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THEMA: Nernst

Nernst 25 04. 2020 14:53 #67937

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Guten Tag,

in Ihrem aktuellen Video "Weltformel • Theory of Everything • Planckwelt • Aristoteles zur Stringtheorie (58)" beschreiben Sie zum wiederholten Male die Notwendigkeit einer Tiefenbeschränkung in Ihrem "Stausee", um Singularitäten zu vermeiden.
Genauso wie die Gravitation alleine da steht, gibt es eine wenig beachtete Schranke. Aus meiner Sicht bildet die gemeinsame Betrachtung der beiden Größen eine sinnvolle "Tiefenbeschränkung". Die Schranke wird als Nernst-Theorem oder auch 3. Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet. Aus meiner Sicht verhindert diese Schranke das Vakuum. Ohne Vakuum lösen sich allerdings alle Singularitäten auf. Denn z.B. können Sie aus meiner Sicht ein schwarzes Loch nur dann rechnen, wenn Sie Nernst verletzen.

Viele Grüße T.S.

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Nernst 25 04. 2020 15:50 #67939

Wo liegt das Problem?

Hat ein perfektes Vakuum überhaupt eine Temperatur? Ich denke nicht.

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Nernst 25 04. 2020 16:07 #67940

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Hallo,

ich denke genau das ist das Problem. Wie stellt man denn ein perfektes Vakuum her? Mathematisch einfach: m!=0. Physikalisch? Jedes Material hat einen Dampfdruck. Somit wird jedes perfekte Vakuum durch den Dampfdruck der Wände zerstört. Mathematisch lässt sich die Physik an dieser Stelle einfach beschreiben: T =1/2 m * V^2 /k. Somit wird die Temperatur zu 0 wenn man die Masse entfernt. -> die Temperatur eines perfekten Vakuums ist 0 und verstößt somit gegen Nernst. Da hilft es auch nicht, dass die Temperatur eine statistische Größe ist. Denn wenn ich die Masse in einem Raum zu null setze ist sie auch statistisch 0. Gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass in naher Zukunft ein Teil durch diesen Raum "fliegt" ist das Vakuum nicht mehr perfekt.

T.S.

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Nernst 25 04. 2020 19:24 #67942

Sorry Ggra, habe versehentlich ändern statt antworten gedrückt. Ich hoffe, dass ich deinen obigen Beitrag korrekt wiederherstellen konnte.

Ich würde sagen, dass nach Entfernen aller Masse keine Temperatur mehr definiert ist, da die Temperatur eine statistische Größe ist.

Jedenfalls können wir Menschen technisch kein perfektes Vakuum herstellen. Ob es theoretisch möglich ist, weiß ich nicht.

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Nernst 25 04. 2020 19:51 #67943

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Also meine bisherigen Einträge sehen gut aus. die Wiederherstellung scheint gelungen zu sein.

Zum Thema: Wenn ich Peter van Dongen richtig lese - Zitat: "Der dritte Hauptsatz impliziert außerdem, dass es nicht möglich ist, den absoluten Temperaturnullpunkt (T = 0) mit Hilfe eines reversiblen Prozesses in endlich vielen adiabatischen und isothermen Schritten zu erreichen." Muss ich schlussfolgern: nicht nur wir Menschen können das nicht. Die Physik lässt es nicht zu. Quelle: Peter van Dongen, Statistische Physik - Von der Thermodynamik zur Quantenstatistik in fuenf Postulaten, Springer Spektrum, 2017, S. 66f

Grüße T.S.

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Nernst 25 04. 2020 20:36 #67946

Deshalb ist das Vakuum ja auch die Feldkonfiguration mit der niedrigst möglichen Energie, und eben nicht ganz ohne Energie. Und damit außerdem die aktuell wahrscheinlichste Alternative für die DE.

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Nernst 25 04. 2020 21:24 #67948

Nochmal meine Frage: Hätte ein totales Vakuum tatsächlich die Temperatur 0 oder wäre Temperatur dort nicht definiert?

Der zitierte Lehrbuchauszug behandelt diese Frage nämlich nicht.

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Nernst 25 04. 2020 21:25 #67949

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@ Arrakai Holler die Waldfee, jetzt wir aber gleich die volle Mathematik und das Phantom aus dem Keller geholt.

Ich würde lieber in die beschauliche Wilhelminische Zeit um 1905 wechseln wo die Grundlagen der akutellen Physik gelegt wurden. Und mir die Gespräche in der Familie Schwarzschild-Emden betrachten, wo es ebenfalls um das Thema Vakuum ging. Immerhin hat Karl Schwarzschild als erster den sogenannten Schwarzschildradius und somit Schwarze Löcher berechnet, während sein Schwager in seinem Buch Gaskugeln zum Schluss kommt: Vielleicht gibt es ja gar kein Vakuum...... aber vieleicht ist die Zeit noch nicht reif für diese gewagte These...

T.S.

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Nernst 25 04. 2020 21:35 #67950

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@ ClausS Na ja, das Vakuum definiert jeder so wie er es gerade braucht. Nein, aus dem zitierten Buch geht nur hervor, dass man die Temperatur 0 nicht durch Expansion erreichen kann. Somit folgt für mich: Wenn in einem Raum jemals Masse war, bekomme ich den Raum nicht mehr leer. Ich kann Ihn gar nicht schnell genug expandieren. Allerdings kann ich die Formel, wonach die Temperatur Bewegungsenergie ist mit einem Masseterm m=0 füllen und erhalte dann die Temperatur 0. Das klassische Vakuum, dass allerdings z.b. Schwarzschild verwendet hat ist: m!=0. Auch noch heute verwendet man diese Art ein mathematisches Vakuum zu erzeugen z.B. Thorsten Fließbach, Allgemeine Relativitätstheorie, Springer Spektrum, 2016,

T.S.

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Nernst 25 04. 2020 22:14 #67952

Ich melde mich sehr selten hier, aber zur Aussage wenn in einem Raum jemals masse war, bringe ich diesen nicht mehr leer, eigenartig.

Folgendes Gedankenexperiment: Mitten im nirgendwo im Universum. Angenommen ich habe dort eine Dichte von 1 Teilchen pro m3. Jetzt nehme ich einen m3 Raum, in dem Gerade ein Wasserstoffatom ist und sich in eine Richtung bewegt. Nun ist es doch möglich, dass das eine Wasserstoffatom den definierten m3 Raum verlässt aber noch kein weiteres den m3 „betreten“ hat (würde erst 1 sekunde später reinkommen, einfach ein statistisches ereignis).

Dann hätte ich ja für 1s ein perfektes Vakuum, da sich kein reales Teilchen zu dem Zeitpunkt darin befindet. im nächsten Moment wieder keins, da das nächste Wasserstoffatom oder Photon in den m3 fliegt.
Oder ist es schon kein vakuum mehr durch die virtuelle Teilchen von quantenfluktuationen? Dann erübrigt sich natürlich dad Gedankenexperiment.
Folgende Benutzer bedankten sich: ra-raisch

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Nernst 25 04. 2020 22:25 #67953

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@Gawith: Na ja, so ist das eben mit der Statistik: Sie macht keine Aussage zum Einzelfall sondern nur zur Menge. Würdest Du sagen, dass Du eine Dichte von 2 Teilen pro m³ hast, wenn darin 2 Teilchen wären aber im umschließenden Kubik-Parsec jeweils nur eins? Temperatur ist eine statistische Größe. Würdest Du allerdings Deinen "leeren" Kubikmeter mit einem Gehäuse abgrenzen, könntest Du dir sicher sein, dass die Wände Deines Gehäuses in das "Vakuum" abdampfen würden. Auch Metalle oder alle andere Materialien haben einen Dampfdruck.
T.S.

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Nernst 25 04. 2020 22:30 #67954

@ggra
Hast du vollkommen Recht, dass eine z.b. metallische Abgrenzung abdampfen würde und somit das Vakuum zerstört wäre.
Aber: Ich muss ja nichts abgrenzen. Ich nehme mir doch einfach einen m3 raum und schaue welche masse da drin ist. dafür muss ich keine metallhülle bauen. Und wenn ich feststelle: Aha, es ist in dem moment gerade kein atom drin weil das eine gerade rausgeflogen ist, dann kann ich doch sagen: In diesem m3 herrscht zurzeit ein perfektes Vakuum
Fliegt in der nächsten Sekunde ein atom hinein ist das Vakuum futsch

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Nernst 25 04. 2020 22:49 #67955

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@Gawith: Das ist das Problem von Gedankenexperimenten - Zu einem Experiment werden Sie erst dann, wenn man sie ausführt. Mit welcher Sonde woltest du den einfach in den Raum schauen? Die einzige Sonde mit der dies möglich wäre ist die Mathematik. Allerdings ist diese per Definition eine Geistes und keine Naturwissenschaft. Bei allen realen Messgeräten gilt: die Messung verändert den Zustand. Du könntest Dir nicht sicher sein, was Du misst. Diese Problem hat der Virologe Christan Drosten in seinem Corona-Virusupdate hervorragend beschrieben, als er die Nachweisgrenze der Viren mit einem Goldfischbecken verglichen hat.
Im Übrigen ist dies mit den Quantenfluktuationen dasselbe: Diese werden auch nur statistisch angenommen
T.S.

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Nernst 25 04. 2020 22:51 #67956

Was kann in einem modellhaften Raumvolumen noch sein, außer Atome?

Naja, jede Menge Hintergrundphotonen, Photonen anderen Ursprungs, Elektronen, Protonen, Neutrinos, Teilchen der DM....
Von den Feldern ganz zu schweigen.

Das alles herauszukriegen, wird schwierig werden, wenn man ein perfektes Vakkuum erzeugen wollte.

Thomas

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Nernst 25 04. 2020 23:00 #67958

@Thomas
klar, da schwirrt in Realität natürlich noch viel rum. Vielleicht habe ich da auch vorher was falsch verstanden, mir gehts eigentlich nur um die mögliche Existenz eines perfekten Vakuums. So wie ich es rausgelesen habe, soll es so etwas nicht geben (ausser ich hab es falsch verstanden :D)

Es gibt ja die berühmte „Macht der Unendlichkeit“ - von daher ist es dann aber unwahrscheinlich bzw. nahezu unmöglich, dass es bei einem angenommen unendlich großem Universum nicht irgendwo ein perfektes Vakuum gibt.

Anders gesagt: Ist das Universum unendlich groß, gibt es meiner Ansicht nach zu 100% in einem m3 Raum (oder im Prinzip auch in 1 Mrd m3 Raum) ein perfektes Vakuum, da die statistik einfach dafür spricht (selbst ein blinder affe tippt irgendwann göthes Faust fehlerfrei in die tastatur ein wenn er nur lange genug zeit hat)

Edit: Nur weil ich ein perfektes Vakuum nicht messen kann heißt es nicht, dass es nicht existent ist, oder nicht?

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Nernst 25 04. 2020 23:05 #67959

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@Thomas: Was sagt Deine Aussage auf die Ursprungsthese aus? Heißt das du würdest einstimmen, dass es kein perfektes Vakuum gibt? Wenn ja, warum akzeptieren wir dann, dass die Bahnen unserer Planeten ohne Einfluß dieser Materie gerechnet werden?

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Nernst 25 04. 2020 23:21 #67961

Grga,

Ein perfektes Vakuum gibt es im Universum nicht.

Der Einfluss von etwas sehr Geringem, aber doch Vorhandenen, erlaubt uns, Bahnen der Planeten und Sternen davon weitestgehend unbeeinflusst zu berechnen.

Die Dichte der Player ist so gering, dass wir sie im Vergleich zur Messe der Himmelskörper vernachlässigen können.

Thomas

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Nernst 25 04. 2020 23:31 #67962

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@Thomas: Danke für diese Aussage! Ich habe da mal nachgerechnet. Wie siehst Du Deine Aussage wenn ich Dir sage, dass der Sonnenwind unsere Erde mit knapp 80 mW nach außen treibt während der "Höhenverlust" durch Gravitationswellen bei 196 W liegt? Hier sprechen wir nur noch vom Faktor ~2000. Müssen wir uns hier nicht nochmals anschauen, ob wir tatsächlich was vernachlässigen dürfen?

T.S.

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Nernst 26 04. 2020 00:24 #67966

Grga,
schau mal auf deine Benennungen, mW oder W. Es fehlt die Zeitangabe!

Da kannst du ja gerade eine Glühbirne zu Glimmen bringen. Und damit sollen Planeten oder Sterne beeinflusst werden?

Hm!

Thomas

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Nernst 26 04. 2020 11:48 #67974

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@Thomas: Zuerst einmal zum Thema Zeitangabe: Die Einheit der Leitung gemessen in Watt ist Energie pro Zeit. Für was benötige ich eine zusätzliche Zeitangabe? Die Werte beziehen sich auf hier und heute. Ein paar 100 Tausend Jahre sind bei dieser groben Rundung nicht wirklich interessant (Der Oszillator (Erde/Sonne) hat eine sehr hohe Güte.) Hierbei gilt zu beachten, dass die statistische Verteilung des Sonnenwinds um mehrere Dekaten schwankt. Die Geschwindigkeit zwischen ~100 km/s bis ~ 1000 km/s im Mittel 450km/s. Gleichzeitig schwankt die Dichte zwischen ca. 1 Proton/ccm und 90 Protonen/ccm im Mittel 7-8 Protonen/ccm (entschuldige die nicht korrekte Schreibweise "ccm".).

Du hast Recht, die reinen Zahlenwerte erscheinen lächerlich wenn ich Sie einzeln betrachte - immerhin bringen unser Planeten und die Sonne eine Gesamtenergie (Pot+Kin)von knapp 2e35 Joule mit(***). Was ändert es da wenn ich ein paar mJ/s (mW) ändere. Die nach außen gerichtete Beschleunigung kann bei 80 mW auch nicht wirklich groß sein. Allerdings ist das Verhältnis mit knapp 2000 nicht mehr lächerlich!

T.S.

(***) Quelle: Graviatationssimulator "Brutus" aus "AMUSE is the Astrophysical Multipurpose Software Environment" github.com/amusecode/amuse/blob/master/t...tests/test_brutus.py -> class TestBrutus(TestWithMPI) -> test5.

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Nernst 26 04. 2020 12:40 #67977

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@Gawith: Die Wahrscheinlichkeit, dass es ein perfektes Vakuum im Universum gibt ist mit den beiden Veröffentlichungen sehr gering bis Null.
- Simulating stellar winds in AMUSE, Edwin van der Helm et all : Beschreibt z.B. wie sich der Sonnenwind in über Mega-Jahre (Myr) über Volumina von Kubik-Parsec verteilt.
- F. Nicastro et al., Observations of the missing baryons in the warm–hot intergalactic medium, Nature (volume 558), 2018 zeigt dass sich die heraus entstehende Verteilung auch messen lässt
Grundlage all dessen ist, dass sich der Sonnenwind mit knapp 1000stel Lichtgeschwindigkeit von der Sonne entfernt (Die minimale Fluchtgeschwindigkeit ca. 40 km/s ist weit überschritten.). Somit erreicht der Sonnenwind, der zur Zeit der Pharaonen von der Sonne ausging in unseren Tagen die nächsten Sterne, die knapp ein Parsec entfernt sind. In einer Miliarde Jahren hat unsere Sonne Ihren Wind in ein Volumen von einem Kubik-Mega-Parsec gestreut. Wenn dies alle Sonnen/Sterne tun, bleibt kein Platz mehr für ein perfektes Vakuum. Allerdings stimmt es: die Dichte die hierdruch erzeugt wird kann nicht groß sein. Trotzdem kann ich den Raumsegmenten dann eine Temperatur zuordnen. (Nernst wird erfüllt.)

T.S.

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Nernst 26 04. 2020 15:52 #67984

Ich kann es mir trotzdem nicht vorstellen, vielleicht liegt es aber auch einfach an meiner fehlenden Physik-Ausbildung :D

Um nochmal die Unendlichkeit ins Spiel zu bringen: Angenommen das Universum hat eine unendliche Ausdehnung. Wie kann es denn dann sein, dass in diesem unendlich großem Universum nicht ein einziger m3, oder cm3, oder nm3 oder plank-längen-würfel existiert, in dem sich gerade kein Photon, Neutrino, Quark, Atom, elektron usw (quantenfluktuationen mal nicht beachtet) befindet? Das hört sich für mein statistisches Verständnis völlig unlogisch an.

Dass es kein für uns messbares perfektes Vakuum gibt, damit bin ich einverstanden, da eine Messung das Vakuum zerstört. Und dass dieses Vakuum auch nicht bei uns auf der erde zu finden ist ist auch klar.

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Nernst 26 04. 2020 16:55 #67989

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Na ja Gawith, wenn für Dich ein perfektes Vakuum die Einschränkung zulässt, dass es sich selbst nach kürzester Zeit zerstört, werde ich Dich wohl nicht von Deiner Meinung herunterbringen. Für mich wäre ein Vakuum perfekt, wenn man es kontrollieren könnte, indem man es herstellt, oder aber zumindest vorhersagen kann, wie lange es existiert. Wenn ich allerdings keine Vorhersagen über seine Existenz machen kann, kann ich es auch nicht perfekt nennen. Warum nimmst Du eigentlich die "Quantenfluktuationen" ständig aus? Diese Fluktuationen sind statistische Prozesse, nach denen Teilchen und Ihre Antiteilchen durch Zufall entstehen und sich kurze Zeit danach wieder gegenseitig zerstören. Auch wenn sie "virtuell" sind hätte Sie trotzdem Einfluss auf Dein zufälliges Vakuum.

T.S.

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Nernst 26 04. 2020 20:03 #67997

Das ist ein Unterschied.

Freiheit von reellen Teilchen (Materie, Photonen, ...) ist das eine.

Die quantenmechanischen Fluktuationen sind generell unvermeidbar und daher auch Teil eines (theoretischen) perfekten Vakuums. Sie tragen auch nichts zur Temperatur bei.

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Nernst 26 04. 2020 20:42 #68006

Ggra schrieb: @Gawith: Das ist das Problem von Gedankenexperimenten - Zu einem Experiment werden Sie erst dann, wenn man sie ausführt. Mit welcher Sonde woltest du den einfach in den Raum schauen? Die einzige Sonde mit der dies möglich wäre ist die Mathematik. Allerdings ist diese per Definition eine Geistes und keine Naturwissenschaft. Bei allen realen Messgeräten gilt: die Messung verändert den Zustand. Du könntest Dir nicht sicher sein, was Du misst. Diese Problem hat der Virologe Christan Drosten in seinem Corona-Virusupdate hervorragend beschrieben, als er die Nachweisgrenze der Viren mit einem Goldfischbecken verglichen hat.
Im Übrigen ist dies mit den Quantenfluktuationen dasselbe: Diese werden auch nur statistisch angenommen
T.S.

Ich denke schon, dass man durch einen "Laserkäfig" feststellen kann, ob ein Atom die Grenze passiert.
Und wenn im All nur ein Atom pro m³ ist, dann ist der Raum zwischen zwei deratigen Atomen doch ziemlich leer, finde ich....durchschnittlich wären die Abstände ja bereits 1 m oder sogar etwas mehr ³(4r³π/3) = 1,6119919 Meter.

Aber es geht ja weder um ein Gedankenexperiment noch um die Teilchen, sondern darum, dass die Quantenphysik aus sich heraus kein leeres Vakuum zuläßt sondern mit Quantenfluktuationen füllt. Und das können auchnicht 100 Atome je m³ verhindern.

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Nernst 27 04. 2020 00:34 #68022

Ggra,

um die Arbeit, die ein System verrichten soll, also die Leistung, anzugeben, brauchst du die Wattsekunde (Ws):

Es gilt: 1J = 1Nm = 1 Ws.

Das ist der Zusammenhang zwischen Energie, Arbeit und Leistung.

Thomas

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Nernst 27 04. 2020 18:49 #68077

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Hallo Thomas,

und was meinst Du habe ich geschrieben? Ob ich schreibe 1J = 1 Ws oder 1W = 1J/s ist eine einfache Äquivalenzumformung. Wenn ich einen Zustand habe, beinhaltet dieser eine Energie oder Arbeit oder Wärmemenge je nach dem aus welcher Disziplin der Physik du das betrachtest. die Änderung einer Energie kann ich absolut angeben, wenn ich zwei Zustände vergleiche oder aber ich kann die Ableitung der Arbeit nach der Zeit in Form einer Leistung angeben wenn ich den Endzeitpunkt noch nicht genau bestimmen/festlegen will/kann. Ich habe somit mit meinen Daten den Achsenabschnitt zum Zeitpunkt t=0 mit 2e35 J bestimmt und die Steigung mit 80 mW bzw. 196 W.

Korrektur: die Werte sind +80 mW und -196W.

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Nernst 27 04. 2020 19:20 #68079

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Hallo ra-raisch und ClausS.

Ich kenne die "Quantenfluktuationen". Allerdings steht in Ihrem Zusammenhang noch immer das 7. Millenium-Problem offen, noch taugen die Quantenfluktuationen für Beschreibungen im Weltall (***)(****) auch um die Supersymmetrie steht es schlecht(*****). Deswegen würde ich gerne einmal zu den Ursprüngen der aktuellen Physik in der wilhelminischen Zeit zurückgehen. In dieser Zeit gab es noch keine virtuellen Teilchen.

Die Namen die mich aktuell interessieren sind Robert Emden, Walther Nernst, Albert Einstein und bedingt Karl Schwarzschild. Bitte streicht Dunkle Materie und Dunkle Energie aus dem Wortschatz für diesen Thread.

Danke!

(***) Dr. Lavinia Heisenberg, Facetten der Gravitation, Physik Journal 17, 2018
(****) Bohdan Novosyadlyj, Century of Lamda, The European Physical Journal H, 2018
(*****)Die Krise der Kosmologie | Harald Lesch (
)

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Nernst 27 04. 2020 22:30 #68086

Ggra schrieb: Hallo ra-raisch und ClausS.

Ich kenne die "Quantenfluktuationen". Allerdings steht in Ihrem Zusammenhang noch immer das 7. Millenium-Problem offen, noch taugen die Quantenfluktuationen für Beschreibungen im Weltall (***)(****) auch um die Supersymmetrie steht es schlecht(*****). Deswegen würde ich gerne einmal zu den Ursprüngen der aktuellen Physik in der wilhelminischen Zeit zurückgehen. In dieser Zeit gab es noch keine virtuellen Teilchen.


In einem Wissenschaftsforum wie diesem geht es um den aktuellen Stand der Forschung. Was soll es bringen, ein Thema auf dem Niveau der "wilhelminischen Zeit" zu diskutieren?

Davon abgesehen:

Die Supersymmetrie hat nichts mit Quantenfluktuationen zu tun, oder besser für Quantenfluktuationen benötigst du keine Susy.

In Century of Lambda konnte ich nichts finden, was deine Aussage stützt. Dafür aber folgendes zum Vakuum (natürlich im Weltall): "The Heisenberg uncertainty principle and quantumfield theory are today the theoretical basis for understanding of the physical nature of vacuum." (Seite 6)

The truth is often what we make of it; you heard what you wanted to hear, believed what you wanted to believe.

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The truth is often what we make of it; you heard what you wanted to hear, believed what you wanted to believe.

Nernst 27 04. 2020 23:06 #68091

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Hallo Arrakai

Die Forums regeln lauten:
"Ich diskutiere in diesem Forum nur Themen der anerkannten Physik, wie sie in Lehrbüchern Anwendung findet, einschließlich Hypothesen und Forschungsergebnissen von anerkannten Fachleuten und Medien."
Hier steht nichts von aktuell. Die große Video-Serie des Portals lautet "Aristoteles zur Stringtheorie". somit nicht nur 100 Jahre sondern 2300 Jahre.

Wie schon geschrieben interessiert mich Robert Emden und Karl Schwarzschild. Hier insbesondere das Buch "Gaskugeln" im Zusammenhang mit der Veröffentlichung "Ueber das Gleichgewicht der Sonnenatmosphäre". Vielleicht kannst Du mir die Seiten 353 und 383 des Buchs ja mal aus Deiner Sicht einordnen. Und in den Zusammenhang mit der Schwarzschildschen Veröffentlichung sowie unserer Vakuumdiskussion stellen.

T.S.

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