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THEMA: Physik und Evolution

Physik und Evolution 19 Mai 2019 16:50 #51988

Liebe Mitevolvierende,
ich möchte mal den Zusammenhang zwischen Grundlagenphysik und Evolutionstheorie (u.ä.) etwas näher mit euch beleuchten.
Zum Auftakt folgender Gedanke:
Da sich Gluonen innerhalb von Protonen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, vergeht für sie die Zeit nicht (s. Thread "Gibt es die Zeit wirklich?"). Da ein beträchtlicher Teil der Masse von Protonen aber aus Gluonen besteht, heißt das doch, dass diese Protonen und andere Teilchen quasi nahezu "unsterblich" sind (solange sie stabil sind). Dies scheint mir der Grund dafür zu sein, dass solche Teilchen immense Zeiträume überdauern (wir zerfallen ja nach unserem Tod auch in Teilchen usw.).
Dann wäre Vergänglichkeit (im biologischen Sinne) etwas, das nur komplexeren Systemen aufgrund der Wechselwirkung (oder ihrem Wegfall) von Teilchen miteinander innewohnt. Und diese Wechselwirkung von komplexeren Systemen führt letztlich zu Evolution (bzw. sie ist der Grund dafür).
Da ich auf dem Gebiet der Teilchenphysik nicht so ganz fit bin, möchte ich diesen ersten Beitrag mit einer Frage schließen: Könntet ihr mal kurz zusammenstellen, wie sich das mit der Lichtgeschwindigkeit innerhalb anderer (stabiler) Elementarteilchen darstellt? Könnte man den o.g. Gedanken also auch auf sie anwenden oder müsste man da einen anderen Zusammenhang zugrunde legen?
VG
Maximilian

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Physik und Evolution 19 Mai 2019 18:56 #51993

Man sollte hier die Bezugssysteme klar trennen.

Keine Zeit vergeht für Teilchen mit Ruhemasse 0, die mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, in ihrem eigenen Bezugssystem. Etwa im Ruhesystem des Protons vergeht für die Gluonen sehr wohl Zeit.

Zudem sind die Gluonen beispielsweise im Neutron genauso aktiv wie im Proton - und das freie Neutron ist instabil.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

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Physik und Evolution 19 Mai 2019 19:44 #51995

baumeisterxxl schrieb: (wir zerfallen ja nach unserem Tod auch in Teilchen usw.)

Deshalb ist in Bayern die Oma auch nicht gestorben, sondern sie hat's derbröselt. ;)

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Physik und Evolution 19 Mai 2019 20:27 #51997

Verena,
das freie Neutron braucht fürs Derbröseln 15 Minuten, die Oma sicher länger.

Aber Spaß beiseite.
Um die Eingangsfrage zu konkretisieren, sei mal die Frage gestellt, ob die Physik evolviert.
Als Wissenschaft sicher, wir irren uns empor!
Die Naturgesetze, die ja meist Konstanten enthalten, damit das = Gleichzeichen Gültigkeit erlangt, sollten eigentlich konstant bleiben.
Wäre beispielsweise c in der Zeit variabel, gäbe es uns so nicht.
Die Evolution startet, meiner Meinung nach, mit dem Big Bang. Die Naturgesetze sind da schon gesetzt und der Inhalt des Universums beginnt sich zu entwickeln, im Rahmen dieser physikalischen Bedingungen.
Die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls sorgt beispielsweise dafür, wieviel Wasserstoff und wieviel Helium entstehen. Wäre dieser Temperaturabfall anders verlaufen, wäre das Mengenverhältnis ein anderes und die Voraussetzungen für den weiteren Verlauf wäre dann auch anders.
Die Triebfeder jeglicher Evolution ist die zwangsläufige Abnahme der Entropie! (2. Hauptsatz der Thermodynamik)
Die Dinge entwickeln sich, weil die Entropie, also das Maß für die Ordnung abnimmt. Am Ende wandelt sich alles in Wärme um und die hat die Tendenz, abzunehmen mit zunehmender Ausdehnung der Raumzeit. Das gilt im ganzen Universum und ist auch der Grund dafür, warum wir in unserer Makrowelt Abläufe als zeitbehaftet erleben.

Thomas

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Physik und Evolution 19 Mai 2019 20:47 #51999

Boah, das ist jetzt aber starker Tobak.
Thomas schreibt:

Die Evolution startet, meiner Meinung nach, mit dem Big Bang. Die Naturgesetze sind da schon gesetzt und der Inhalt des Universums beginnt sich zu entwickeln, im Rahmen dieser physikalischen Bedingungen.
Die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls sorgt beispielsweise dafür, wieviel Wasserstoff und wieviel Helium entstehen. Wäre dieser Temperaturabfall anders verlaufen, wäre das Mengenverhältnis ein anderes und die Voraussetzungen für den weiteren Verlauf wäre dann auch anders.

Ich denke, da könntest du Bedingungen und Evolution verwechseln bzw. du nimmst an, dass Evolution deterministisch aus Naturgesetzen folgt. Dann wäre aber schon im Big Bang alles angelegt. Dann hätten wir sicher eine strenge Teleologie und der Mensch als (bisherige) Krönung der Schöpfung ist doch dann schon fast denknotwendig.
Thomas schreibt:

Die Triebfeder jeglicher Evolution ist die zwangsläufige Abnahme der Entropie! (2. Hauptsatz der Thermodynamik)
Die Dinge entwickeln sich, weil die Entropie, also das Maß für die Ordnung abnimmt. Am Ende wandelt sich alles in Wärme um und die hat die Tendenz,

Evolution und 2. HS der Thermodynamik sind doch fast schon Antinomien, mindestens jedoch paradox. Wie sollte etwas, dass an sich dem niedrigsten Organisationsgrad entgegenstrebt die Feder für zunehmende Strukturen sein? Das wäre doch an sich nur überhaupt denkbar, wenn Thermodynamik notwendig die Evolution braucht um den Zustand der niedrigsten Organisation zu erreichen. Das ist, gelinde gesagt, hochspekulativ und stellt sich doch außerhalb einer jeden bestehenden Logik und hat doch eher etwas Mystisches.


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Physik und Evolution 19 Mai 2019 20:59 #52000

Vergänglichkeit im biologischen Sinne bezieht sich auf Lebewesen, die komplex sind. Die Antwort auf Deiner Frage ist also eine Tautologie.

Zu Thomas. Du hast Doch wohl verschrieben, Entropie nimmt immer zu, es sein denn, man kann sie auslagern. Letzteres geschieht z. B. in einigen komplexen Systemen wie Lebewesen.
Entropie unterliegt also der Vergänglichkeit (in weiterem Sinn).

Wer meint, er habe etwas erkannt, der weiß noch nicht, wie man erkennen soll.
1. Brief des Paulus an die Korinther 8, 2

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Wer meint, er habe etwas erkannt, der weiß noch nicht, wie man erkennen soll.
1. Brief des Paulus an die Korinther 8, 2

Physik und Evolution 19 Mai 2019 22:04 #52003

D. Rajic,
wenn ein Stein zu Boden fällt, dann wird aus potentieller Energie zuerst kinetische Energie und beim Aufprall Wärmeenergie. Diese ist die unedelste aller Energieformen, da sie idR am Ende aller Energieumwandlungsprozesse steht. Die Entropie hat abgenommen! Das Verhältnis der Teilchen zueinander ist unordentlicher geworden. Wäre es anders, würde der Stein wieder auf seine ursprüngliche Höhe emporspringen. Luftreibungsverluste bleiben unberücksichtigt, wäre auch nur wieder Wärme.
Im Universum gibt es Orte, an denen die Entropie zunimmt, wenn zum Beispiel Sterne entstehen, auch die Strukturbildung der Anordnung der Galaxien in Haufen und Superhaufen ist ein vordergründig entropiezunahmeprozess.
Langfristig zerstrahlen diese Strukturen wieder und am Ende bleibt nur Strahlung übrig und die wird ihre Wellenlänge vergrößern, so wie das aus der Hintergrundstrahlung bekannt ist. Sie hat heute eine Wellenlänge, die einer Temperatur von ca. 2,7 K entspricht.
Die Bildung von Strukturen ist nur eine vorübergehende Erscheinung, und die gelingt nur, wenn in einem vorgegebenen Raum die dafür nötige Energie vorhanden ist.
Denk an die Voids, die riesigen Sternleeren Bereiche im Universum. Da findet sicher keine Strukturbildung mehr statt. Entropieabnahme pur.
Die Abnahme der Entropie ist das bestimmende Element im gesamten Universum.
Und diese Abnahme startet mit dem Urknall.
Somit beginnt auch die Evolution mit diesem Start.
Die Naturgesetze bilden den Rahmen und innerhalb des Rahmens evolvieren die Bestandteile.

Vielleicht noch ein Beispiel:
Wäre die starke Kernkraft auch nur etwas stärker als sie ist, dann gäbe es mehr natürlich vorkommende Elemente. Jetzt haben wir 92, vom Wasserstoff bis zum Uran.
Dann gäbe es vielleicht 110 oder 120. was hätte die Evolution damit angefangen, wenn es sie denn gäbe.
Die Größe der starke Kraft hat dafür gesorgt, dass es das Periodensystem genauso füllt, wie es das tut.
Die Physik liefert den Rahmen und die Evolution macht was draus.

Thomas

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Physik und Evolution 19 Mai 2019 23:16 #52005

@Thomas
Wenn Du jeweils 'zunehmen' durch 'abnehmen' ersetzt (und umgekehrt) ... mag es ja hinkommen (oder leide ich jetzt an Demenz, Alzheimer und und und ?).

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 08:55 #52007

@Thomas,
nach meinem Empfinden hast du zu keinem meiner Punkte eine Auflösung gegeben, sondern gewissermaßen deine vorherigen Aussagen durch Explikation zementiert. Sehe ich da was nicht?


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Physik und Evolution 20 Mai 2019 10:04 #52010

Thomas schrieb: D. Rajic,
...
Im Universum gibt es Orte, an denen die Entropie zunimmt, wenn zum Beispiel Sterne entstehen, auch die Strukturbildung der Anordnung der Galaxien in Haufen und Superhaufen ist ein vordergründig entropiezunahmeprozess.
...
Thomas

Ist die Bildung komplizierter Strukturen nicht Entropieabnahme, weil sie höhere Ordnung schafft?
MfG
Lothar W.

Können Planckobjekte, mit einfacher Wechselwirkung bei Berührung, diskrete Erweiterungen der Standardphysik vereinfachen?

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Können Planckobjekte, mit einfacher Wechselwirkung bei Berührung, diskrete Erweiterungen der Standardphysik vereinfachen?

Physik und Evolution 20 Mai 2019 11:25 #52012

Ok, ich versuche mal ein bisschen „Ordnung“ reinzubringen ;-)

Ich stimme der Aussage von Thomas zu, dass die grundlegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten konstant sein müssen und von Anfang an vorhanden und gültig waren, bevor irgend etwas anderes passieren oder sich gar entwickeln konnte. Sie legen den Grundstein für alles weitere.

Zur Entropie: Eine Aussage des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik diesbezüglich ist (laut wikipedia):

„In einem geschlossenen adiabaten System kann die Entropie nicht abnehmen, sie nimmt in der Regel zu. Nur bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.“

Nun müssen wir die Bezugssysteme definieren: Zum einen die Entropie im Universum, zum anderen die Entropie in der Evolution. Wenn wir das Universum im Ganzen als geschlossenes adiabates System betrachten, dann kann die Entropie insgesamt nicht abnehmen. Das wäre sozusagen die makroskopische Betrachtung.

In Bezug auf Prozesse, wie etwa die Evolution, kann die Entropie aber sehr wohl abnehmen. Durch sie bilden sich immer komplexere Zustände heraus, die „geordneter“ sein müssen als der vorherige Zustand. Die Evolution reagiert quasi auf den Anstieg der Entropie um sie herum mit der Reduzierung der eigenen inneren Entropie.

Eine „Höherentwicklung“ oder gar „Krone der Schöpfung“ in Bezug auf Lebewesen gibt es im Übrigen nicht, alle Organismen sind in Ihrer jeweiligen Komplexheit gleichberechtigt. Jeder von ihnen hatte die gleiche Zeit zum Evolvieren, über mehrere Generationen hinweg innerhalb der jeweiligen Population durch Mutation und Selektion in einer bestimmten Umwelt. Urbakterien („Archeen“) können am Grund des Mittelatlantischen Rückens im direkten Umfeld der dortigen Black Smoker (mehrere hundert Grad heiße Quellen) überleben, der Mensch z.B. eher weniger. Komplexe Systeme müssen nicht unbedingt besser sein als einfachere.

Dies führt zu einem wichtigen Unterschied zwischen biologischer/organismischer Evolution und chemischer Evolution: Evolution braucht Vererbung über mehrere Generationen innerhalb von Populationen oder auch darüber hinweg. Auf organismischer Eben erledigen das die Gene (in der Kulturevolution die Meme).

Bei Teilchen, Atomen und Molekülen gibt es solche „Informationsträger“ nicht. Hier ist die Triebkraft (in der frühen Erdzeit) eher darin zu suchen, dass sich durch gewisse Prozesse (Autokatalyse, veränderte Fließgleichgewichte und Gradienten), wie etwa an ähnlichen Quellen wie den Black Smokern, spontan neue Strukturen und Verbindungen gebildet haben, die wiederum stabiler waren als ihre Ausgangsprodukte usw. So zumindest die Kurzform.

Im Endeffekt geht es um die Wechselwirkung des Lebens mit den gegebenen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Wie Thomas sagt: Sie geben den Rahmen vor, die Evolution muss damit umgehen.

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 12:53 #52015

Evtl. könnte man auch die Begrifflichkeiten aus der Thermodynamik einführen: Makrozustand für das Universum, Mikrozustand für die Evolution. Wenn das nicjt zusehr aus dem Zusammenhang gerissen ist...

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 13:09 #52018

Interessant, dass es zu dieser Thematik wohl ein Buch von Schrödinger gibt mit dem Titel "Was ist Leben".

de.wikipedia.org/wiki/Negentropie

Mein Fazit (ohne einen Bezug zum Buch):
Lebensformen sozusagen als - letztlich erfolglose ... wenn der Sensenmann kommt ;) - lokale Rebellionen gegen den 2. Hauptsatz der Thermodynamik.

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 15:11 #52019

Thomas schreibt:

wenn ein Stein zu Boden fällt, dann wird aus potentieller Energie zuerst kinetische Energie und beim Aufprall Wärmeenergie. Diese ist die unedelste aller Energieformen, da sie idR am Ende aller Energieumwandlungsprozesse steht. Die Entropie hat abgenommen! Das Verhältnis der Teilchen zueinander ist unordentlicher geworden. Wäre es anders, würde der Stein wieder auf seine ursprüngliche Höhe emporspringen. Luftreibungsverluste bleiben unberücksichtigt, wäre auch nur wieder Wärme.

Man braucht offensichtlich nur einmal Entropie zu nennen und die Verwirrung geht los. In deinem Beispiel hat die Entropie nicht ab-, sondern zugenommen. Das kann aus meiner Sicht auch logisch hergeleitet werden. "Endziel" der Entropie ist der Zustand, bei dem am wenigsten ordnungsbildende Strukturen bestehen, der geringste Informationsgehalt notwendig wird und was auch sonst zur Definition benötigt wird. Du sagst, dass die Ordnung abgenommen hat. Mit der Kategorie Ordnung sollte man sicher besonders vorsichtig sein, da man durchaus auch annehmen könnte, dass das thermodynamische Gleichgewicht eben besonders ordentlich ist. Also vielleicht eher so etwas wie Aufwand für Ordnung, Aufwand für Information usw. besonders gering sein (oder 0 sein).
Baumeister xxl schreibt:

In Bezug auf Prozesse, wie etwa die Evolution, kann die Entropie aber sehr wohl zunehmen. Durch sie bilden sich immer komplexere Zustände heraus, die „geordneter“ sein müssen als der vorherige Zustand. Die Evolution reagiert quasi auf den Anstieg der Entropie um sie herum mit der Reduzierung der eigenen inneren Entropie

Das Entscheidende habe ich fett markiert. Ich nehme an, dass du dich hier verschrieben hast. Ansonsten müsstest du aus meiner Sicht noch einmal in dich gehen. Wenn etwas tiefer, komplexer strukturiert wird, dann nimmt die Entropie ab (sicher nur in diesem abgegrenzten Bereich). Auch würde die Zunahme nicht zu deinem vorher Gesagten passen.
Im Übrigen bin ich der Meinung, dass deine Klarstellung vor allem ein Aneinanderreihen von Postulaten ist. Herleiten kannst du so etwas nicht. Die Antinomien lassen grüßen.


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Physik und Evolution 20 Mai 2019 15:34 #52020

Zum einen: Die Erde ist durch die Sonnenenergie kein geschlossenes System. Zum andern: Leben kann Entropie exportieren und deshalb lokal vermindern. Aber die Zunahme der Entropie insgesamt ist nicht aufzuhalten.
Es gibt aber noch eine inner-evolutionäre Überlegung: Je komplexer ein Organismus, umso störanfälliger ist er. Höherentwicklung ist also ein Überlebensnachteil. Wird dies eigentlich von Biologen reflektiert?

Wer meint, er habe etwas erkannt, der weiß noch nicht, wie man erkennen soll.
1. Brief des Paulus an die Korinther 8, 2

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Wer meint, er habe etwas erkannt, der weiß noch nicht, wie man erkennen soll.
1. Brief des Paulus an die Korinther 8, 2

Physik und Evolution 20 Mai 2019 22:29 #52032

Entschuldigt bitte, ich werfe immer die Entropie mit der Ordnung in einen Topf und setze deren Zu- oder Abnahme jeweils gleich. Ist natürlich falsch.
Ihr habt recht, wenn die Entropie zunimmt, nimmt die Ordnung ab und umgekehrt.

Vielleicht merk ich mir das endlich mal.

Nochmal sorry, hier für Verwirrung gesorgt zu haben.

Verena, zweifel an mir, nicht an dir?

Thomas
Folgende Benutzer bedankten sich: Struktron

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 23:08 #52033

Noch eine Zusatzbemerkung:

Die Energieerhaltung steht im ersten Hauptsatz, die Entropie im zweiten.

Da muss man, glaube ich, sehr deutlich unterscheiden.

Die Natur treibt Aufwand, um Strukturen zu erzeugen. Das kann sie nur mit Hilfe des ersten Hauptsatzes.
Das längerwährende Schicksal des Universums wird vom zweiten Hauptsatz bestimmt.

Die Entropie nimmt zu, die Ordnung ab.

D.Raijc:

Im jetzigen Zustand kann das Universum durch Energiedifferenzen immer noch für Komplexität sorgen.
Je älter es wird, umso mehr verliert es diese Fähigkeit. 2. Hauptsatz!

Thomas

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 23:55 #52034

Thomas schrieb: Verena, zweifel an mir, nicht an dir?

Nein, so war das nicht gemeint. Dass man Dinge schon mal durcheinander wirft ist mir durchaus nicht fremd. So kann ich mir z.B. (obwohl ich mit der deutschen Sprache und auch der Orthographie nicht auf dem Kriegsfuß stehe) um's Verrecken (jeglicher Versuch erweist sich da als völlig für die Katz') nicht merken, ob es nun Amarturenbrett oder Armaturenbrett heißt. ;-)

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Physik und Evolution 20 Mai 2019 23:59 #52035

Martin O,
Komplexitätszunahme ist ein Ergebnis der Evolution und Evolution ist ein energiebasierter Prozess.
Solange die Sonne diese Energie liefert, steht einer Komplexitätszunahme biologischer Systeme nichts im Weg.
Nur die Endlichkeit der Sonnenlebensdauer wird dem Komplexitätszuwachs ein Ende setzen.
Denk mal in längeren Zeiträumen.

Thomas

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Physik und Evolution 21 Mai 2019 02:35 #52037

Ich bin kein Freund von "Entropie". Vieleicht ist es besser stattdessen von thermodynamischen Gleichgewicht (engl. equilibrium) bzw. dem Streben danach zu sprechen. Das meint meines Erachtens das selbe wie höchste Entropie ist aber weniger verwirrend ;)

Zur Evolution: könnte es eventuell sein das nur eine solche Quantenfluktuation urknallen konnte die bestimmte Bedingungen erfüllte? Dann wären unser Universum mitsamt der geltenden Naturgesetze ggf. selbst Folge eines evolutionären Prozesses.

assume good faith

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assume good faith

Physik und Evolution 21 Mai 2019 10:23 #52042

Hallo,
vor ein paar Jahren habe ich einge Gedanken dazu aufgeschrieben (z.B. 2016 und 2017-DSM.pdf):
Evolutionsgrundlagen
Wegen des Bohrschen Korrespondenzprinzips funktioniert die Erklärung vieler
quantenmechanischer Vorgänge mit klassischen Bildern. Diese implizieren auch
Beschreibungsmöglichkeiten ähnlich der kinetischen Gastheorie und mit diesen
die Gültigkeit des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Dieser verursacht
aber die Auflösung von Strukturen im postulierten Substrat, was einen
Widerspruch hervorruft, der ausgeräumt werden muss.
Bei Akzeptanz des Postulats eines Urknalls müsste damit ein Maximum an
Ordnung verbunden gewesen sein, wenn auch damals schon der zweite
Hauptsatz der Thermodynamik galt und auch auf infinitesimal kleine
Strukturen angewendet werden kann. Wenn sich aus Gaswolken Galaxien mit
Sternen, Planeten, unterschiedlichen Atomen und Molekülen sowie höhere
Lebewesen,… bilden konnten, sollte all diese höhere Ordnung schon beim
Urknall in der angenommenen (angenäherten) Singularität vorhanden gewesen
sein. Aus einfachen chaotisch bewegten diskreten Objekten würden sich ohne
ein zusätzliches Naturgesetz keine solchen Strukturen bilden. Dessen Existenz
wird wegen des zweiten Hauptsatzes, der in der aktuellen Formulierung keine
thermodynamische Vernichtung von Entropie erlaubt, bezweifelt. Weil Wärme
proportional zu den Quadraten der Teilchengeschwindigkeiten ist, gilt natürlich,
dass diese selbständig nur vom wärmeren zum kälteren Körper fließt. Die
Berücksichtigung der Massendichte erklärt bekanntlich, weshalb massive
Körper oft kälter erscheinen als die Umgebung. Oder besteht da ein
Widerspruch? Gibt es im ganz Kleinen einen Antrieb für Evolution, welcher im
Substrat des Vakuums die Bildung von Strukturen ermöglicht oder gar
erzwingt?
Der Begriff „Ordnung“ ist bisher nicht für alle zufriedenstellend definiert. Seine
Verwendung zur Interpretation des zweiten Hauptsatzes wird kontrovers
diskutiert. Hier wird als Arbeitshypothese einfach nur angenommen:

Ein Zustand mit anderen als Durchschnittswerten von Anzahldichte bzw.
Durchschnittsgeschwindigkeit, innerhalb eines begrenzten Bereichs, besitzt
gegenüber der Umgebung mit einem unbegrenzten Reservoire dieser Werte,
eine höhere Ordnung.
Dabei wird das Maß W der Ordnung eines Zustands zu: W = P(A), der
Wahrscheinlichkeit, welche für das Auftreten von Ereignissen definiert ist.
Um Ordnung bzw. Unordnung im betrachteten Substrat quantifizieren zu
können, bietet sich an, absolutes Chaos, welches durch Thermalisierung
erzeugt wird, mit der Maxwell-Boltzmannschen-Geschwindigkeitsverteilung und die Dichte bzw. freie Weglänge mit einer ähnlichen Wahrscheinlichkeitsverteilung zu verbinden. Höhere Strukturen bzw. daraus gebildete Systeme, werden in der Standardphysik durch Funktionen von
Wahrscheinlichkeitsverteilungen beschrieben. Dabei ist darauf zu achten, dass
keine elementaren Ereignisse des Substrats doppelt gezählt werden. Es gelten
die bekannten Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnung:
P (Ai ∩A j )=P (A i)⋅P (A j )
Nur paarweise unabhängige Ereignisse aus einer höheren Stufe von
Systembildung werden in einem Maß für die Ordnung gezählt.
In diesen Systemen entstehen durch Thermalisierung neue Mittelwerte. Deren
Superposition ist unter Berücksichtigung elementarer Wechselwirkungen bis
zur Grenze tolerierbarer Fehler möglich und Hauptmerkmal der
Standardphysik. Jede stabile Abweichung von den Parametern elementarer
Wahrscheinlichkeitsverteilungen (Geschwindigkeiten und Dichte bzw. freie
Weglängen) sollte dann ein Maß für eine höhere Ordnung im ursprünglichen
Chaos darstellen. Bei der Beschreibung ist deren Definition, welche auf die
Stufe der Systembildung gegenüber den kleinsten Objekten des Substrats
weist, ein wichtiger Hinweis auf das Maß der Ordnung. Diese Überlegung öffnet
ein weites Feld intensiver Forschung, auch experimentell. Hinweise auf ein
damit zusammen hängendes Verhalten der Natur im ganz Kleinen sind
beispielsweise auftretende Buckel in den Graphen von Stoßexperimenten.57
Damit wird nun, ein Teil des zweiten Hauptsatzes etwas umformuliert:
Entropie S = kB ln W ist ein Maß für die Unordnung bzw. für die
thermodynamische Wahrscheinlichkeit W eines Zustandes.
Die Entropie nimmt in einer begrenzten Struktur zu, wenn sich durch deren
Oberfläche wegen der Thermalisierung die Eigenschaften an diejenigen der
Umgebung anpassen, wobei das System dem thermodynamischen
Gleichgewicht näher kommt oder
die Entropie nimmt ab, wenn in einem begrenzten Gebiet die Ordnung aus
eigenem Antrieb größer wird und demnach Systeme stabil bleibend von der
Umgebung abweichende Mittelwerte der Geschwindigkeiten oder
Anzahldichte erhalten.
Der erste Teil ist durch viele beobachtete Phänomene bekannt und auf
Wechselwirkungen durch Superposition zurückzuführen. Auf den zweiten Teil
kann durch die bereits aus dem Postulat (Exstenz stoßender Objekte) folgende Symmetrie von möglichen Stoßereignissen geschlossen werden. Jeder Stoß könnte auch umgekehrt
verlaufen, obwohl es sicher ist, dass es keine zwei gleichen Stöße geben kann.
Die selbständige Bildung von stabilen, also nicht nur lokalen und
vorübergehenden, Abweichungen vom statistischen Chaos, ist dann ein Beweis
für den zweiten Teil. Lokal können Durchschnittsgeschwindigkeiten sowohl
abnehmen als auch zunehmen, was mit Materieansammlung (=>Entropieabnahme) oder -verdünnung (=>Entropiezunahme) verbunden ist. Die Stoßfrequenzen ändern sich im Gleichgewicht nicht. Sowohl Entropieabnahme als auch Entropiezunahme kommen bei der Evolution im Universum vor.
MfG
Lothar W.

Können Planckobjekte, mit einfacher Wechselwirkung bei Berührung, diskrete Erweiterungen der Standardphysik vereinfachen?
Folgende Benutzer bedankten sich: D.Rajic

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Können Planckobjekte, mit einfacher Wechselwirkung bei Berührung, diskrete Erweiterungen der Standardphysik vereinfachen?

Physik und Evolution 21 Mai 2019 14:05 #52053

Merilix schreibt:

Ich bin kein Freund von "Entropie". Vieleicht ist es besser stattdessen von thermodynamischen Gleichgewicht (engl. equilibrium) bzw. dem Streben danach zu sprechen. Das meint meines Erachtens das selbe wie höchste Entropie ist aber weniger verwirrend

Na, ich fürchte, dass wir uns dann die Einfachheit durch Ungenauigkeit einkaufen. Ein thermodynamisches Gleichgewicht ist nichts Ungewöhnliches und wird wohl häufig angetroffen. Wenn ich es richtig zusammenbekomme, ist die Voraussetzung, dass es keine unterschiedlichen Temperaturen gibt (wohlgemerkt: irgendeine Temperatur, dass keine chemischen Reaktionen ablaufen und dass keine mechanischen Vorgänge stattfinden (gleicher Druck, keine Aussenwirkungen etc.). Meines Wissens kann man das recht oft in Gasbehältern herstellen (oder abwarten?). Das ist dann aber auch Entropie.
In der hiesigen Diskussion trägt der Begriff Entropie deutlich mehr Gewicht und richtet sich wohl letztlich auf absoluten Tod des Universums. Da wird wohl wegen des Gitterzitterns oder Atomzitterns nicht ganz 0 Kelvin erreicht, aber dem sehr nahe gekommen. Wenn ich die Position von Thomas mal zusammenfasse, könnte man sagen, dass die Evolution Schuld daran trägt, dass die Entropie voranschreitet und das auch noch immer schneller. Wir sind gewissermaßen in eine griechische Tragödie hineingeboren, die nur dazu führt, dass alles Sein und Handeln dem Dilemma nicht entkommt.
Allerdings habe ich auch schon die Interpretation gelesen, dass die Evolution genau eben kein entropisches System ist. Evolution ist ein Dissipatives, dass entropiefern ist oder nichts mit ihr zu tun hat. An anderer Stelle habe ich schon einmal thematisiert, dass es in der theoretischen Physik und in der Naturphilosophie durchaus nicht ausgemacht ist, dass unser Universum dem 2. HS auf den ganz großen Skalen unterworfen ist. Bislang kann das Universum - so wie es jetzt beschrieben ist - in seiner Geschichte so gesehen werden, dass es sich von einem Zustand des thermodynamischen Gleichgewicht hin zu immer komplexeren Strukturen entwickelt hat. Was anderes hat wohl noch keiner beobachtet. Dass die Voids immer größer werden ist für mich überhaupt kein Argument. Wenn unser Universum abgeschlossen ist, dann ist das sogar ein starkes Zeichen, dass das Gleichgewicht sich im Moment sogar entfernt. Aber die Entropie hat Anhänger, die sie irgendwie in Richtung einer Religion bringen. Die Empirie im Bezug auf das Universum zeigt sie gar nicht, aber das Fatum wird es schon einholen. Mal ab davon, dass das auch voraussetzt, dass ich weiß, dass unser Universum als abgeschlossen zu gelten hat.


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Physik und Evolution 21 Mai 2019 16:19 #52056

Die Gesetze der Thermodynamik sind gut untermauert. Die Zunahme der Entropie, dass die Abläufe im Universum unumkehrbar sind. Das ist gut empirisch untermauert. Wir müssen damit leben, dass die Entropie am Anfang minimal war und immer zunimmt. Physikalisch spricht nichts dagegen, dass sie lokal abnimmt. Wir leben in offenen Systemen, die Erde wird von der Sonne bestrahlt, Pflanzen können dies durch Photosynthese setzen, auch Stoffwechsel ist Entropieexport. Der Begriff Ordnung ist schwammig und sollte aus physikalischen Überlegungen verschwinden, oder es wird ungenau.
Die Frage nach den immer komplexer werdenden Strukturen ist hauptsächlich eine biologische. Da müssen wir wohl hinnehmen, dass eine Höherentwicklung stattfand, obwohl die niedrigeren Lebensformen die robusteren sind und es demzufolge anders herum sein müsste. Genauso wie wir damit leben müssen, dass es in der Singularität am Anfang viel Energie gab aber keine Entropie. Darüber weiter zu denken bringt nichts, dann kommen so Sachen, dass bestimmte Physikalische Gesetze nicht galten oder andere unbekannte galten oder es noch mehr gibt als Alles (sehr Logisch ;) ) oder sonst eine esoterische oder religiöse Ansicht. Physik kann eben nicht alles, vor allem nicht die Fragen beantworten, die uns auf den Nägeln brennen.


@ Thomas: Ich kann von #52035 keinen sinnvollen Bezug zu einem Posting von mir erkennen.

Wer meint, er habe etwas erkannt, der weiß noch nicht, wie man erkennen soll.
1. Brief des Paulus an die Korinther 8, 2

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Wer meint, er habe etwas erkannt, der weiß noch nicht, wie man erkennen soll.
1. Brief des Paulus an die Korinther 8, 2

Physik und Evolution 21 Mai 2019 18:19 #52059

Cool, danke für den Tipp! Scheint ja genau in die Richtung zu gehen...

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Physik und Evolution 21 Mai 2019 18:24 #52060

@ Raijc: Stimmt, habe mich verschrieben, hast Recht...

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Physik und Evolution 21 Mai 2019 19:09 #52063

Martin-O schreibt:

Die Zunahme der Entropie, dass die Abläufe im Universum unumkehrbar sind. Das ist gut empirisch untermauert. Wir müssen damit leben, dass die Entropie am Anfang minimal war und immer zunimmt.

Echt jetzt? Wer hat denn das Universum empirisch untersucht? Wie ich schon sagte, (hat Meister Lesch auch schon in seinen Video-Vorlesungen dargestellt) nach unserer Theorie für den Zustand kurz nach dem Urknall ist für das Universum ein thermodynamisches Gleichgewicht anzunehmen. Warum verlässt es dieses Gleichgewicht, um dann auch nach deiner Position dann unmittelbar auf einen angenommenen niedrigsten Level der Entropie zu verfallen (Plasma, freie atomare Teilchen usw.)? Gleichwohl ist die Strukturierung zu der Zeit auch noch auf einem sehr niedrigen Level und nimmt seitdem zu. Nicht nur Penrose und Smolin stellen sich die Frage, ob Entropie auf kosmischen Skalen gilt.


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Physik und Evolution 21 Mai 2019 19:52 #52064

D.Rajic schrieb: Ein thermodynamisches Gleichgewicht ist nichts Ungewöhnliches und wird wohl häufig angetroffen. Wenn ich es richtig zusammenbekomme, ist die Voraussetzung, dass es keine unterschiedlichen Temperaturen gibt ... Meines Wissens kann man das recht oft in Gasbehältern herstellen (oder abwarten?).

Gasbehälter haben meist eine Wand und außerhalb der Wand ein ganzes Universum. Ein Gasbehälter ist so gesehen kein abgeschlossenes System und es herrscht kein wirkliches Gleichgewicht.

D.Rajic schrieb: ... dass es in der theoretischen Physik und in der Naturphilosophie durchaus nicht ausgemacht ist, dass unser Universum dem 2. HS auf den ganz großen Skalen unterworfen ist.

Mir fällt es gerade wie SChuppen von den Augen, das gilt wohl auch für die ganz ganz kleinen Skalen.

Thermodynamik beschreibt halt ein statistisches Verhalten eines Systems aus vielen Einzelkomponenten. Und ich würde hinzufügen: die Sätze gelten nur solange es keine qualitative Veränderung gibt. Spätestens seit Josephs Ausführungen über die QFT ist doch klar das sich Teilchen auf kleinen Skalen nicht unbedingt an die klassischen Naturgesetze sondern ganz zufällig verhalten; also im Prinzip auch Energie vom "kalten" zum "warmen" fließen kann. Statistisch kringelt sich "falsches" Verhalten weg. Aber eben nur statistisch. Was wenn "falsches" Verhalten zu einer neuen Qualität führt wie beim Urknall geschehen?

Was sind Grundlagen der Evolution? Mutation und Selektion. Mutation steht für eine veränderte Qualität und Selektion für das Streben nach einem Gleichgewicht.
...

assume good faith

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Physik und Evolution 21 Mai 2019 22:28 #52067

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Aber zeigt uns nicht das bisherige Ergebnis dass die Evolution in Kombination mit der Thermodynamik, bei der die Evolution die Hand oben behält, dass die Entwicklung den Pfeil nach oben richtet?
Und es ist eben diese Tatsache, welche uns an ein ureigenes Grundprinzip unseres Universums glauben lassen muss.
Ob und welches Ergebnis daraus folgen kann, soll ist uns noch unbekannt und rein spekulativ.

Ich habe ein Gehirn von der Größe eines Planeten, aber ich muss Türen öffnen!

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Physik und Evolution 30 Mai 2019 22:23 #52216

ups - hier ist was schiefgelaufen.

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Physik und Evolution 30 Mai 2019 22:36 #52218

Merilix schrieb: Thermodynamik beschreibt halt ein statistisches Verhalten eines Systems aus vielen Einzelkomponenten. Und ich würde hinzufügen: die Sätze gelten nur solange es keine qualitative Veränderung gibt. Spätestens seit Josephs Ausführungen über die QFT ist doch klar das sich Teilchen auf kleinen Skalen nicht unbedingt an die klassischen Naturgesetze sondern ganz zufällig verhalten; also im Prinzip auch Energie vom "kalten" zum "warmen" fließen kann. Statistisch kringelt sich "falsches" Verhalten weg. Aber eben nur statistisch. Was wenn "falsches" Verhalten zu einer neuen Qualität führt wie beim Urknall geschehen?

Soweit ich weiß, werden diese neuen Qualitäten sehr gut von der Nichtgleichgewichts -TD, überhaupt von der Nichtlinearen Physik beschrieben. Evolution und Thermodynamik sind im Grunde nicht widersprüchlich - folgt man Prigogine & FF.

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