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Barratator
Anmeldungsdatum: 26.07.2013
Beiträge: 3
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 Barratator Verfasst am: 26. Jul 2013 17:03 Titel: Wie entstand die Energie? |
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Meine Frage:
Hallo,
eine kleine Frage von einem absolutem Physik-Noob:
Dem Energieerhaltungssatz nach kann in einem geschlossenem System keine Energie erzeugt/zerstört werden. Doch wie lässt sich das mit der Urknalltheorie vereinbaren? Irgendwann *muss* die Energie (bzw. die daraus resultierende Masse) ja mal aus dem nichts entstanden sein.
Viele Grüße
Bastian
Meine Ideen:
Entweder ich interpretiere das "abgeschlossene System" vom Energieerhaltungssatz falsch, oder ich stelle mir den Anfang vom Universum falsch vor.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18026
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| TomS Verfasst am: 26. Jul 2013 17:34 Titel: |
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Interessante aber schwierige Frage:
1) Der Urknall stellt einen singulären Anfangspunkt dar, zu dem zwar "alles begann", den wir aber mit unseren heutigen Theorien nicht beschreiben können
2) Man arbeitet heute an Theorien zur Quantengravitation, Stringtheorie usw., die es hoffentlich eines Tages ermöglichen, mehr zu 1) zu sagen
3) Energie ist in einem expandierenden Universum keine "gute" bzw. sinnvolle Größe mehr; lokale sollten die Erhaltungssätze gelten, global, also für das gesamte Universum ist das eher irrelevant; damit wird deine Frage evtl. dadurch gelöst, dass man sie gar nicht mehr sinnvoll stellen kann
4) Die Gesamtenergie müsste auch die gravitative Energie berücksichtigen, also die im Feld gespeicherte Energie (klassisch gem. Newton: die potentielle Energie); ob du's glaubst oder nicht, die gravitative Energie im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie kann man heute nicht wirklich vernünftig mathematisch definieren
5) Wenn man 4) lösen kann, darf man evtl. davon ausgehen, dass die Gesamtenergie Null ist!!! Die gravitative Energie zählt negativ und hebt andere Energieformen in Summe auf.
Aber wir bewegen uns hier auf recht gefährlich dünnem Eis
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041
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| DrStupid Verfasst am: 26. Jul 2013 17:51 Titel: Re: Wie entstand die Energie? |
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| Barratator hat Folgendes geschrieben: | | Dem Energieerhaltungssatz nach kann in einem geschlossenem System keine Energie erzeugt/zerstört werden. Doch wie lässt sich das mit der Urknalltheorie vereinbaren? Irgendwann *muss* die Energie (bzw. die daraus resultierende Masse) ja mal aus dem nichts entstanden sein. |
Davon abgesehen, dass es keine globale Energieerhaltung für das gesamte Universum gibt und die heutigen Naturgesetze kurz nach dem Urknall noch gar nicht galten, verstößt eine von Null verschiedene Anfangsenergie nicht gegen die Energieerhaltung. Es gibt schließlich keinen Zustand vor dem Urknall, gegenüber dem sich die Energie verändert hätte.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 26. Jul 2013 22:50 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | Interessante aber schwierige Frage:
5) Wenn man 4) lösen kann, darf man evtl. davon ausgehen, dass die Gesamtenergie Null ist!!! Die gravitative Energie zählt negativ und hebt andere Energieformen in Summe auf.
Aber wir bewegen uns hier auf recht gefährlich dünnem Eis |
Wenn ich mir die Dirac Gleichung genau betrachte,
http://de.wikipedia.org/wiki/Dirac-Gleichung
E²/c² = m²*c²+p²
Sehe ich, dass in unserem Universum auch negative Masse vorhanden sein darf.
Wenn ich noch berücksichtige, dass negative Masse negativen Volumen(nicht schwer vorzustellen) haben muss,
sehe ich persönlich eine Möglichkeit, dass das Universum nicht nur mit Null Gesamtenergie sondern auch mit
Null Gesamtvolumen, Null Gesamtmasse, Null Gesamtimpuls, Null Gesamtladung vorzustellen ist.
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 26. Jul 2013 23:16 Titel: |
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Ich verstehe ja nicht viel von der Materie. Aber hört man nicht immer, dass es eine leichte Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie gegeben haben muss? Zumindest die Sache mit der "null Gesamtladung" wäre damit von Tisch...
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18026
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| TomS Verfasst am: 26. Jul 2013 23:29 Titel: |
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| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Wenn ich mir die Dirac Gleichung genau betrachte, ... sehe ich, dass in unserem Universum auch negative Masse vorhanden sein darf. |
Im Rahmen der QFT und der Wigner-Klassifizierung versteht man, dass negative Masse nicht sein darf.
| Jayk hat Folgendes geschrieben: | | Ich verstehe ja nicht viel von der Materie. Aber hört man nicht immer, dass es eine leichte Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie gegeben haben muss? Zumindest die Sache mit der "null Gesamtladung" wäre damit von Tisch... |
Nein, das ist so nicht richtig. Alle Prozesse, die die CP-Invarianz verletzen, respektieren trotzdem exakt die Ladungserhaltung.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 27. Jul 2013 10:45 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | D2 hat Folgendes geschrieben: | | Wenn ich mir die Dirac Gleichung genau betrachte, ... sehe ich, dass in unserem Universum auch negative Masse vorhanden sein darf. |
Im Rahmen der QFT und der Wigner-Klassifizierung versteht man, dass negative Masse nicht sein darf. |
Die Annahme, dass Dirac Formel falsch sei wird scheitern. Das ist ein Dilemma, was leicht gelöst werden kann.
Es darf keine negative Masse geben, die positives Volumen hat und gewöhnliche Masse abstößt.
Also muss man alle Lösungen der quadratischen Gleichung akzeptieren und zugeben, dass negative Masse und negative Energie gleichberechtig mit positiver Masse und positiver Energie existieren dürfen. Da wir niemals solche seltsame Eigenschaften der Materie beobachten haben gibt es verschiedene Lösungsmöglichkeiten.
Die Energie kann schwingen zwischen positiven und negativen Werten. Unser Universum hat positive Energie, es muss noch ein Universum geben, welches negative Energie besitzt (Zeitfaktor nicht vergessen, z.B. gleichzeitige Existenz nicht möglich oder umgekehrt zwingend notwendig)
Oder dass die negative Masse nicht direkt beobachtet sein kann, da diese negatives Volumen besitzen muss.
Aber meiner Meinung nach, kann man diese indirekt nachweisen, da ich fester Überzeugung bin, dass negative und positive Massen sich gravitativ anziehen müssen. Der passende Kandidat für negative Masse ist schnell gefunden.
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18026
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| TomS Verfasst am: 27. Jul 2013 11:24 Titel: |
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| D2 hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: | | D2 hat Folgendes geschrieben: | | Wenn ich mir die Dirac Gleichung genau betrachte, ... sehe ich, dass in unserem Universum auch negative Masse vorhanden sein darf. |
Im Rahmen der QFT und der Wigner-Klassifizierung versteht man, dass negative Masse nicht sein darf. |
Die Annahme, dass Dirac Formel falsch sei wird scheitern. Das ist ein Dilemma, was leicht gelöst werden kann.
Es darf keine negative Masse geben, die positives Volumen hat und gewöhnliche Masse abstößt.
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So habe ich das nicht gesagt.
Was wir wissen ist, dass es keine negative Masse gibt, und dass physikalische Zustände positive Masse und Energie tragen müssen (im Falle von Photonen Ruhemasse Null mit ebenfalls positiver Energie). Und wie so oft ist das keine Annahme sondern eine mathematisch beweisbare Tatsache. Dazu darf man aber nicht einfach diese Gleichung anschauen, sondern man muss sich mit der Darstellungstheorie der Poincaregruppe befassen; das ist halt leider komplizierter als eine quadratische Gleichung.
Und von abstoßender Wirkung redet niemand.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Also muss man alle Lösungen der quadratischen Gleichung akzeptieren ... |
Tut man
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | ... und zugeben, dass negative Masse und negative Energie gleichberechtig mit positiver Masse und positiver Energie existieren dürfen. |
Tut man nicht, da dies zwar aus dieser Gleichung zu folgen scheint, es aber eben noch andere Gleichungen gibt ;-)
Einen Startpunkt zur Lösung findest du hier http://en.wikipedia.org/wiki/Wigner's_classification
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 27. Jul 2013 13:50 Titel: |
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Geht es um diesen Link?
http://en.wikipedia.org/wiki/Symmetry_in_physics
Totgesagte leben länger.
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Man hat verschiedene Messungen u.a. auch mit Antimaterie durchgeführt und keine Hinweise auf negative Massen gefunden. Es ist aber korrekt, dass die Massenerzeugung (durch das Higgsfeld) letztlich nicht grundlegend geklärt ist und dass negative Massen prinzipiell möglich wären. |
Da steht auch über gegenseitige Beschleunigung unterschiedlichen Massenarten und die Möglichkeit diesen Widerspruch zu lösen.
http://www.physikerboard.de/topic,27343,-negative-massenonsens-oder-notwendigkeit%3F.html
PS. Es gibt keinen Grund Plus dem Minus vorzuziehen, da beide mathematisch gesehen absolut symmetrisch sind.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18026
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| TomS Verfasst am: 27. Jul 2013 16:29 Titel: |
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Es geht um diesen Link
http://en.wikipedia.org/wiki/Wigner_classification
Und wenn du die diese Klassifizierung genau ansiehst, dann wirst du feststellen, dass negative Masse ausgeschlossen ist, bzw. sich völlig unterscheiden müsste. Das siehst du der Formel von Dirac nicht an, aber es gibt eben noch andere mathematische Gesetzmäßigkeiten, die in der Physik eine Rolle spielen. Die Wignersche Klassifizierung der Darstellungen der Poincaregruppe ist eine sehr wichtige!
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 27. Jul 2013 18:35 Titel: |
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Korrigiere mich bitte, aber haben wir nicht mit einem Zirkelschluss
http://de.wikipedia.org/wiki/Zirkelschluss zu tun?
Es wird angenommen, dass die Energie E >=0 ist.
Kein Wunder, dass die Masse niemals negativ sein darf.
PS. Seltsam ist warum so eine Frage gestellt war:
"Was bedeuten nun die negativen Eigenwerte der Energie und was das 'Loch' zwischen positiven und negativen Energielösungen?
Dirac nahm die negativen Energiezustände 'ernst', d.h. er verwarf sie nicht a priori als 'unphysikalisch' -sonst hätte man ja fragen müssen, warum sie sich überhaupt als mögliche Eigenwerte einer 'richtigen' Gleichung ergeben"
http://www.physik.uni-bielefeld.de/~yorks/pro13/v5.pdf
Aber als Lösung kam die Antimaterie raus. Diese besitzt doch auch positive Masse(zerstrahlt in Photonen, falls diese mit Materie reagieren s. Annihilation Positron-Elektron Paar).
Wo ist die Logik abgeblieben?
In diesen Gleichungen taucht die Ladung Q nicht mal auf!
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18026
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| TomS Verfasst am: 28. Jul 2013 08:51 Titel: |
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| D2 hat Folgendes geschrieben: | "Was bedeuten nun die negativen Eigenwerte der Energie und was das 'Loch' zwischen positiven und negativen Energielösungen?
Dirac nahm die negativen Energiezustände 'ernst', d.h. er verwarf sie nicht a priori als 'unphysikalisch' ... |
Man muss das im Rahmen der QFT betrachten. Diese besagt zum einen, dass alle Frequenzen zur Konstruktion eines Feldoperators verwendet werden müssen (man nimmt sie also ebenfalls ernst), dass jedoch der daraus konstruierte Hamiltonoperator positiv semidefinit ist, d.h. dass nach Regularisierung keine negativen Energien existieren!
Das Loch existiert dann nicht zwischen m und -m, sondern zwischen m und 0, und es entspricht gerade der niedrigsten Anregung des Vakuums = dem Einelektronenzustand.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 28. Jul 2013 15:44 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | D2 hat Folgendes geschrieben: |
Dirac nahm die negativen Energiezustände 'ernst', d.h. er verwarf sie nicht a priori als 'unphysikalisch' ... |
Man muss das im Rahmen der QFT betrachten. Diese besagt zum einen, dass alle Frequenzen zur Konstruktion eines Feldoperators verwendet werden müssen (man nimmt sie also ebenfalls ernst), dass jedoch der daraus konstruierte Hamiltonoperator positiv semidefinit ist, d.h. dass nach Regularisierung keine negativen Energien existieren! |
Kann es sein, dass man per „a priori“ negative Energien aus unserem Universum verband?
Aus den Augen aus dem Sinn.
Stichwort Regularisierung.
Das Adjektiv „positiv“ springt regelrecht ins Auge
http://de.wikipedia.org/wiki/Regularisierung
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Das Loch existiert dann nicht zwischen m und -m, sondern zwischen m und 0, und es entspricht gerade der niedrigsten Anregung des Vakuums = dem Einelektronenzustand. |
Was ist mit Zuständen zwischen –m und 0? Nach dem Prinzip: Was ich nicht beobachten kann existiert nicht? Also suche ich danach nicht mal.
Ist es vernünftig auf 50% der möglichen Lösungen zu verzichten, nur weil dies zu bequem ist?
Macht es Sinn die verlorenen Gegenstände, nur unter Laternen zu suchen, nur weil dort etwas heller ist?
Mathematik sagt ganz deutlich:
„Gleichungen vom Grad n haben n Lösungen.“
Vor 500 Jahren, gab es Probleme mit negativen Zahlen
„Der Franziskanermönch Luca Pacioli hatte 1494 noch behauptet,
dass Gleichungen der Form ax³ +cx = d
rechnerisch nicht aufgelöst werden können.“
http://de.wikipedia.org/wiki/L%C3%B6sen_von_Gleichungen
Aber können wir uns leisten, die Vorbehalte gegenüber negativen Zahlen(geschweige von imaginären Zahlen oder Quaternionen) zu behalten? Es gibt zu viel, was mit heutigem mathematischem Wissen nicht erklärt werden kann und dieses Wissen muss und wird ausgebaut. Aber wenn die Lösungen da sind, aber als diese nicht physikalisch oder was auch immer verworfen werden, dann schüttet man das Kind mit dem Bade aus.
Alle mathematischen Lösungen sind physikalische Lösungen falls einer der Lösung imstande ist die Wirklichkeit zu beschreiben. Die entsprechenden Beweise kann und wird die Mathematische Physik nach und nach liefern und dabei auf die theoretische Physik korrigierend wirken.
„Die Mathematische Physik befasst sich mit der mathematisch strengen Behandlung von Modellen physikalischer Phänomene. Die Übergänge zur theoretischen Physik, wo die Anforderungen an mathematische Strenge meist etwas schwächer gehalten werden, sind dabei fließend.“
http://de.wikipedia.org/wiki/Mathematische_Physik
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18026
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| TomS Verfasst am: 28. Jul 2013 20:17 Titel: |
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Also: die Zustände mit E < -m werden zwar zur Konstruktion herangezogen, jedoch nicht als Teilchen negativer Energie interpretiert (sie wegen gar nicht interpretiert). Der Gesamthamiltonoperator wird dann so renormiert, dass sein Grundzustand E=0 entspricht (du hast recht, diese Renormierung erscheint etwas ad hoc).
Die Zustände mit -m < E < 0 existieren mathematisch nicht.
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