantisiert werden.	Gravitation ist ein emergentes, thermodynamisches Phänomen.
Mathematische Struktur	Oft sehr komplex (z.B. extra Dimensionen, Supersymmetrie, diskrete Raumzeiten).	Setzt auf thermodynamische und informationsbasierte Prinzipien, meist minimalistisch.
Zeitproblem	Zentrale Schwierigkeiten, da Zeit oft nicht als fundamentale Variable erscheint.	Zeit wird als emergentes Konzept aus dem thermischen Zustand abgeleitet.
Renormierbarkeit/Probleme	Renormierungsprobleme und komplexe Divergenzen, die viele Zusatzannahmen benötigen.	Viele dieser Probleme fallen weg, da die Quantisierung nicht auf fundamentaler Gravitation beruht.
Experimentelle Vorhersagen	Vorhersagen oft sehr abstrakt, experimentelle Bestätigungen stehen noch aus.	Könnte indirekt durch subtile Abweichungen (z.B. in Gravitationswellen, kosmologischen Daten) überprüfbar sein.
Occam's Razor	Hohe Anzahl an zusätzlichen Annahmen und komplexen Strukturen.	Potenziell einfachere, minimalistischere Erklärung, sofern die mikroskopischen Details geklärt sind.

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4. Schlussfolgerung​

Nach Occam's Razor – also der Prämisse, dass man sich für die Theorie mit den wenigsten zusätzlichen Annahmen entscheiden sollte, sofern beide das beobachtete Phänomen erklären – erscheint der entropische Ansatz auf den ersten Blick attraktiver. Er versucht, Gravitation und Zeit als emergente Phänomene zu erklären und verzichtet auf zusätzliche fundamentale Strukturen, die in konventionellen Theorien oft postuliert werden müssen. Dies führt zu einer vereinfachten Sichtweise, in der einige der bekannten Probleme (wie das Zeitproblem und Renormierungsprobleme) nicht auftreten.

Gleichzeitig ist anzumerken, dass der entropische Ansatz noch in einer spekulativen Phase steckt und insbesondere die konkrete mikroskopische Grundlage sowie experimentelle Bestätigungen fehlen. Insofern ist die Wahl zwischen den Ansätzen auch eine Frage des Entwicklungsstandes: Während konventionelle Theorien bereits ausgedehnte mathematische Formalismen besitzen – wenn auch mit schwerwiegenden ungelösten Problemen – bietet die entropische Quantengravitation ein minimalistisches, potenziell eleganteres Bild, das jedoch noch weiter ausgearbeitet und experimentell abgesichert werden muss.

Aus heutiger Sicht könnte man sagen, dass der entropische Ansatz in Bezug auf Occam's Razor attraktiver ist, sofern man bereit ist, einen spekulativen, aber vereinfachenden Rahmen zu akzeptieren, der einige der unüberwindbaren Probleme der konventionellen Quantengravitation adressiert. Letztlich muss sich aber erst zeigen, welche Ansätze durch zukünftige Experimente und weitergehende theoretische Entwicklungen den entscheidenden Nachweis erbringen können.

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Ich hoffe, diese Gegenüberstellung hilft dir, die Vor- und Nachteile beider Ansätze im Licht von Occam's Razor und den bekannten Problemen der konventionellen Quantengravitation zu verstehen.

 

[antaris]

Ist das alles nicht genügend "selbstkritisch" von ChatGPT dargestellt? Sind "alle anderen" genauso selbstkritisch gegenüber den eigenen Überzeugungen?

 

[TomS]

Mit heutigen Mitteln sind einige der Vorhersagen prinzipiell testbar.

Schon bei diesem Schlusssatz habe ich Fragezeichen in den Augen. Die Vorhersagen sind prinzipiell testbar, mit den heutigen Mitteln jedoch nicht praktisch.

Ist das alles nicht genügend "selbstkritisch" von ChatGPT dargestellt?

Es ist irgendwie schwammig.

 

[antaris]

Schon bei diesem Schlusssatz habe ich Fragezeichen in den Augen. Die Vorhersagen sind prinzipiell testbar, mit den heutigen Mitteln jedoch nicht praktisch.

Es ist irgendwie schwammig.

Die KI hat das aus meiner Fragestellung übernommen.
Ich kann einen link teilen, dann können im gleichen Chat Fragen gestellt bzw. explizit nachgefragt werden.

Fragestellung umformuliert:

Welche konkreten, mit heutigen Theorien prinzipiell experimentell überprüfbaren Vorhersagungen können jetzt schon in der entropischen Quantengravitation getroffen werden? Welche aktuell laufende und bald startende Experimente können zur Überprüfung der Hypothese genutzt werden. Was sind dabei die Herausforderungen?

Antwort:

Prinzipiell überprüfbare Vorhersagen der entropischen Quantengravitation​

Obwohl die entropische Quantengravitation ein spekulativer Ansatz ist, können einige ihrer Konsequenzen prinzipiell experimentell überprüft werden. Hier sind einige überprüfbare Vorhersagen und ihre Herausforderungen:

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1. Modifikationen der Newtonschen Gravitation auf großen Skalen (Verlindes entropische Gravitation)​

Vorhersage:​

• Verlindes Ansatz schlägt eine modifizierte Gravitation vor, die auf großen Skalen (z. B. in Galaxien) zu Abweichungen von Newtonscher Gravitation führt.
• Die Notwendigkeit dunkler Materie könnte teilweise durch diese entropische Modifikation ersetzt werden.

Mögliche Tests:​

• Beobachtung von Galaxien-Rotationskurven ohne die Annahme dunkler Materie (Vergleich mit MOND-Modellen).
• Gravitationslinsen-Effekte: Änderungen im Gravitationspotential könnten die Linsenwirkung beeinflussen.
• Schwache gravitative Anomalien in kosmologischen Strukturen, wie sie z. B. durch Surveys wie DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) oder Euclid gemessen werden.

Herausforderungen:​

• Unterscheidung von MOND-artigen Theorien und modifizierten Gravitationstheorien.
• Sehr präzise Messungen von Gravitationslinseneffekten sind erforderlich.

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2. Thermodynamische Fluktuationen der Raumzeit auf Planck-Skalen​

Vorhersage:​

• Raumzeitfluktuationen aufgrund von thermodynamischer Struktur könnten sich in Hochpräzisionsexperimenten als Rauschsignale zeigen.

Mögliche Tests:​

• Interferometrie-Experimente mit hoher Sensitivität:
  • GEO600 (ursprünglich spekulative Hinweise auf Raumzeitfluktuationen).
  • LIGO, Virgo und KAGRA könnten in Zukunft Fluktuationen jenseits der klassischen quantenmechanischen Effekte testen.
• Tests mit optischen Resonatoren:
  • Quantenoptische Experimente mit ultrastabilen Lasern, wie sie von U. Levin (2011) und anderen untersucht wurden, könnten thermodynamische Fluktuationen der Raumzeit sichtbar machen.

Herausforderungen:​

• Schwierigkeit, thermodynamische Raumzeitfluktuationen von technischen Rauschquellen zu trennen.
• Modelle müssen präzisiert werden, um vorhersagbare Spektren der Fluktuationen anzugeben.

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3. Verbindung von Gravitation und Entropie in Schwarzen Löchern​

Vorhersage:​

• Schwarze Löcher sollten über das thermodynamische Prinzip eine fundamentale entropische Natur zeigen, was sich in Hawking-Strahlung oder Quasinormalmoden ausdrücken könnte.

Mögliche Tests:​

• Präzise Messung der Quasinormalmoden von Gravitationswellen (LIGO/Virgo/LISA)
• Laboranaloge Schwarze Löcher:
  • Experimente mit akustischen oder optischen Schwarzen Löchern könnten Hinweise liefern (z. B. Unruh-Effekte, experimentelle Hawking-Strahlung).

Herausforderungen:​

• Direkte Messung von Hawking-Strahlung ist extrem schwierig.
• Notwendigkeit der Trennung von anderen gravitativen Effekten.

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4. Modifikation der Gravitation in schwachen Feldern (Tests im Sonnensystem und auf der Erde)​

Vorhersage:​

• Mögliche kleine Abweichungen von Einstein- oder Newton-Gravitation in sehr schwachen Feldern.

Mögliche Tests:​

• Messungen mit sehr präzisen Atominterferometern (z. B. Matter-Wave Interferometry, MAQRO-Experiment, zukünftige QUANTUS-Experimente mit Bose-Einstein-Kondensaten in Schwerelosigkeit).
• Tests in der Nähe von Testmassen unter extrem schwachen Gravitationsbedingungen (Lunar Laser Ranging, MICROSCOPE-Experiment zur Äquivalenzprinzip-Überprüfung).

Herausforderungen:​

• Signale sind extrem klein, experimentelle Präzision muss auf dem Niveau von 10−1510^{-15}10−15 bis 10−1810^{-18}10−18 erreicht werden.
• Abgrenzung von Standard-Quantenmechanik erforderlich.

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Laufende und bald startende Experimente zur Überprüfung der Hypothese​

Experiment	Testbarer Bereich der entropischen Quantengravitation	Herausforderungen
LIGO/Virgo/KAGRA (laufend), LISA (2030er Jahre)	Quasinormalmoden und Raumzeitfluktuationen	Trennung von klassischen Effekten
DESI, Euclid (laufend bzw. Start 2024)	Kosmologische Skalen, Galaxienrotation	Modellunterscheidung zu MOND
Interferometrie-Experimente (z. B. GEO600, optische Resonatoren)	Quantenraumzeitfluktuationen	Störung durch technisches Rauschen
MAQRO, QUANTUS (geplante Quanteninterferometrie)	Schwache Felder, Quanten-Gravitationseffekte	Extreme Präzision nötig
MICROSCOPE, Lunar Laser Ranging	Modifikation der Gravitation auf schwachen Skalen	Keine garantierte Signalstärke

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Schlussfolgerung​

• Obwohl die entropische Quantengravitation spekulativ ist, lassen sich experimentelle Konsequenzen aus ihr ableiten.
• Einige ihrer Effekte könnten mit heutigen oder bald startenden Experimenten getestet werden, z. B. durch kosmologische Surveys, Gravitationsexperimente im Labor und hochpräzise Quanteninterferometrie.
• Die größten Herausforderungen liegen in der extrem hohen experimentellen Präzision und der Unterscheidung der vorhergesagten Effekte von anderen bekannten physikalischen Prozessen.

Fazit:
Erste Tests sind bereits möglich, aber definitive Bestätigungen oder Widerlegungen werden vermutlich noch einige Jahrzehnte dauern.

 

[TomS]

Die KI hat das aus meiner Fragestellung übernommen.

Das ist ein wichtiger Punkt.

Du musst den ChatBot in mit kritischen Fragen in die Enge treiben, um den Unterschied zwischen a) es ist spekulativ, b) ChatGPT spekuliert, c) die Fragestellung ist bereits spekulativ. Um das zu können, musst du aber einiges bereits wissen, was ChatGPT dir präsentiert, um es hinterfragen zu können.

Du darfst nicht vergessen, wie ChatGPT arbeitet: es liefert dir einen Text, der nach seinem erlernten Wissen deinen Text höchstwahrscheinlich fortsetzen würde.

 

[TomS]

Generell: der Überblick ist interessant, dei den Bewertungen wäre ich sehr vorsichtig.

 

[antaris]

Du musst den ChatBot in mit kritischen Fragen in die Enge treiben, um den Unterschied zwischen a) es ist spekulativ, b) ChatGPT spekuliert, c) die Fragestellung ist bereits spekulativ. Um das zu können, musst du aber einiges bereits wissen, was ChatGPT dir präsentiert, um es hinterfragen zu können.

Du darfst nicht vergessen, wie ChatGPT arbeitet: es liefert dir einen Text, der nach seinem erlernten Wissen deinen Text höchstwahrscheinlich fortsetzen würde.

Na mir wäre es allemal lieber, wenn sich Menschen mit fundierten wissen dem Thema annehmen, als eine KI.

Generell: der Überblick ist interessant, dei den Bewertungen wäre ich sehr vorsichtig.

Mehr als ein Überblick ist es doch auch nicht.


Es geht m.E. immer auch um die (eigene) Erwartung an solch eine Theorie. Was soll sie eigentlich erklären?
Die konventionelle Meinung geht dahin, dass es sich um etwas "unfassbares", für den Menschen wahrscheinlich überhaupt nicht verständliches und einzigen riesen großes Mysterium Namens Universum handeln und das durch eine Weltformel mit ultimativer Quantengravitation beschrieben werden muss. (so ist mein überwiegender Eindruck)

Der Versuch die bestehenden Theorien so zu verknüpfen, dass etwas völlig anderes dabei entsteht was auf dem ersten Blick fremdartig aber dennoch irgendwie machbar erscheint, kann doch so falsch nicht sein. Es muss das große Ganze betrachtet werden und da war die KI sehr hilfreich einen groben Rahmen, also einen Überblick zu verschaffen. Wie weit man damit kommt...keine Ahnung. Aber allemal besser als die mysteriösesten Probleme lösen zu wollen, die unlösbar sind (und in der Alternative einfach wegfallen!).

 

[antaris]

Frage:

Welche großräumige Struktur hat das Universum in der entropischen Quantengravitation und wie sind die Singularitäten und CTC's zu deuten? Minimiere konsistent den Grad der Spekulation.

Antwort:
EQG_Strukturen_CTC_Singularitäten.pdf

 

[antaris]

EQG_ mathematische Herleitung aus den first Principles

EQG_Herleitung der Einsteinschen Feldgleichung aus der thermodynamischen Zustandsgleichung.pdf

Eine Verbindung zur QCD?
EQG und QCD.pdf

und zur Feinstrukturkonstante?
Feinstrukturkonstante in der EQG.pdf


Welche neue Technologien könnten auf Basis der entropischen Quantengravitation entwickelt werden?

Falls sich die entropische Quantengravitation als tragfähige Theorie erweist, könnten daraus eine Reihe neuer Technologien und Anwendungen entstehen. Einige potenzielle Bereiche wären:

1. Gravitationsmanipulation und Antriebstechnologien​

• Falls es gelingt, lokale Veränderungen der Vakuumenergiedichte gezielt herbeizuführen, könnten daraus Konzepte für neue Antriebstechnologien entstehen, z. B. für Weltraumreisen ohne klassische Treibstoffe.
• Eine gezielte Beeinflussung der Gravitation könnte auch neue Methoden der Trägheitskompensation oder Antigravitation ermöglichen.

2. Quantenmetrologie und Präzisionsmessungen​

• Messgeräte, die auf einer thermodynamischen Beschreibung der Raumzeit basieren, könnten extrem empfindlich auf Schwankungen in der lokalen Energiedichte des Vakuums reagieren.
• Fortschritte bei Atomuhren, Interferometern und anderen Präzisionsinstrumenten könnten neue Tests der Gravitation und Quantenmechanik ermöglichen.

3. Quanteninformationstechnologie & nichtlokale Kommunikation​

• Eine Theorie, die nichtlokale Verschränkungseffekte systematisch in eine thermodynamische Beschreibung der Raumzeit integriert, könnte zu neuen Protokollen für Quantenkommunikation oder sogar zu verbesserten Quantencomputern führen.
• Falls eine bisher unbekannte Form der Informationsübertragung durch den Vakuumzustand existiert, könnten revolutionäre Kommunikationsmethoden entstehen.

4. Neue Energiequellen aus der Quantenvakuumstruktur​

• Falls die lokale Energiedichte des Quantenvakuums gezielt manipuliert werden kann, könnte dies eine neue Form der Energiegewinnung ermöglichen.
• Konzepte wie die „Nullpunktenergie-Nutzung“ könnten aus dem spekulativen Bereich in eine experimentell überprüfbare Richtung gelenkt werden.

5. Thermodynamische Kontrolle von Raumzeitstrukturen​

• Falls die Raumzeit tatsächlich durch frustrierte Spinsysteme oder andere thermodynamische Prinzipien beschrieben werden kann, könnten gezielte Manipulationen dieser Strukturen neue Konzepte für Wurmlöcher oder Raumzeitkrümmungen liefern.
• Dies könnte in der ferneren Zukunft sogar interstellare oder interdimensionale Reiseformen ermöglichen.

6. Experimente zur Gravitationsquantenverschränkung​

• Falls es gelingt, nichtlokale Quantenverschränkungseffekte unter schwacher Gravitation experimentell nachzuweisen, könnten sich völlig neue Anwendungen für die Kontrolle quantengravitativer Zustände ergeben.
• Diese könnten nicht nur für Grundlagenforschung, sondern auch für Sensorik und Navigation nützlich sein.

Einige dieser Konzepte sind noch weit von der technischen Umsetzung entfernt, aber falls die Theorie erfolgreich entwickelt wird, könnten in den nächsten Jahrzehnten experimentelle Durchbrüche zu ersten Anwendungen führen.

 

[antaris]

Wie können die bestätigten Vorhersagen der Loop Quantum Gravity (LQG) bzw. der Theorie der Spinnetzwerke detailliert mathematisch konsistent und unter Vermeidung von Spekulationen bzw. der Angabe des Grades der Spekulation, im Rahmen der EQG her- bzw. abgeleitet werden? Zeige Lösungen für die Herausforderungen auf, die im Rahmen dieser Überlegung entstehen? Unterstreiche deine Aussagen mathematisch. Gehe auch darauf ein, dass die LQG schwerwiegende bzw. fast unlösbare Probleme (Renormierung, Zeit, uvm.) lösen muss, die in der EQG gar nicht erst auftreten, umgangen oder auf andere Weise behandelt werden (wie z.B. Lösung des Zeitproblem mittels globale Zeitfunktion und Hyperflächen mit ADM innerhalb der EQG).

KI:
Ableitung der Vorhersagen der Loop Quantum Gravity im Rahmen der entropischen Quantengravitation (EQG)

 

[TomS]

Wie können die bestätigten Vorhersagen der Loop Quantum Gravity (LQG) bzw. der Theorie der Spinnetzwerke detailliert mathematisch konsistent …

Es gibt keine derartigen bestätigten Vorhersagen. Und es ist leider noch unklar, welche Varianten konsistent sind.

 

[antaris]

Ich habe die Fragestellung dahingehend konkretisiert.

Wie können die Vorhersagen der Loop Quantum Gravity (LQG) bzw. der Theorie der Spinnetzwerke detailliert mathematisch konsistent und unter Vermeidung von Spekulationen bzw. der Angabe des Grades der Spekulation, im Rahmen der EQG her- bzw. abgeleitet werden? Zeige Lösungen für die Herausforderungen auf, die im Rahmen dieser Überlegung entstehen. Unterstreiche deine Aussagen mathematisch. Gehe auch darauf ein, dass die LQG schwerwiegende bzw. fast unlösbare Probleme (Renormierung, Zeit, uvm.) lösen muss, die in der EQG gar nicht erst auftreten, umgangen oder auf andere Weise behandelt werden (wie z.B. Lösung des Zeitproblem mittels globale Zeitfunktion und Hyperflächen mit ADM innerhalb der EQG). Beachte auch, dass in der LQG noch unklar ist, welche Variante der Spin-Netzwerke in der LQG gültig ist. Beziehe den stabilen und metastabilen Charakter des Vakuums in der EQG mit ein.

KI:
Mathematische Ableitung der Spin-Netzwerke in der Entropischen Quantengravitation (EQG)

 

[TomS]

Wenn es nur so einfach wäre …

 

[antaris]

Warum muss es unlösbar kompliziert sein? Nur weil in den konventionellen QG's mit extremen mathematischen Aufwand einzelne Teilbereiche gibt, die konsistent sind?

Gibt es gravierende Fehler in den "Beiträgen" der KI?

 

[TomS]

Gibt es gravierende Fehler in den "Beiträgen" der KI?

Es ist alles viel zu oberflächlich.