Wie hängen Naturkonstanten zusammen?

[kosmosmops]

Hallo zusammen!

Eigentlich bin ich schon länger registriertes Forum- Mitglied ... und habe hier schon des öfteren interessiert verschiedene Diskussionen verfolgt. Leider bin ich naturwissenschaftlicher Laie, soll heissen, wenn´s zu mathematisch wird, komm´ ich einfach nicht mehr mit ;-) Deshalb bitte ich jetzt schon zu verzeihen, wenn mir (gar grundlegende) Denkfehler bei meinen Ausführungen eingeschlichen haben. Allerdings bin ich kritikfähig. ;-)
Vorab eine kurze Geschichte: ich diskutierte mit einem Freund (noch weniger Ahnung als ich!) über die beschleunigte Expansion des Universums. Von ihm kam die Frage, ob die Expansion nicht auch Atome (bzw. den Raum zwischen Atomkern und Elektronen) beträfe. Natürlich hab ich gelacht. Und diese Geschichte eigentlich fast wieder vergessen. Doch gerade habe ich aber den Thread "Wie stabil ist Materie?" gelesen und dabei fiel mir folgendes ein: Ich habe mal in der Spektrum der Wissenschaft einen Artikel über die Veränderung von Naturkonstanten gelesen (finde diesen leider nicht mehr, habe aber ´nen äquivalenten Link zur Hand: http://www.zeit.de/2003/02/N-Naturkonstanten ). Darin wird ja behauptet, dass sich die Feinstruktur- Konstante alpha tatsächlich im Lauf der Jahrmilliarden leicht geändert rsp. verstärkt haben soll. Nun meine vielleicht abwegige Frage: Ist die Verstärkung der Feinstruktur- Konstante eventuell tatsächlich eine Folge der beschleunigten Expansion des Universums (was ja, grob gesehen, eine "Ausdünnung" der Materie im vorhandenen Raum darstellt)? Und welche Folgen hätte das (nicht nur für die Materie, sondern für den Zusammenhang von Naturkonstanten im Allgemeinen)? Ich freu mich jetzt schon auf viele anregende oder klärende Beiträge! Viele Grüsse

kosmosmops

[Orbit]

Leider bin ich naturwissenschaftlicher Laie

Ich auch.
Hallo kosmosmops (auch ein Hund? )
Weil sonst niemand antwortet, wage ich halt, den Anfang zu machen:

Ich habe mal in der Spektrum der Wissenschaft einen Artikel über die Veränderung von Naturkonstanten gelesen (finde diesen leider nicht mehr, habe aber ´nen äquivalenten Link zur Hand:...

Diese alpha-Geschichte wurde zwar vor Jahren heftig und kontrovers in der Öffentlichkeit diskutiert, seit geraumer Zeit hört man aber wieder nichts mehr davon. Ich neige zur Ansicht, dass da nichts dran sei. Meine Meinung ist aber nicht massgebend.
Sicher bin ich aber, dass man sich diese Frage...

Ist die Verstärkung der Feinstruktur- Konstante eventuell tatsächlich eine Folge der beschleunigten Expansion des Universums (was ja, grob gesehen, eine "Ausdünnung" der Materie im vorhandenen Raum darstellt)?

...erst wieder stellen sollte, wenn man sich bei der zeitlichen Veränderung der DE sicher ist. Es wird Dir ja wohl kaum entgangen sein, dass man sich neustens darüber streitet, ob sie nun zu- oder abnehme. Und darum mag ich mir über allfällige Folgen...

Und welche Folgen hätte das...

...im Moment keine Gedanken machen.
Orbit

[kosmosmops]

Hallo Orbit,

dass Du mir antwortest ehrt mich sehr: ich habe sehr viel von Dir in Diskussionen gelesen und konnte mir ob Deiner gekonnten Diskussionsführung oft ein Schmunzeln nicht verkneifen.
Tja, da war ich wohl nicht mehr up-to-date ... wie gesagt, der Gedanke "da war doch was?" ist mir halt kurz bei dem Thread über Stabilität der Materie gekommen. Die hypothetische Idee dabei war halt, ob und wie sich Naturkonstanten beinflussen könnten ... eine reines Gedankenspiel. Schliesslich haben sich an dem Thema genug kluge Köpfe schon den Kopf zerbrochen.
Aber vielen Dank für die Antwort (hatte schon ein wenig Angst, mein Thread bliebe jungfräulich ;-) )und viele Grüsse,

kosmosmops

[Orbit]

Freut mich, kosmosmops, dass wenigstens noch einer ab und zu schmunzelt. Hab schon gemeint, ich sei jeweils der einzige.

Wenn ich Deinen Thread-Titel lese, meine ich mich zu erinnern, dass Du ursprünglich nebst dieser Variabilitätsgeschichte am Schluss noch diese grundlegendere Frage gestellt habest. Oder täusche ich mich da?
Diese Frage ist nämlich allemal interessant:

Die Naturkonstanten h, c und G sind über die Planck-Grössen mit einander verknüpft:
http://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Einheiten
e und h über die Klitzingkonstante, dem sog. Vakuum-Widerstand:
Rk = h/e^2
http://de.wikipedia.org/wiki/Klitzing-Konstante
c ist 1/sqrt(mü0*epsilon0),
und weil sich die Klitzingkonstante auch aus
Rk = 1/(2 alpha)*sqrt(mü0/epsilon0) ergibt, folgt aus der Gleichung
h/e^2 = 1/(2 alpha)*sqrt(mü0/epsilon0)
e = sqrt(2h*alpha/sqrt/(mü0/epsilon0)).
Diese Gleichung lässt sich über
ebsilon0 = 1/mü0c^2
noch vereinfachen:
e = sqrt(2h*alpha/mü0c)
Hier noch die Naturkonstanten im Überblick:
http://de.wikipedia.org/wiki/Naturkonstanten

Gruss Orbit
P.S. Dieses Thema ist übrigens kein GdM-Thema. Vielleicht lässt es sich noch verschieben.

[kosmosmops]

Puh, danke für die viele Mühe ... aber, wie schon angedeutet, wenn´s um Formeln geht hakt´s bei mir. Deswegen halt ich mich eigentlich hier aus Diskussionen raus, weil mir da echt fundiertes Fachwissen fehlt. Ich verstehe grobe Zusammenhänge und versuche mir daraus ein Bild zu machen. Und ja, es war eher eine grundlegende Frage ... ich wusste halt einfach nicht, wie und ob Naturkonstanten voneinander abhängen. Wäre jetzt natürlich totaler Zufall gewesen, wenn sich die Veränderung der Feinstrukturkonstante tatsächlich bestätigt hätte, womöglich mit der beschleunigten Expansion zusammenhinge ... und noch keiner ist drauf gekommen. ;-)
Ich hab´s extra hier gepostet, weil ich nicht wusste, wie vage meine Frage sein würde und in welche Richtung die Antworten gehen könnten ...
Vielen Dank nochmal, Orbit, ich werde versuchen, mir die Naturkonstanten über wikipedia zu verinnerlichen. :-D
Viele Grüsse

kosmosmops

[exi]

Hallo kosmosmops,

Vorab eine kurze Geschichte: ich diskutierte mit einem Freund (noch weniger Ahnung als ich!) über die beschleunigte Expansion des Universums. Von ihm kam die Frage, ob die Expansion nicht auch Atome (bzw. den Raum zwischen Atomkern und Elektronen) beträfe. Natürlich hab ich gelacht. Und diese Geschichte eigentlich fast wieder vergessen.

... zwar bin auch ich erst kurz im Forum und muß selbst noch die Astrophysik der letzten 50 Jahre nacharbeiten, aber der Gedanke deines Freundes ist mir schon mal begegnet. Hier im Forum, bei Wikipedia, auf N24 und in manchen Artikeln. Mehr dazu findest du unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Big_Rip
Das ganze ist höchst hypothetisch. Und nach meinem Dafürhalten ziemlich an den Haaren herbeigezogen. (Nix das eine ewige Wiederkehr im Sinne Nietzsches ermöglichen könnte )

Doch gerade habe ich aber den Thread "Wie stabil ist Materie?" gelesen und dabei fiel mir folgendes ein: Ich habe mal in der Spektrum der Wissenschaft einen Artikel über die Veränderung von Naturkonstanten gelesen (finde diesen leider nicht mehr, habe aber ´nen äquivalenten Link zur Hand: http://www.zeit.de/2003/02/N-Naturkonstanten ). Darin wird ja behauptet, dass sich die Feinstruktur- Konstante alpha tatsächlich im Lauf der Jahrmilliarden leicht geändert rsp. verstärkt haben soll. Nun meine vielleicht abwegige Frage: Ist die Verstärkung der Feinstruktur- Konstante eventuell tatsächlich eine Folge der beschleunigten Expansion des Universums (was ja, grob gesehen, eine "Ausdünnung" der Materie im vorhandenen Raum darstellt)? Und welche Folgen hätte das (nicht nur für die Materie, sondern für den Zusammenhang von Naturkonstanten im Allgemeinen)? Ich freu mich jetzt schon auf viele anregende oder klärende Beiträge! Viele Grüsse

... unter Wikipedia findest du den Zusammenhang von Alpha mit den anderen Konstanten.Deswegen meine ich, daß Alpha aufgrund seiner Herleitung zwar ein konstanter Wert ist, aber doch nicht als grundlegende Konstante der Natur mit e, c, h, epsilon vergleichbar ist. Wenn man eine Zweiteilung in 'elementare Grundgrößen der Natur' und in 'aus Faulheit abgekürzte Kombinationen der Grundgrößen' einführen würde, dann würde Alpha in der zweiten Rubrik landen.
... sollte sich Alpha ändern, dann hieße dies natürlich dass eine oder mehrere der 4 eigentlichen Konstanten verändert wäre. Zusammen mit der gemessenen Änderung von Alpha müßten ferne Sonnen also andere Energieübergänge zeigen, und/oder andere magnetische Eigenschaften (der Korona) aufweisen, und/oder unerwartete Färbungen zeigen, und/oder sich ganz anders entwickeln als es das Hertzsprung-Russel-Diagram auflistet. Es gäbe garantiert irgend eine Eigenschaft die sich auch über Distanz nachweisen ließe!
... insgesamt habe ich selbst große Mühe mir eine Änderung der Konstanten überhaupt vorzustellen. Wenn die Änderung an der Materie (ihrer Ausdünnung, ihrem Verhalten, ihrem sonstwas) hinge, dann müßten alle Partikel untereinander zusammenhängen um die Änderung gleichzeitig oder in Folge vorzunehmen. Wenn die Änderung dagegen ein natürlicher Vorgang im Laufe der Zeit wäre, dann bräuchte es eine universell gültige Zeitskala die unabhängig vom bewegungsabhängigen Zeitfluß eines jeden Körperchens wäre.
Das Universum ist wohl zu groß um räumlich und zeitlich eine Konstanz vorzugaukeln. Entweder sind die Konstanten also fix oder wir würden aus unterschiedlichen Richtungen und aus unterschiedlichen Entfernungen höchst unterschiedliche Werte erhalten.

Und welche Folgen hätte das (nicht nur für die Materie, sondern für den Zusammenhang von Naturkonstanten im Allgemeinen)? Ich freu mich jetzt schon auf viele anregende oder klärende Beiträge! Viele Grüsse

... die Folge wäre: Quiet Earth!!! (http://de.wikipedia.org/wiki/Quiet_Earth)
Nun, du sagtest du hättest es nicht so mit Formeln (muß man auch nicht ). Dennoch: Formeln sind eigentlich nur eine abgekürzte Formulierung von Sachverhalten die sich theoretisch auch in deutscher Sprache ausdrücken ließen. (Praktisch scheitert die Übersetzung oft daran, daß ein Leser nach 15 Worten erlahmt... und einfache Formeln können schon Sätze von hundert Worten erfordern.) Unterm Strich behandeln Formeln auch nur den gesunden Menschenverstand. Sie erlauben es aber zighundert einfache Wenn-Dann-Bedingungen gleichzeitig zu denken. Dabei werden die Sachverhalte (die von den Formeln beschrieben werden) von den Konstanten nicht beeinflußt. Die Konstanten sind eher 'running gags' die immer wieder auftreten und mitgeschleppt werden müssen. Wenn sich die Gesetze nicht ändern, dann würde man dieselben Formulierungen erhalten. Mithin auch denselben Zusammenhang der Konstanten unter sich.
Wenn, siehe Orbits Beitrag, epsilon oder mü (d.h., die elektrischen und magnetischen Felder) andere Grundwerte hätten, dann wäre die Lichtgeschwindigkeit (als Zahlenwert in m/s!) anders. Dopplereffekt, relativistische Dilatation, alles was Licht und Strahlung ausmacht, dürften unverändert bleiben.
Wenn die Elementarladung e änders wäre, dann sieht die Sachlage schon schwieriger aus. Elektronenhüllen dürften die Änderung leicht abfedern. Andere Anziehung hieße nur, daß die Radien anders ausfallen und das abgestrahlte Licht andere Frequenzen zeigt. Es bliebe im Prinzip beim bisherigen, jeder Stoff hätte ein charakteristisches Spektrum und nur die beteiligten Frequenzen wären anders.
In den Atomkernen könnte die geänderte Ladung einiges durcheinanderbringen. Vielleicht (und das liest man manchmal) wären die Kerne dann nicht mehr stabil. Aber der Kernzerfall würde garantiert nach den üblichen Gesetzen ablaufen.

Über einen Zusammenhang der Konstanten an sich kann ich leider nichts aussagen. Alpha sehe ich, wie gesagt, nur als ein Hilfskonstrukt das auf elementare Größen verweist. Und eine konkrete Reduzierung zwischen Masse (Gravitationskonstante) und Ladung (Elementarladung) oder Energie (Plancksche Konstante) oder Zeitfluß (Lichtgeschwindigkeit) gibt es (noch) nicht. Und obwohl Ladung, magnetische Felder und elektrische Felder untrennbar miteinander verknüpft sind, gibt es nicht einmal in der Elektrodynamik die Möglichkeit mü und epsilon aus e abzuleiten.

tschüs
exi

[Nathan5111]

Hallo exi,

herzlich willkommen zurück im Kreis der wissensfrei Ahnenden!

Ich hatte Dich zwischenzeitlich im Verdacht, Du hättest einen festen Standpunkt jenseits aller angebrachten Vermutungen eingenommen und habe Dich deswegen mit hypothetischen Attacken eingedeckt. Da Du aber mit Deinem letzten Post zurück auf den Boden des eventuell möglichen Konjunktivs gefunden zu haben scheinst, tendiere ich dazu, meine Angriffe zurückzuziehen.

Kosmologie ist wahrscheinlich möglich
Nathan

[exi]

Hallo Nathan,

Hallo exi,

herzlich willkommen zurück im Kreis der wissensfrei Ahnenden!

Ich hatte Dich zwischenzeitlich im Verdacht, Du hättest einen festen Standpunkt jenseits aller angebrachten Vermutungen eingenommen und habe Dich deswegen mit hypothetischen Attacken eingedeckt. Da Du aber mit Deinem letzten Post zurück auf den Boden des eventuell möglichen Konjunktivs gefunden zu haben scheinst, tendiere ich dazu, meine Angriffe zurückzuziehen.

... tatsächlich habe ich keinen Standpunkt. Oder, evtl. den der klassischen Physik (so um 1920 herum). Auf jeden Fall bin ich kein Weltverschwörungstheoretiker der mit der festen Absicht ins Forum kam die Erhaltungssätze zu widerlegen, euch die Vakuumenergie zu predigen und von Antigravitation zu träumen. Mich verwundert eher, daß ich derlei von wissenschaftlicher Seite zu hören bekomme.

Kosmologie ist wahrscheinlich möglich
Nathan

... aber beschreibt sie auch den Kosmos?

tschüs
exi

[Orbit]

exi
Obwohl Du Dir eine veränderliche Feinstrukturkonstante auch nicht so recht vorstellen kannst

... insgesamt habe ich selbst große Mühe mir eine Änderung der Konstanten überhaupt vorzustellen.

...möchtest Du sie in die zweite Liga der Konstanten verbannen:

Wenn man eine Zweiteilung in 'elementare Grundgrößen der Natur' und in 'aus Faulheit abgekürzte Kombinationen der Grundgrößen' einführen würde, dann würde Alpha in der zweiten Rubrik landen.

Dort wären dann auch andere dimensionslosen Proportionalitätskonstanten wie pi und die Euler'sche Zahl, oder?

Über einen Zusammenhang der Konstanten an sich kann ich leider nichts aussagen.

Tust es dann aber doch - und wie!

Alpha sehe ich, wie gesagt, nur als ein Hilfskonstrukt das auf elementare Größen verweist. Und eine konkrete Reduzierung zwischen Masse (Gravitationskonstante) und Ladung (Elementarladung) oder Energie (Plancksche Konstante) oder Zeitfluß (Lichtgeschwindigkeit) gibt es (noch) nicht. Und obwohl Ladung, magnetische Felder und elektrische Felder untrennbar miteinander verknüpft sind, gibt es nicht einmal in der Elektrodynamik die Möglichkeit mü und epsilon aus e abzuleiten.

Bevor ich weiss, wie Du...

...eine konkrete Reduzierung zwischen...

...meinst, möchte ich mich dazu aber nicht äussern.
Orbit

[Nathan5111]

... aber beschreibt sie auch den Kosmos?

Auf jeden Fall.

Möglicherweise sogar richtig!