THEMA:

Das ist eine Frage, die wir uns bei jeder Diskussion vor Augen halten sollten.
1.) Was wissen wir in der Physik eigentlich sicher (d.h. so sicher wie mit physikalischen Methoden möglich)?
2.) Wo fangen wir in der Physik die Interpretation an?
3.) Wo fangen wir in der Physik an, auf Verhältnisse zu extrapolieren, die uns experimentell nicht zugänglich sind?
4.) Wo bewegen wir uns in der Physik noch auf einem Gebiet aktueller Forschung, wo wir noch mit grundlegend neuen Erkenntnissen rechnen können?
5.) Wo spekulieren wir in der Physik über theoretisch mögliche Sachverhalte?

Zur Threaderöffnung ein paar Beispiele:

Zu 1.) und 2.) Die grundlegenden Rechnungen der Quantenmechanik würde ich als sicheres Wissen bezeichnen. Wie diese Ergebnisse zu interpretieren sind, gibt es viele Interpretationen (z.B. Kopenhagen, Bohmsche Mechanik, Vielwelten, ...), die man physikalisch nicht unterscheiden kann.

Zu 3.) Aus dem Video von Harald Lesch zum neuen Physik Nobelpreis seine Aussage (gekürzt): "Ja was ist denn jetzt in einem Schwarzen Loch? Die Antwort ist, wir wissen es nicht. Wir können darüber nichts wirklich sagen, wir können nur unsere Naturgesetze entsprechend extrapolieren.".

Zu 4.) würde ich (noch) Dunkle Materie und Dunkle Energie dazuzählen.

ClauS schrieb:
Zu 4.) würde ich (noch) Dunkle Materie und Dunkle Energie dazuzählen.

Dunkle Materie und Dunkle Energie würde ich auch noch zu 5) dazuzählen.

Dunkle Materie und Dunkle Energie sind klar im Bereich der 5!

Was ich dabei komisch finde: Der Name "Dunkel Materie"
Es ist eben auch nur eine Vermutung, dass dies eine Materieform ist.
Es gibt aber auch andere Erklärungen MOND, Felder usw.
Der Name des Unbekannte trägt schon eine mögliche Erklärung in sich.

Dunkle Gravitation ist neutraler

Claus,

danke, dass du meine Anregung sogleich aufgegriffen hast.

Ich möchte darauf aufmerksam machen, dass die Keplergesetze die Bewegungsverhältnisse der Himmelskörper bereits sehr genau beschrieben haben.
Newton hat diese Zusammenhänge mit seinen Formulierungen auf eine höhere abstrakte Ebene gehoben.
Und Einstein hat diese Beschreibungsweise wiederum auf eine höhere Abstraktionsebene gehoben mit seiner rein geometrischen Beschreibung der Raumzeit.

Das alles ist klassische Physik!

Auch in der Quantenphysik sind wir weit voran gekommen.

Die Hochzeit zwischen klassischer Physik und Quantenphysik steht noch aus.

Wir irren uns also empor!

Die Methode von Hypothese und Experiment ist und war das Erfolgsrezept!

Insofern ist genau genommen nichts gesichert, da einfach alle Zusammenhänge nicht bekannt sind.

Trotzdem haben wir Beschreibungsweisen in der Physik, die eine extrem hohe Genauigkeit der Wirklichkeit erlauben.

Insofern ist der Begriff „gesichertes Wissen“ kein 100% - Begriff.

Trotzdem verstehe ich unter gesicherten Wissen ein Wissen, dass Kepler und Newton und Einstein nicht falsch sind.
Sie relativieren sich, aber falsch sind sie nicht!

Thomas

Merkwürdig, warum antwortet denn da niemand.

Gesichertes Wissen ist doch nichts anderes, als das Wissen, das wir uns mit der Methode: Hypothese und Experiment führen zur Theorie. , erkämpft haben.

Die Erfolge der Naturwissenschaft basieren auf genau dieser Methode!

Über das erkämpfte sichere Wissen nachzudenken und wie es zustande kam, lohnt sich !

Thomas

Weil gesichertes Wissen mind. 1-2 nicht so interessant ist wie eine neue Idee.
Es macht einfach mehr spaß über 4 und 5 zu diskutieren.

Auch gesichertes Wissen gehört immer wieder auf den Prüfstand. Wir hätten sonst noch keine QM oder ART.
Aber ohne neue Ideen ist das einfach nicht sinnvoll.

Thomas schrieb:

Trotzdem verstehe ich unter gesicherten Wissen ein Wissen, dass Kepler und Newton und Einstein nicht falsch sind.
Sie relativieren sich, aber falsch sind sie nicht!

Wissen (zumindest in diesem Sinne) ist eine Näherung bzw von der Genauigkeit und Umfang (Wertebereich) der Beobachtungen abhängig.

Ein Beispiel:

Die erste Näherung der Fallgesetze war, dass "Schweres" fällt, wenn man es losläßt v~(ρ_¹/ρ_²-1) (Aristoteles < -322)
Die zweite Näherung war, dass sich die Fallgeschwindigkeit beschleunigt, g=a (Galilei 1609)
Die dritte Näherung war (fast), dass die Fallbeschleunigung vom Abstand abhängt g~1/r² (Kepler 1619)
Die vierte Näherung war, dass die Fallbeschleunigung von der Zentralmasse abhängt g~M~rs (Newton 1687)
Die fünfte Näherung war, dass Fallgeschwindigkeit und Fallbeschleunigung relativ sind, und die Beschleunigung daher der relativistischen Addition unterliegt. g~1/γ³~1/β³ (SRT 1905)
Die sechste Näherung ist aktuell, dass Fallgeschwindigkeit und Fallbeschleunigung auch vom Potential abhängen g~σ~Φ (ART 1915)

ra-raisch schrieb:

Ein Beispiel:

Die erste Näherung der Fallgesetze war, dass "Schweres" fällt, wenn man es losläßt v~(ρ_¹/ρ_²-1) (Aristoteles < -322)
Die zweite Näherung war, dass sich die Fallgeschwindigkeit beschleunigt, g=a (Galilei 1609)
Die dritte Näherung war (fast), dass die Fallbeschleunigung vom Abstand abhängt g~1/r² (Kepler 1619)
Die vierte Näherung war, dass die Fallbeschleunigung von der Zentralmasse abhängt g~M~rs (Newton 1687)
Die fünfte Näherung war, dass Fallgeschwindigkeit und Fallbeschleunigung relativ sind, und die Beschleunigung daher der relativistischen Addition unterliegt. g~1/γ³~1/β³ (SRT 1905)
Die sechste Näherung ist aktuell, dass Fallgeschwindigkeit und Fallbeschleunigung auch vom Potential abhängen g~σ~Φ (ART 1915)

Mit dieser wunderbaren Beschreibung der historischen Entwicklung des Wissensstandes über ein physikalisches Phänomens ist die Frage in der Überschrift dieses Threads eigentlich beantwortet und man könnte (!) den Thread schließen. Bevor das hier noch in ein Plauderstübchen ausartet

Der Mensch, und Physiker sind auch nur Menschen, kommt mit Ungewissheit nicht gut zurecht.
Er braucht immer eine Erklärung, egal wie unsinnig oder auch nicht. Hauptsache sie stellt uns zufrieden.
Meist stellen sich solche Erklärungen irgendwann als falsch heraus, obwohl wir so fest an sie geglaubt haben.
Moderne Kandidaten sind dunkle Materie und dunkle Energie.
Deswegen plädiere ich sehr für Vorsicht, was wir tatsächlich glauben zu wissen.

Wenn wir irgendwo auf Widersprüche stossen, dann erfinden wir immer eine Hypothese, um das mit unserem bereits gefestigten Weltbild in Übereinstimmung zu bringen.
Die Aussage, ein Experiment mit einem Ausgang, das der vorherrschenden Theorie widerspricht, und wir werfen unsere wissenschaftliiche Theorie über den Haufen ist naiv.
Stattdessen erfinden wir Hilfshypothesen, um die Theorie zu retten.
Das funktioniert eigentlich immer. In dieser Hinsicht ist der menschliche Geist ungeheuer kreativ .
Erst wenn jemand mit einer neuen Theorie kommt, in der alles bisherige Wissen passt und mit der sich auch die bisherigen "Widersprüche" besser erklären lassen setzt ein Umdenkungsprozess ein.
Typisch ist, dass die neue Theorie oft angefeindet wird, und oft muss die alte Generation, die sich ihr gefestigtes Wissen nicht einfach über den Haufen werfen lässt, aussterben und eine neue Generation von Physikern fängt an die neue Theorie zu akzeptieren.
Ein gutes Beispiel ist die Relativitätstheorie von Einstein.
Heute unangefochten, war die Theorie am Anfang heftigen Widerstand ausgesetzt, zum Teil auch als esotherisch betrachet ohne praktische Bedeutung.
Den Nobelpreis bekam Einstein bekanntlich nicht für seine Theorie, weil viel zu umstritten.
Einstein war in vielerlei Hinsicht populärer in der allgemeinen Bevölkerung als bei seinen Kollegen.

Ich glaube nicht, dass das heute so viel anders ist.
Ich glaube auch nicht daß es unumstössliche Wahrheiten gibt, die alles erklären.
Natürlich sind Theorien wie Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik experimentell gut bestätigt.
Das war Newton und Maxwell auch.
Wir neigen dazu, solche Theorien zu extrapolieren und glauben das müsste unbegrenzt Gültigkeit haben. (Es sei denn die Mathematik selbst setzt Grenzen)

Was wir machen in der Wissenschaft ist eigentlich ganz einfach.
Wir forschen nach Muster und Regeln und suchen uns dann eine Mathematik, die diese Regeln und Muster beschreiben, und extrapolieren dann.
Wohlgemerkt ich sage eine Mathematik, weil es die Mathematik gar nicht gibt.
Mathematik ist in sich stimmig, aber die Regeln und Muster haben in der Realität ihres Grenzen.

Ein Beispiel: Es wird oft behauptet dass die Quantenmechanik, die Physik revolutioniert hat, in dem nur noch Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Events benannt werden können.
Stimmt, aber das Revolutionäre ist noch was anderes.

Die klassische Stochastik passt gar nicht auf die Quantenmechanik.

Die Stochastik wurde Anfang des letzten Jahrhunderts von einem russischen Mathematiker Kolmogorov axiomatisch gefasst nach Vorarbeiten eines schottischen Mathematikers Boole (berühmt für seine Boolsche Algebra), der Gleichungen und Ungleichungen aufstellte, die für Wahrscheinlichkeitsereignisse in einem Wahrscheinlichkeitsraum zutreffen müssen.

Er nannte diese Ungleichungen "Conditions of Possible Experience" und siehe da, dort taucht schon die Bellsche Ungleichung und andere aus der Quantenmechanik auf.
(Bell hat das nicht abgeschrieben sondern vermutlich war ihm das nicht bekannt.)
Booles "Conditions of possibel Experience" werden verletzt und ergo bilden die Experimente der Quantenphysik auch keinen klassischen Wahrscheinlichkeitsraum.

So gesehen kann man die Mathematik der Quantenmechanik, komplexer Hilbertraum mit seinem ineren Produkt, auch als eine neiue Wahrscheinlichkeitstheorie verstanden werden, die anderen Regeln folgt als die klassische Stochastik, Max Borns Regel hin oder her.

Aber dass das nun alles der Weisheit letzter Schluss ist glaube ich weder für die Quantenmechanik noch für die Relativitätstheorie.

Ist schon witzig wie sich die Ansicht ändert, was als sicher gilt!
Wenn zu Zeiten von Einstein und Heisenberg... usw, die Physiker eine so starke Übereinstimmung der Theorie mit den Versuchen gehabt hätte wie wir heute, so hätten auch diese wieder behauptet wir sind am Ziel und Wissen alles zu 100%

rhm schrieb:

Aber dass das nun alles der Weisheit letzter Schluss ist glaube ich weder für die Quantenmechanik noch für die Relativitätstheorie

Wir sind uns da alle einig! Obwohl wir in beiden Theorien bis auf 10 Nachkommastellen alles so finden wie vorhergesagt.
So gut abgesichert war das Verständnis noch nie und trotzdem suchen wir weiter.
Erstaunlich! Vermutlich nimmt der menschliche Geist nie etwas als absolut gesichert an.

Unser derzeitiges Bestreben in den Überlegungen von "was kommt nach dem Standardmodell", hat auch nichts mit der Absicherung des vorhandenen Wissens zu tun. Wie wollen es eher bewusst zu Fall bringen um etwas neues zu erhalten.

Meiner Meinung nach sind aber die jetzigen "Suchrichtungen" falsch. Wir haben da eigentlich nur 4 Kategorien
1. Reine mathematische Ansätze: Beispiel die Stringtheorie. Den Versuch es mit mit mehr oder minder reiner Mathematik zu versuchen ist schon verlockend. Funktioniert der Ansatz, so ist die Theorie automatisch auch ohne jeden Zweifel richtig. Diese ist ja dann gleich mathematisch bewiesen, was als das stärkste Argument gilt. Die Versuche sind es auch Wert durchgeführt zu werden. Aber da fehlt wohl in der Mathematik noch eine weitere Entwicklung. Alles was als neue Theorien zur Zeit verkauft wird, kommt fast immer aus dieser Ecke. Finde neue mathematische Aussage und schaue danach ob das eine bessere physikalische Beschreibung ist.
2. An den gegebenen Theorien wird an den Rädchen gedreht. Beispiel MOND oder die verschiedenen Interpretationen der QM: Damit können die evtl. abweichenden Beobachtungen erklärt werden. Meiner Meinung nach ist das auch nur der Ansatz 1 innerhalb eine gegebenen Theorie. Einfach mathematisch anpassen, bis es zur nächsten Beobachtungen passt.
3. Die beiden großen Theorien sollen vereinigt werden. Da gibt es aber nur eine Richtung. Die Gravitation muss irgendwie quantisierbar sein. Da dies schon seit 60 Jahren von vielen intelligenten Leuten versucht wird, welche das gewünschte Ergebnis eigentlich kennen, habe ich da inzwischen wenig Hoffnung.
4. Es braucht eine komplett neue Idee. Da hat man aber mit den derzeitigen Wissenschaftsbetrieb einen großen Gegner. Sabine Hossenfelder hat da den Finger in die Wunde gelegt.

Was aus meiner Sicht keinen Sinn ergibt ist: => einen noch größeren LHC zu bauen und einfach nur die gegebenen Bestätigungen eine Größenordnung weiter zu treiben. Wir wollen eigentlich nicht das vorhandene Wissen weiter bestätigen. Wir suche etwas neues. Da brauche die experimentalen Physiker einfach neue Ideen für die nächste Generation an Versuchen.

Vorschlag:
Nehmt die nächsten n hundert Millionen und untersucht und katalogisiert alle Vorhandenen noch so absurden Idee um dort eine Fortschritt zu erhalten. Ist billiger und würde mehr bringen.

Cossy schrieb:

Was aus meiner Sicht keinen Sinn ergibt ist: => einen noch größeren LHC zu bauen und einfach nur die gegebenen Bestätigungen eine Größenordnung weiter zu treiben

Größere Maschine → neue Beobachtungen, das ist eigentlich alles. Das ist vollkommen von jeder Theorie unabhängig.

Größere Maschine → neue Beobachtungen, das ist eigentlich alles. Das ist vollkommen von jeder Theorie unabhängig.

Eben nicht! Der LHC ist gebaut worden, damit das Higgs- und evtl. SUSY-Teilchen gefunden werden können. Die Detektoren sind nicht allgemein für alle Beobachtungen ausgelegt. Ihr Aufbau hat immer was mit der Theorie zu tun, welche beobachtet werden soll.
Wenn man das gleiche Gerät, nur größer baut. Was soll das bringen. Higgs war in den 60er. Das hat man nun bis 2020 absolut exakt so bestätigt.
Es wurde seit den letzten drei Generationen von Beschleunigern immer nur die gegebenen Teilchen des SM gefunden. SUSY wurde immer wieder angepasst. Das wird dann wohl auch bei der nächsten Generation passieren.

Wieso glauben alle, dass man etwas Neues bekommt, wenn man immer wieder das Selbe tut?

Cossy schrieb:

Das wird dann wohl auch bei der nächsten Generation passieren.

Das kann ich nicht beurteilen, zumindest wird man wohl Messgenauigkeiten erhöhen können.

wiki;
Die maßgebliche Komponente ist ein Synchrotron in einem 26,7 Kilometer langen unterirdischen Ringtunnel, in dem Protonen oder Blei-Kerne gegenläufig auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht werden.

Wieso sollte das nur für das Higgs gut sein? Das war sicherlich nur einer der populären vordergründigen konkreten Gründe.

wiki:
In den Experimenten wurde ab 2010 ein bisher nicht erreichbarer Energiebereich erschlossen. Ein wesentliches Ergebnis der bisherigen Experimente (Stand: März 2019) ist eine außerordentlich gute Bestätigung des Standardmodells. Mehrere neue Hadronen wurden gefunden, ein Quark-Gluon-Plasma konnte erzeugt werden und erstmals wurde beim Bs0-Meson die CP-Verletzung bei seinem Zerfall in Kaonen und Pionen beobachtet sowie sein extrem seltener Zerfall in zwei Myonen. Auch beim D0-Meson gelang der Nachweis einer CP-Verletzung.

Allein die Entwicklung der Technologie ist schon ein Forschungsprojekt.

Und weiter

wiki:
Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld ist die Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum, die von den gängigen Urknalltheorien nicht erklärt wird. Unter Asymmetrie wird die Tatsache verstanden, dass das sichtbare Universum ausschließlich aus Materie und nicht zu gleichen Teilen aus Materie und Antimaterie aufgebaut ist. Das Studium der B-Physik, schwerpunktmäßig am LHCb-Experiment, soll helfen, die CKM-Matrix genauer zu vermessen. Diese Matrix enthält einen CP-verletzenden Anteil, der einen wichtigen Baustein für die Erklärung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie darstellt. Die Größe der durch das Standardmodell vorhergesagten CP-Verletzung kann jedoch die beobachtete Asymmetrie nicht erklären, sodass die Messungen auch dazu dienen, nach Abweichungen vom Standardmodell zu suchen.[73] Dabei konnte die LHCb-Kollaboration erstmals CP-Verletzung bei Bs-Mesonen nachweisen.[

Rainer,

deine obige Auflistung des Wissensfortschritts hat einen Makel:

In den letzten beiden Punkten benutzt du im Zusammenhang mit SRT und ART die Fallbeschleunigung im Schwerefeld.

Für die ART ist das richtig, aber für die SRT nicht.

In der SRT gibt es keine Kräfte und damit auch keine Beschleunigung.

Der Wissensfortschritt, der durch Einstein in die Welt kam, war, zu erkennen, dass die Lichtgeschwindigkeit eine konstante Größe ist, völlig unabhängig vom Energieinhalt der Photonen, den Trägerteilchen des Lichts.SRT!

Und dann im zweiten Schritt diese Erkenntnis zu erweitern, in dem er Kräfte zuließ, in einem Schwerefeld und diese verglich mit Kräften in einem Nichtschwerefeld. Damit steht er auf den Schultern eines Isaac Newton, der sich ja bekanntlich mit Kräften beschäftigt hat. Einstein musste also erst mit der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit klar kommen und dann im zweiten Schritt die Kraftgesetze eines Isaac Newton berücksichtigen.

Dass die erste Erkenntnis 1905 und die zweite 1915 veröffentlicht wurde, ist dabei unwesentlich.

Beide Theorien sind auf etwa 10 oder sogar 12 Stellen hinterm Komma bestätigt!

Die Herausforderung an die Physiker besteht deshalb nicht so sehr darin, die Genauigkeit noch weiter zu steigern, sondern eher darin, die klassische Physik mit der Quantenphysik zu verheiraten, also eher eine Aufgabe für die theoretische Physik, Stichwort Quantengravitation.

Aber auch hier gilt: die Kuh muss durchs Nadelöhr von QM und RTen.

Thomas

Thomas schrieb:

In der SRT gibt es keine Kräfte und damit auch keine Beschleunigung.

Die SRT berechnet nicht g (anders als Newton) aber sie sagt Dir, wie sich jede Beschleunigung von einem anderen Bezugssystem (IS) aus gesehen verändert, und das gilt natürlich auch für g.

In der SRT werden Bewegungsverhältnisse beschrieben, indem sich zwei Koordinatensysteme in Ruhe oder relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit befinden, wobei die Grenzgeschwindigkeit c ist.

Beschleunigung und damit verbundene Kräfte gibt es da nicht!

Thomas

Thomas schrieb:

Beschleunigung und damit verbundene Kräfte gibt es da nicht!

Meinst du das jetzt ernst?

Das meine ich nicht nur ernst, das ist auch so.
Die spezielle RT nimmt c als konstant an und betrachtet nur Geschwindigkeiten relativ zueinander.

Die Koordinatensysteme bewegen sich relativ zum Ruhesystem mit V, nicht mit a!

Deshalb heißt ja die SRT speziell!

Erst in der ART kommen dann Beschleunigung und damit verbunden Kräfte hinzu. Deshalb heißt sie Allgemeine RT.

Erstes Newtonschses Gesetz:
- eine Masse befindet sich in Ruhe oder bewegt sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit, wenn keine äußere Kraft wirkt.
Daraus folgt die Ableitung der SRT!

Zweites Newtonsches Gesetz:

F = m x a
das ist der Newtonsche Sockel, auf dem die ART aufbaut. Kräfte und Beschleunigung sind hier beschrieben.

Und das ist am Ende auch der Grund, warum aus Einsteins Formeln die Netwonphysik als Spezielfall heraus purzelt.

Einstein steht auf den Schultern eines Isaac Newton, eines Riesen in unserer Erkenntnisgeschichte.

Wir hatten das schon des Öfteren hier im Forum, aber scheint immer noch nicht klar zu sein.

Thomas

Thomas schrieb:

F = m x a

Und die SRT macht daraus Vierervektoren, zB die Kraft:

\( K^\mu = \frac{\mathrm d p^\mu}{\mathrm d \tau} = \gamma \frac{\mathrm d p^\mu}{\mathrm d t} \)

Du kannst es aber auch wie folgt schreiben

F¹ = γ³m·a¹

Womit Du das hier verwechselst, ist wohl ein beschleunigtes Bezugssystem. Das ist zwar in der SRT nicht vorgesehen, kann aber ebenfalls gerechnet werden.

Vierervektoren sind hier nicht der zentrale Punkt.

Physikalisch richtig ist die Unterscheidung zwischen kräftefrei SRT, und mit Kräften ART.

Thomas

Thomas schrieb:

Physikalisch richtig ist die Unterscheidung zwischen kräftefrei SRT, und mit Kräften ART.

Ich kann mit Deiner Unterscheidung auch nichts anfangen.

Die SRT begründet doch eine Transformation, welche dafür sorgt, dass die aus verschiedenen relativ zueinander in Ruhe befindlichen oder mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Koordinatensystemen heraus unterschiedlich beschriebene Physik ein und dieselbe ist und bleibt. Und mit Physik ist die gesamte Physik gemeint, mit Kräften und Beschleunigungen und nicht etwa lediglich die Physik einer Friedhofsstille.

Im Übrigen ist die SRT mittels Infinitesimalrechnung auch im Falle beschleunigter Bezugssysteme anwendbar.

ART bezieht die Gravitation insbesondere in Form der Raumzeitmetrik ein, das ist alles, mit anderen Kräften hat ART gar nichts zu tun.
F = a·m gemäß Newton bzw F = γ³a·m gemäß SRT gilt in der ART unverändert.