krümmt ein schwarzes Loch den Raum oder das Licht?

Ionit

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Hallo Leute,

ich habe das Forum über Google gefunden und würde gerne eine Frage stellen.

Krümmt die Anziehungskraft eines schwarzen Loches nur "den Raum" oder das Licht - oder Beides?

Ich habe gelesen, dass ein Black Hole den Raum krümmt. Wenn die Masse eines schwarzen Loches in der Lage ist den Raum "ein Stückchen zu krümmen" dann ist die Krümmung doch umso stärker je größer die Masse eines Black Hole ist - oder?

Wenn dies so wäre - was würde mit dem Raum geschehen - wenn ALLE vorhandenen schwarzen Löcher in einem einzigen SUPERRRR-SUPER Schwarzen Loch vereint wären?????

Würde solch eine Masse nicht ausreichen um den Raum nicht nur zu krümmen sondern in sich "zusammenfallen" zu lassen? Könnte solch eine gigantische vereinte Masse nicht in der Lage sein die scheinbar immer schneller werdenden Expansion des Universums aufzuhalten?

Meiner Überlegung nach "frisst" ein "normales" schwarzes Loch zwar alle Planeten, Sterne, Sternensysteme usw. aber nicht "den Raum" selbst. Das schwarze Loch "benutzt" den Raum ja als "Transportschiene" und krümmt Ihn dabei wenn das schwarze Loch "durch das Universum reist". Was würde nun aber passieren wenn die Masse aller schwarzer Löcher auf einen Punkt vereint wäre? Die Krümmung des Raumes müsste doch dann ins Unendliche gehen und somit den Raum selbst in sich zusammen fallen lassen bzw. Ihn "aufsaugen".


Es wäre sehr nett wenn dazu jemand etwas sagen könnte.

Vielen Dank schonmal.

Matthias
 

Fisch77

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Raumkrümmung

Hallo Ionit.

Zuerst einmal besteht das Universum ja bekanntermaßen nicht nur aus der sichtbaren Materie, sondern zum weitaus größten Teil aus nicht sichtbarer Materie (Dark Matter). Ein schwarzes Loch entsteht aus den Komponenten der sichtbaren Materie´, nämlich aus Sternen. Selbst wenn man alle schwarzen Löcher des Universums zusammenfassen würde, wäre das immer noch "nur ein Bruchteil" dessen, was tatsächlich vorhanden ist. Ich könnte mir vorstellen, dass auch die dunkle Materie in der Lage ist, die Raumzeit zu krümmen, wenn sie in entsprechenden Konzentrationen auftritt. Die "Verbiegung" der Raumzeit durch ein einziges schwarzes Superloch wäre wahrscheinlich von Ausmaßen, die man sich kaum vorstellen kann. Aber ich denke nicht, dass dadurch das Universum kollabieren könnte. Das "Gegengewicht" zu dieser Kraft, nämlich die dunkle Materie, würde das mit Sicherheit verhindern.

Bis dann.
 

Ionit

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Hallo Fisch77,

vielen Dank für Deine Antwort.

Ist denn schon bekannt ob "dunkle Materie" auch von schwarzen Löchern erfasst/aufgesaugt werden kann oder ist die theoretische dunkle Materie völlig unabhängig von der Anziehungskraft eines schwarzen Loches?
 

Fisch77

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Raumkrümmung

Hallo Ionit.

Nein, bisher ist darüber noch gar nichts bekannt. Bisher ist die dunkle Materie und auch die dunkle Energie rein hypothetisch. Sie wurde eingeführt, weil die Wissenschaft sich sonst ein sich beschleunigt ausdehnendes Universum nicht erklären konnten. Aber es muss ja so etwas wie eine "treibende Kraft" geben, die diesen Trend aufrecht erhält. Ob und wie die dunkle Materie in Wechselwirkung mit der sichtbaren Materie steht, kann erst beantwortet werden, wenn sie gefunden und untersucht wird. Man darf also gespannt sein. Ich persönlich glaube, dass die beiden "Materiearten" zwar auf eine durchaus miteinander wechselwirken. Mal schauen, was die Zukunft so bringt.

Bis dann.
 

Illuminati_23

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Fisch77 schrieb:
Ich könnte mir vorstellen, dass auch die dunkle Materie in der Lage ist, die Raumzeit zu krümmen, wenn sie in entsprechenden Konzentrationen auftritt.

Jede Masse krümmtdie Raumzeit, selbst die deines Körpers. Wichtig ist dabei dass nicht nur der Raum sondern auch die Zeit gekrümmt wird. Nur so kann Gravitation gleich Raumzeitkrümmung sein.
 

Sanctitas

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Ein paar kleine Informationen ...

Hallo,

Ich hoffe, mit folgenden Zeilen etwas mehr Klarheit in die Thematik "Schwarze Löcher" zu bringen.

Jede uns bekannte Materie unterliegt der Gravitation, einer universell wirkenden Anziehungskraft. Die Gravitation nimmt dabei eine Sonderstellung ein, da alle anderen bekannten Kräfte auch abstoßende Effekte kennen. Dabei ist die Gravitation am wenigsten verstanden.

Wenn sich also Materie gegenseitig anzieht, kommt es zur Verdichtung. Irgendwann kann die Dichte so groß werden, dass Protonen (Wasserstoffkerne) ihre gegenseitige elektrostatische Abstoßung überwinden müssen und eine Kernfusion stattfindet.

Die dabei freiwerdenden Teilchen (Photonen/Licht, alle Teilchen mit hoher kinetischer Energie) üben einen Strahlungsdruck aus, der der Gravitation entgegenwirkt. Der Stern hält in seiner Größe für einige Zeit inne.

Doch irgendwann sind (annähernd) alle Protonen (Wasserstoff) verschmolzen zu Heliumkernen. Der Gravitationsdruck erhöht sich weiter. Weitere Verschmelzungsprozesse können diesen Schrumpfprozess nicht lange aufhalten. Ab der Verschmelzung zu Eisenkernen wird keine Energie mehr frei, um Strahlungsdruck zu erzeugen.

Was passiert dann?

Nach der Quantenmechanik gibt es das Pauli-Ausschließungsprinzip (allerdings nicht für alle Teilchen), dass einen Gegendruck aufbaut. Man erreicht so etwas wie einen einzigen Super-Atomkern.

Es lässt sich aber berechnen, dass ab einer kritischen Massendichte überhaupt kein Gegendruck die Gravitation mehr kompensieren kann. Der Stern schrumpft zusammen zu einem mathematischen Punkt - dem (heute so genannten) Schwarzen Loch.

Die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zeigen, dass Masse die "Raumzeit krümmt". Das ist bisher glänzend experimentell bestätigt.

"Raumzeitkrümmung" bedeutet: Die zentrale Überlegung der Allgemeinen Relativitätstheorie (wenn Du in einem Container ohne Kommunikation nach außen erwachst - der Film "Cube" lässt grüßen - kannst Du durch kein einziges physikalisches Experiment entscheiden, ob Du weit entfernt im Weltraum schwebst, oder ob Du in einem Gravitationsfeld frei fällst) führt zu einem Satz physikalischer Gleichungen mit folgenden Eigenschaften.

1) Es gibt eine Abhängigkeit zwischen Zeit (t) und Raum (x,y,z).

2) Die Gleichungen lassen sich sehr elegant formulieren, wenn man die Zeit, mit der imaginären Einheit i multipliziert, als vierte Raumdimension behandelt. Man spricht deshalb von "Raumzeit".

3) Der Raum (x,y,z) folgt nicht mehr der Euklidischen Geometrie. Vielmehr erscheint der Raum gekrümmt. Z.B. fliegt ein Photon (Lichtstrahl) gemäss Impulserhaltung immer geradeaus (lässt sich auch aus der Wellenmechanik ableiten). In der Nähe massereicher Objekt - z.B. unserer Sonne - wird daher der Lichtstrahl abgelenkt. Das ist experimentell bestätigt. Ebenso bestätigt ist hierdurch ein Teil der Periheldrehung des Merkur.

Wenn ein Objekt ein genügend hohe Massedichte erreicht, wird die Raumzeit derart stark gekrümmt, dass z.B. der Lichtstrahl nicht mehr vorbeifliegt, sondern gar zurück - oder gar nur noch um das Objekt herum.

Lichtstrahlen können die Oberfläche eines Objektes mit hoher Massendichte nicht mehr verlassen, da ihre Energie draufgeht, um gegen das Gravitationsfeld anzusteigen.

Diese Objekte nabeln sich faktisch von der uns zugänglichen/erfahrbaren Welt ab. Man spricht (heute) von schwarzen Löchern.

Die Raumzeitkrümmung ist in unserer Erfahrungswelt sehr unanschaulich. Man kann eigentlich nur Berechungen anstellen: Wie sehen Effekte in der Nähe sehr massereicher Objekte aus für den weit entfernten Beobachter?

Unsere heutige Physik stößt hier an ihre Grenzen. Die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie erlauben Singularitäten. Es gibt Widersprüche zur Quantentheorie. Beide Theorien sind in unserer Erfahrungswelt dagegen sehr erfolgreich - z.B. funktioniert UPS dank beider (!) Theorien recht gut.
 

Sky Darmos

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Schwarze Löcher

Sanctitas schrieb:
Jede uns bekannte Materie unterliegt der Gravitation, einer universell wirkenden Anziehungskraft. Die Gravitation nimmt dabei eine Sonderstellung ein, da alle anderen bekannten Kräfte auch abstoßende Effekte kennen.

Bei negativer Energiedichte ist die Gravitation auch abstoßend! Das kommt aber nur unter ganz extremen Umständen vor.

Dabei ist die Gravitation am wenigsten verstanden.

Sanctitas schrieb:
Wenn sich also Materie gegenseitig anzieht, kommt es zur Verdichtung. Irgendwann kann die Dichte so groß werden, dass Protonen (Wasserstoffkerne) ihre gegenseitige elektrostatische Abstoßung überwinden müssen und eine Kernfusion stattfindet.

Dazu müssen die Kerne sich nicht einmal ganz auf 10^13 m annähern. Die Kerne tunneln einander entgegen.

Sanctitas schrieb:
Der Stern hält in seiner Größe für einige Zeit inne.

Die Lebensdauer des Sterns ist dabei der Masse umgekehrt proportional.

Sanctitas schrieb:
Ab der Verschmelzung zu Eisenkernen wird keine Energie mehr frei, um Strahlungsdruck zu erzeugen.

Weitere Elemente wie Uran, werden wärend dem Kollaps erzeugt.

Was passiert dann?

Sanctitas schrieb:
Nach der Quantenmechanik gibt es das Pauli-Ausschließungsprinzip (allerdings nicht für alle Teilchen), dass einen Gegendruck aufbaut. Man erreicht so etwas wie einen einzigen Super-Atomkern.

Dieser sogenannte Entartungsdruck kann Kerne von Sternen mit einer Masse von bis zu 1,44 Sonnenmassen stabiel halten. Das ist die Chandrasekhar-Grenze. Dabei bewegen sich die Elektronen schon mit fast Lichtgeschwindigkeit um den Atomkern.

Sanctitas schrieb:
Es lässt sich aber berechnen, dass ab einer kritischen Massendichte überhaupt kein Gegendruck die Gravitation mehr kompensieren kann. Der Stern schrumpft zusammen zu einem mathematischen Punkt - dem (heute so genannten) Schwarzen Loch.

Bis zu einer Masse von 2,5 bis 3 Sonnenmassen kann der Sternenkern einen Neutronenstern bilden. Dabei werden die Elektronen sozusagen in die Protonen gepresst und bilden Neutronen. Das ist die Umkehrung des Beta-Zerfalls.

Sanctitas schrieb:
2) Die Gleichungen lassen sich sehr elegant formulieren, wenn man die Zeit, mit der imaginären Einheit i multipliziert, als vierte Raumdimension behandelt. Man spricht deshalb von "Raumzeit.

Abstände in der Raumzeit sind dabei entweder durch:

s = Wurzel (x^2+y^2+z^2+(tci)^2)
s= Wurzel ((xi)^2+(yi)^2+(zi)^2+(tc)^2)

Der Absolutbetrag ist dabei der selbe. Es ist also Sache der Konvenktion ob man die Zeit oder die drei Raumdimensionen als imaginärwertig betrachtet.

Sanctitas schrieb:
Wenn ein Objekt ein genügend hohe Massedichte erreicht, wird die Raumzeit derart stark gekrümmt, dass z.B. der Lichtstrahl nicht mehr vorbeifliegt, sondern gar zurück - oder gar nur noch um das Objekt herum.

Im eineinhalbfachen des Schwarzschildradius fliegen Lichtstrahlen geschlossene Bahnen. Der Schwarzschildradius ist gegeben durch:

R_SS = 2GM/c^2

Schöne Grüße,
Sky.
 

Sanctitas

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@Sky: Negative Energiedichte?

Hallo Sky,

Das mit der negativen Energiedichte verstehe ich nicht ganz.

Naiv denke ich, weniger als keine Energie gibt es nicht.
Selbst die Energiedichte Null geht wegen der Quantenmechanik nicht.

Würde negative Energiedichte nicht folgendes bedeuten?
Ich füttere diesen Bereich mit Photonen, also elektromagnetischer Energie. Bis ich die Energiedichte erreicht habe, verschwinden meine Photonen (inklusive Feld und Impuls)?

Kannst Du das erklären?
 

Sky Darmos

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Sanctitas schrieb:
Naiv denke ich, weniger als keine Energie gibt es nicht.

1) Doch, z.B. haben die virtuellen Teilchen eine so große negative potentielle Gravitationsfeldenergie dass diese ihre Massenenergie komplett aufhebt. Wird den Teilchen durch die Gezeitenkraft des Schwarzen Lochs auseinander gezogen, so werden sie reell. Das eine Teilchen wird emmitiert und das andere Fällt ins Schwarze Loch und gibt ihm eine negative Energie. Das andere Teilchen wird vom SL emmitiert. Dabei nimmt seine potentielle Energie ab. Dem SL ist die Energie des emitierten Teilchens verloren gegangen und es hat zusätzlich eine negative Energie aufgenommen.

2) Strings die um die Extradimensionen gewickelt sind heißen gewundene Strings. Diese haben negative Energie und entsprechen Exotischer Materie. Sie sind nach der Superstringtheorie zahlreich beim Urknall entstanden und haben sich gegenseitig vernichtet.
Die Windungsenergie eines solchen Strings ist gegeben durch

E_w = 2 pi w R T_s

Dabei ist w die Windungszahl, R der Umfang der kompaktifizierten Extradimensionen, also R = Wurzel (G h / 2 pi c^3) und T_s ist die Stringtension (=Stringspannung). Für w sind nur ganzzählige Werte erlaubt.
Gewundene Strings haben aber enorm große Massen, die nahe an der Planck-Masse liegen. Diese ist gegeben durch

M_PL = Wurzel (G h / 2 pi c^3) c^2 / 4 pi G

Theoretisch Exisitieren verschiedene Formen von Vakuumenergie. Davon haben einige negative Energiedichte.

An sich ist aber negative Energie auch ein problem da Teilchen mit negativer Energie, b.z.w. mit negativer Frequenz sich in die Vergangenheit bewegen müssten. Sochen Teilchen werden aber nicht beobachtet. Um den Zeitpfeil vollständig erklären zu können muss man wissen wie negative Frequenzen auszuschließen sind, d.h. wie ihre nichtexistenz aus einer Theorie abgeleitet werden kann.
 

Sanctitas

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Verständnisprobleme ...

Hallo,

@Sky Darmos: Du schreibst wie ein theoretischer Physiker. Bist Du einer? Jedenfalls hast Du mich abgehängt, was mein Verständnis angeht (ich bin nur ein kleiner Arbeitnehmer).

Dazu habe ich aber einige kleine Fragen:

Was bedeutet denn "negative Frequenz"? Wo liege ich in folgender Überlegung falsch? Frequenz ist eine Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit. Weniger als kein Ereignis verstehe ich nicht. Das Zeitintervall mit negativem Vorzeichen als mathematischen Kniff zu verwenden verstehe ich ebensowenig.
 

Sky Darmos

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Negative Frequenzen

Sanctitas schrieb:
@Sky Darmos: Du schreibst wie ein theoretischer Physiker. Bist Du einer? Jedenfalls hast Du mich abgehängt, was mein Verständnis angeht (ich bin nur ein kleiner Arbeitnehmer).

Nein, bin ich nicht. Wie in meinem Profil hier steht, bin ich Schüler und habe vor später mal noch Physik zu studieren. Ich beschäftige mich nur Hobbymäßig mit Physik, Kosmologie, Neurobiologie und Philosophie. Das mache ich seit etwa 3 Jahren und habe in dieser Zeit an die 40 oder 50 Bücher über solche Themen gelesen.

Sanctitas schrieb:
Was bedeutet denn "negative Frequenz"? Wo liege ich in folgender Überlegung falsch? Frequenz ist eine Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit. Weniger als kein Ereignis verstehe ich nicht. Das Zeitintervall mit negativem Vorzeichen als mathematischen Kniff zu verwenden verstehe ich ebensowenig.

Die heutige Physik ist eben Zeitsymmetrisch. Eine negative Frequenz ist eine Anzahl von Schwingungen die in einem negativen Zeitintervall eine Ebene im Raum passieren. Dies ist so zu interpretieren dass sich die negativen Frequenzen in die Vergangenheit bewegen.
 

Sanctitas

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Nachwehen - Literaturtipps?

Hallo,

Silly me - ich habe als Neuling gar nicht die Profile wahrgenommen.

Kannst Du mir vielleicht eine Liste empfehlenswerter Literatur zumailen (sanctitas@lycos.de)?

Vielen Dank.
 

Iwona

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man hat das Schwarze Loch erst mathematisch erklärt, doch man traute sich zuerst nicht zu glauben, das so etwas wirklich existiert. Soviel ich weiss haben z.B. Eddington, Einstein die harmonische Welt bevorzugt, wo keinen Platz für so etwas wie ein Schwarzes Loch gibt. Eddington hat sich Chandrasekhar widergesetzt, der die Grenze berechnet hatte - oberhalb dieser (Chandrasekhar-Grenze) der Gravitationskollaps nicht mehr aufgehalten werden kann.

Ich weiss es ist schwer zu beweisen, also ich meine - ein Experiment durchzuführen. Man konnte anhand der Beobachtung spekulieren z.B. das die äusserst starke Lichtkrümmung nicht durch ein "White Dwarf" (in Doppelstruktur der Sterne) verursacht ist, sondern durch zwei von ihnen ( dann wäre es ein dreifaches Struktur) und so konnte man dem Schwarzen Loch ausweichen. Das konnte man mit dem Strahlung der Matterie im Umbegung des SL nicht mehr so erklären ( oder ? )

Und wie erklärt man die negative Frequenz ? Ich kann es nicht so gut fassen, wie sie sich in die Vergangenheit bewegen kann. Ausserdem wie wurde es bewiesen, das die Hawking-Strahlung existiert?

Grüsse von Iwona
 

Sky Darmos

Registriertes Mitglied
Iwona schrieb:
man hat das Schwarze Loch erst mathematisch erklärt, doch man traute sich zuerst nicht zu glauben, das so etwas wirklich existiert.

Zur Zeit der großen Zweifel gab es aber auch erst nur die Schwarschildlösung, die ein stationäres SL beschreibt. Die Kerr-Newman-Lösung für rotierende gelandene SL folgte erst in den 60ern. Die Lösung für geladene SL heißt übrigens Reissner-Nordström-Lösung.

Iwona schrieb:
Soviel ich weiss haben z.B. Eddington, Einstein die harmonische Welt bevorzugt, wo keinen Platz für so etwas wie ein Schwarzes Loch gibt.

Einstein hatte nicht wirklich etwas gegen das Schwarze Loch an sich sondern gegen die Singularität im Innern. Er war es ja gerade der die Singularität mit der Einstein-Rosen-Brücke umgehen wollte. Das war auch ein Ansatz von Einstein zu einer Vereinheitlichen Theorie. Dort sollten Elementarteilchen Wurmlöcher sein, durch die magnetische Feldlinien führen.

Eddington hat sich Chandrasekhar widergesetzt, der die Grenze berechnet hatte - oberhalb dieser (Chandrasekhar-Grenze) der Gravitationskollaps nicht mehr aufgehalten werden kann.[/QUOTE]

Den hat am Ende eh keiner mehr ernst genommen.

Iwona schrieb:
Ich weiss es ist schwer zu beweisen, also ich meine - ein Experiment durchzuführen. Man konnte anhand der Beobachtung spekulieren z.B. das die äusserst starke Lichtkrümmung nicht durch ein "White Dwarf" (in Doppelstruktur der Sterne) verursacht ist, sondern durch zwei von ihnen ( dann wäre es ein dreifaches Struktur) und so konnte man dem Schwarzen Loch ausweichen. Das konnte man mit dem Strahlung der Matterie im Umbegung des SL nicht mehr so erklären ( oder ? ).

An der Existenz von Schwarzen Löchern gibt es eigentlich schon lange nichts mehr zu rütteln.

Iwona schrieb:
Und wie erklärt man die negative Frequenz ? Ich kann es nicht so gut fassen, wie sie sich in die Vergangenheit bewegen kann. ).

Nein, es geht ja gerade darum zu erklären warum es keine negative Frequenzen gibt. Dazu gibt es noch keine allgemein akzeptierte Möglichkeit. Die Twistortheorie könnte das erklären, wenn sie stimmen würde - was ich für unwahrscheinlich halte. Die Vorstellung von einem diskreten Raum ist aber sehr interessant. Das hat mich in letzter Zeit sehr beschäftigt.

Iwona schrieb:
Ausserdem wie wurde es bewiesen, das die Hawking-Strahlung existiert?

Das wurde noch gar nicht experimetell nachgewiesen weil SL´s mit einigen Sonnenmassen eine so kalte Strahlung aussenden. Sie liegt nur um eine winzigkeit über dem absoluten Nullpunkt - ist als nicht nachweisbar. Kleine SL die beim Urknall entstanden sein könnten, oder welche die in Teilchenbeschleunigern bald erzeugt werden können, hätten aber eine sehr starke Hawking-Strahlung, die sofort nachweisbar wäre.
 

Sanctitas

Registriertes Mitglied
@Sky: Dank ... und kleiner Widerspruch

Hallo,

@Sky: Danke für Deine Literaturtipps. Ich werde mir wohl das eine oder anderere Buch zulegen ...

Ich muss aber folgendem Satz widerprechen:
"An der Existenz von Schwarzen Löchern gibt es eigentlich schon lange nichts mehr zu rütteln. "

Noch ist die Physik eine experimentelle Wissenschaft. Und den Beweis für die Existenz schwarzer Löcher gibt es bisher nicht. Es gibt zwar viele Indizien, aber alle bewegen sich innerhalb einer bestehenden Theorie. Einer Theorie, die sich möglicherweise in Zukunft als falsch herausstellen könnte (wäre nicht das erste Mal in der Geschichte der Naturwissenschaften).

Gerade beim Thema Schwarze Löcher versagen die sonst sehr erfolgreichen Theorien Quantenphysik und Relativitätstheorie.

Ich habe das nicht begründbare Gefühl, dass die Physik in eine Krise geraten ist. Eine neue Theorie zeichnet sich noch nicht ab. Ich halte das Postulieren vieler neuer Dimensionen in der Stringtheorie für einen Irrweg.
 

Sky Darmos

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Sanctitas schrieb:
Gerade beim Thema Schwarze Löcher versagen die sonst sehr erfolgreichen Theorien Quantenphysik und Relativitätstheorie.

Sie versagen aber nicht am Ereignishorizont sondern Im Innern des SL, was für Beobachtungen unzugänglich ist.

Sanctitas schrieb:
Ich habe das nicht begründbare Gefühl, dass die Physik in eine Krise geraten ist.

Nicht begründbar?? Ich könnte dir eine sehr lange Liste von Problemen der Quantentheorie und der Relativitätstheorie aufstellen. Natürlich steckt die Physik in einer Kriese!

Sanctitas schrieb:
Eine neue Theorie zeichnet sich noch nicht ab. Ich halte das Postulieren vieler neuer Dimensionen in der Stringtheorie für einen Irrweg.

Ja, die Stringtheorie hat vorhersagentechnisch echt noch nichts geleistet. Ich halte es für lächerlich zu denken dass sich die Widersprüche aufheben wenn man einfach die altbekannten Gesetze auf Strings anwendet. Eine neue Theorie muss die Anzahl der Prinzipien reduzieren. Das tut die Stringtheorie nicht!
 

prim_ass

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Sky Darmos schrieb:
Sie versagen aber nicht am Ereignishorizont sondern Im Innern des SL, was für Beobachtungen unzugänglich ist.



Nicht begründbar?? Ich könnte dir eine sehr lange Liste von Problemen der Quantentheorie und der Relativitätstheorie aufstellen. Natürlich steckt die Physik in einer Kriese!



Ja, die Stringtheorie hat vorhersagentechnisch echt noch nichts geleistet. Ich halte es für lächerlich zu denken dass sich die Widersprüche aufheben wenn man einfach die altbekannten Gesetze auf Strings anwendet. Eine neue Theorie muss die Anzahl der Prinzipien reduzieren. Das tut die Stringtheorie nicht!

Eine neue Theorie muss die Prinzipien nicht reduzieren, sondern erklären, und das tut sie im Rahmen der zur Zeit vorhandenen Näherungsgleichungen.

Vorhersagen der Stringtheorien bzw. der M-Theorie:
-Graviton
-Kosmische Strings
-SL als Supraflüssigkeit
-Hawkingstrahlung
-Mini-SL in der Hochatmosphäre durch kosm. Strahlung
-Mini-SL in Teilchenbeschleunigern als Tori oder als Kugel bei entsprechenden Energien
-Gebrochene Ladungszahlen für Teilchen gemäß einem bestimmten Muster
-Supersymmetrie (kann zwar in die Standardtheorie nachträglich eingebaut werden, wurde aber durch Berechnungen der Stringtheorie gefunden und ergibt sich nur aus ihr als integraler Bestandteil)
-Mechanismus der frühen Inflation
-Extradimensionen

Problem: Im Gegensatz zur LQG ist sie nicht Hintergrundunabhängig, aber es sieht so aus, als ob LQG und M-Theorie miteinander vereinigt werden können.

Auch wenn es in den Medien noch nicht publik geworden ist, so befinden wir uns mitten in der dritten Superstringrevolution...
 

Sky Darmos

Registriertes Mitglied
Quantengravitation

prim_ass schrieb:
Eine neue Theorie muss die Prinzipien nicht reduzieren, sondern erklären, und das tut sie im Rahmen der zur Zeit vorhandenen Näherungsgleichungen.

Jede bisher erfolgreiche Theorie hat die Anzahl der zugrundeliegenden Postulate verringert. Immer mehr muss mit immer weniger Erklärt werden können. Oder anders ausgedrückt: Die Parameter die man "von Hand" einsetzen muss, müssen weniger werden.

Um mal ein Beispiel zu nennen: Die QT beruht auf zwei völlig verschiedenen Prinzipien, der Schrödinger Gleichung und dem Kollaps der Wellenfunktion. Eine Reduzierung der zugrundeliegenden Prinzipien, wäre hier wenn ein fundamentaleres Prinzip gefunden werden würde, das die beiden vorherigen als Näherungen enthält und vereint.

Die Grundlagenphysik ist so voll von Rätseln und die Stringtheorie beantwortet nicht mal einen winzigen Bruchteil davon!
Selbst da wo die Stringtheoretiker meinen weitergekommen zu sein haben sie nur die alten Parameter durch neue Ersetzt. Etwa die Parameter der Teilchenphysik durch die Parameter der Extradimensionen.

prim_ass schrieb:
Vorhersagen der Stringtheorien bzw. der M-Theorie:
-Graviton.

Das ist eine Nachhersage.

-Kosmische Strings

prim_ass schrieb:
-SL als Supraflüssigkeit.

Das ist nicht die Stringtheorie sondern eine Theorie mit großen Extradimensionen. Von denen gibt es so viele Versionen dass man da sicher so einiges behaupten kann. Auch dass man das Spektrum der Hawkingstrahlung "vorhergesagt" hat.

Allgemein sollte man erst mal schauen wieviele Parameter in einer Theorie stecken, bevor man sich von einer Nachhersage beeindruckt zeigt. Bei Vorhersagen braucht man gewiss nicht so skeptisch sein.

prim_ass schrieb:
-Hawkingstrahlung.

Das ist ja nichts Neues. Hat Hawking auch schon 1974 vorhergesagt.

prim_ass schrieb:
-Mini-SL in der Hochatmosphäre durch kosm. Strahlung
-Mini-SL in Teilchenbeschleunigern als Tori oder als Kugel bei entsprechenden Energien.

Aber nur in Theorien mit großen Extradimensionen. Für die M-Theorie und die gewöhnlichen 5 Superstringtheorien gilt dies nicht. Zudem können die Theoretiker nicht einmal die Energie vorhersagen bei der die SL´s erzeugt werden, sie können lediglich die Ober- und Untergrenzen angeben, die sehr weit auseinader liegen. Ebenso wie die Theorien mit Großen Extradimensionen eine Änderung der Gravitationskonstante unterhalb von 0,01 Millimetern erlaubt hätte. Das wurde aber nicht beobachtet. Solange keine Änderung beobachtet wird können die Theoretiker die Anzahl der Großen Extradimensionen entsprechend erhöhen. So haben sie auch immer was zu tun, da ihre Theorien nie wirklich wiederlegt werden, sie müssen sie nur immer den Beobachtungen anpassen.
Solche "Vorhersagen" beeindrucken mich nun weniger.

prim_ass schrieb:
-Gebrochene Ladungszahlen für Teilchen gemäß einem bestimmten Muster".

Bei Welchen Energien sind diese zu beobachten? Kann man nicht genau sagen. Hängt von Parametern der Extradimensionen ab. Aber wohl nahe der Planck-Masse. Ist ja noch besser, dann kann die Theorie erst recht nicht wiederlegt werden.

prim_ass schrieb:
-Supersymmetrie (kann zwar in die Standardtheorie nachträglich eingebaut werden, wurde aber durch Berechnungen der Stringtheorie gefunden und ergibt sich nur aus ihr als integraler Bestandteil).

Die Supersymmetrie ist aber ganz bestimmt auch ein integraler Bestandteil der Supergravitationstheorien. Von denen es übrigens auch 5 gibt.

prim_ass schrieb:
-Mechanismus der frühen Inflation.

Heißt dass, die Stringtheorie sagt das Inflaton-Teilchen voraus, das die Inflationstheorie frei erfunden hat?

prim_ass schrieb:
-Extradimensionen.

Ja, mit beliebiger Größe und noch unbekannter Form. Toll.

prim_ass schrieb:
-Problem: Im Gegensatz zur LQG ist sie nicht Hintergrundunabhängig, aber es sieht so aus, als ob LQG und M-Theorie miteinander vereinigt werden können.

Die Twistortheorie von Roger Penrose, durch die die LQG inspiriert ist, gefällt mir von der Grundidee her, schon besser. Obwohl ich sie nicht führ wahr halte, hat sie mich zu einer eigenen Hintergrundunabhängigen Theorie inspiriert, die einige ihrer Grundideen. Man sollte auch beachten dass die Twistortheorie obwohl sie als Quantengravitationstheorie nicht sehr weit gekommen ist, einige mathematisch Verfahren hervorgebracht hat die den Theoretikern sehr Nützlich waren. Penrose selbst stuft sie (bescheidenerweise), selbst als "vorläufig" ein.

Gruß, Sky.
 
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prim_ass

Registriertes Mitglied
Nun, die M-Theorie, und um diese geht es seit der zweiten Superstringrevolution 1995, erklärt eben diese Postulate und reduziert sie nicht einfach, sondern sagt mathematisch einwandtfrei die Extradimensionen vorher.

Die Extradimensionen sind kein Postulat, sondern eine mathematische Vorhersage. Das hat mit den Schwingungsvariationen der Strings zu tun.

Alle Teilbereiche, die ja in der Standardtheorie künstlich miteinander verbunden sind, werden durch die M-Theorie erklärt vermittels der Schwingungen von Strings bzw. den Branes.

Übrigens: Mathematisch ist die integrierte Darstellung eines Gravitons (erstmalig in der theoretischen Physik) eine klare Vorhersage. Das Graviton, wie es bereits verstanden wurde, war bislang nur als Einzelphänomen betrachtet worden und künstlich in den Teilchenzoo der Standardtheorie aufgenommen worden. Nicht so in der M-Theorie, hier ist das Graviton integraler und so konstruktiver Bstandteil der Theorie und wird aus den Gleichungen zwanglos vorhergesagt.

Die Twistorentheorie, die aufgrund ihrer Hintergrundunabhängigkeit in der Tat so bedeutsame mathematische Methoden bereitstellt, wurde zumindest in Teilbereichen schon als Bestandteil der M-Theorie identzifiziert. Hier gibt es aber noch einiges zu tun. Die LQG ist daher keine Konkurrenz für die M-Theorie, da sie ja an der alten Krankheit der Quantentheorie leidet und eben die Gravitation nicht kennt.

Die LQG erweist sich aber als hintergrundunabhängiger Rahmen, in dem die M-Theorie eingefasst ist, als sehr vielversprechend und wird sie entsprechend erweitern.

Zur Größe der Extradimensionen:

Hier denke ich herrscht eine falsche Vorstellung. Aufgrund der Arbeiten von Witten et al. weiß man im Rahmen der M-Theorie, dass die Größe einer Extradimension eben in einer Variante der Beschreibung R, in einer anderen, die eben nur eine Transformation darstellt, hingegen 1/R beträgt (das gleiche gilt übrigens für die scheinbare Expansion bzw. Kontraktion des Universums). Eine Unterscheidung von "großen" und "kleinen" Extradimensionen und daher ob man bestimmte Voraussagen nur der einen oder der anderen Stringtheorieversion entnehmen kann, ist mithin künstlich und rührt noch aus einem Denken im Rahmen der Standardtheorie her, was ja keine Abwertung sein soll, sondern eben nur darstellt, dass der herrschende Paradigmenwechsel berücksichtigt werden muss, wenn man solche Aussagen wie oben macht.

Zur Form der Extradimensionen betrachte man bitte die Arbeiten zu den Calabi-Yau-Räumen. Aber ich gebe hier ausdrücklich darin recht, dass man hier noch eine handfeste Kategoresierung braucht. Zumindest benötigen wir eine eindeutige Extraktion der dreilöchrigen Formen. Das steht noch aus. Hier ist noch viel zu tun. Stimmt.

Das zu 99,96%-ige sichere Auffinden eines cosmic string lensing in CSL1, siehe die entsprechend neue Rubrik im Forum, zeigt ja, wohin die Reise geht und dass man somit auch mit dem Auffinden der mini-SL in der Atmosphäre und in Teilchenbeschleunigern bei in der Tat schon bestimmten Energien rechnen muss. Wir haben hier harte Voraussagen, die bis 2010 (plusminus 2 Jahre) bestätigt sein dürften...

Aber das wird sich ja in der Zuklunft, so oder so zeigen, und braucht nun nicht weiter diskutiert zu werden...
 
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