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Liste der ungelösten Probleme der Physik 12 05. 2020 12:57 #68731

Hallo an das Forum, wenn mir langweilig ist schaue ich mir gerne bei Wikipedia die Liste der ungelösten Probleme der Physik & Mathematik an. Ich finde da immer interessante Themen und mich fasziniert das was die Menschheit nicht verstehen kann, aus welchen Grund auch immer. Für mich Irgendwie inspirierend. Aber ich muss auch sagen, wenn ich sehe was es da an Probleme, Ungereimtheiten noch gibt und welche mit Sicherheit noch dazu kommen, scheint es doch so zu sein das wir damit noch jede Menge Arbeit haben.

Ich pflücke mal ein Thema heraus welches ich spannend fand.
Beispielsweise das Horizontproblem! Kann dazu jemand was gehaltvolles Sagen?

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 12 05. 2020 13:25 #68734

Ja klar, dafür wird ja die Inflation verantwortlich gemacht bzw "erfunden".

wiki:
Eine Erklärung für das Horizontproblem bietet die Inflationstheorie, die nicht zuletzt aufgrund dieses Problems entwickelt wurde.

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 12 05. 2020 17:47 #68739

Das Horizontproblem habe ich noch nie so richtig verstanden. Warum sollen verschiedene Bereiche des Kosmos, die mit den selben Randbedingungen gestartet waren, nicht auch ohne Kontakt ein etwa ein vergleichbares Temperaturniveau besitzen können?

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 12 05. 2020 19:45 #68742

ClausS schrieb: nicht auch ohne Kontakt ein etwa ein vergleichbares Temperaturniveau besitzen können?

Weil dies dann eine Verteilungskurve mit Maximum sein sollte, zB Gauß oder Planck.

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 12 05. 2020 21:09 #68748

ra-raisch schrieb:
ClausS schrieb: nicht auch ohne Kontakt ein etwa ein vergleichbares Temperaturniveau besitzen können?

Weil dies dann eine Verteilungskurve mit Maximum sein sollte, zB Gauß oder Planck.

Die Hintergrundstrahlung hat beispielsweise eine Planck-Verteilung. Solange es keine räumliche Verteilungskurve ist...

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 00:31 #68763

ClausS schrieb: Die Hintergrundstrahlung hat beispielsweise eine Planck-Verteilung. Solange es keine räumliche Verteilungskurve ist...

Naja, das ist eben eine reine Planckkurve eines exakten Blackbodys einer exakten Temperatur, die müßte aber ihrerseits wieder statistisch "unrein" sein.

Inwieweit dabei eine Überlagerung von zwei Statistiken unterscheidbar wäre, kann ich aber nicht sagen. Ich stelle mir vor, dass die Kurve flacher und breiter verlaufen müßte, wenn es ein Gemisch aus lokalen Temperaturen wäre, oder deutlich unterschiedlich aus unterschiedlichen Richtungen, ein Temperaturspektrum eben.

Die äußerst geringen Fluktuationen sind aber in allen Richtungen gleich.

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 10:24 #68772

Naja, Sabine Hossenfelder vertritt ebenfalls den Standpunkt, dass es kein echtes Problem ist. Eine homogene Anfangstemperatur sei eine denkbar einfache Anfangsbedingung, und nicht unwahrscheinlicher als jede andere denkbare Anfangsbedingung.

The horizon problem asks “why this initial condition” for the universe. This question is justified if an initial condition is complicated in the sense of requiring a lot of information. But a homogeneous temperature isn’t complicated. It’s dramatically easy. And not only isn’t there much to explain, inflation moreover doesn’t even answer the question “why this initial condition” because it still needs an initial condition. It’s just a different initial condition. It’s not any simpler and it doesn’t explain anything.


backreaction.blogspot.com/2017/10/is-inf...erse-scientific.html

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 10:25 #68773

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ra-raisch schrieb:
ClausS schrieb: Die Hintergrundstrahlung hat beispielsweise eine Planck-Verteilung. Solange es keine räumliche Verteilungskurve ist...

Naja, das ist eben eine reine Planckkurve eines exakten Blackbodys einer exakten Temperatur, die müßte aber ihrerseits wieder statistisch "unrein" sein.

Inwieweit dabei eine Überlagerung von zwei Statistiken unterscheidbar wäre, kann ich aber nicht sagen. Ich stelle mir vor, dass die Kurve flacher und breiter verlaufen müßte, wenn es ein Gemisch aus lokalen Temperaturen wäre, oder deutlich unterschiedlich aus unterschiedlichen Richtungen, ein Temperaturspektrum eben.

Die äußerst geringen Fluktuationen sind aber in allen Richtungen gleich.


Die kosmische Hintergrundstrahlung weist überall am Himmel praktisch die gleiche Temperatur auf. Der kausale Horizont zum Zeitpunkt der Rekombination, innerhalb dessen sich ein thermisches Gleichgewicht hätte einstellen können, entspräche heute aber nur einem jeweils kleinen Teil des Mikrowellenhimmels.
Die demzufolge im Urknallmodell (ohne Inflation) zu erwartenden Temperaturunterschiede in der CMBR werden nicht beobachtet.

Man kann es auch so ausdrücken: Die tatsächlich beobachtete Hintergrundstrahlung sieht eher so aus, als würde sie uns etwas über Prozesse im gegenwärtigen Universum erzählen, die überall ständig mit gleicher Wahrscheinlichkeit stattfinden und zu einer Thermalisierung von Strahlung führen, und nicht über ein in der Geschichte des Universums einmaliges Geschehen in ferner Vergangenheit. Oder wie Irving Segal es einmal ausgedrückt hat:

The observed blackbody form of the cosmic microwave background is simply the most likely disposition of remnants of light on a purely random basis, assuming the classic principle of the conservation of energy, and is not at all uniquely indicative of a Big Bang.


Gruß,
Lulu

Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)
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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 14:09 #68776

Lulu schrieb: Oder wie Irving Segal es einmal ausgedrückt hat:

The observed blackbody form of the cosmic microwave background is simply the most likely disposition of remnants of light on a purely random basis, assuming the classic principle of the conservation of energy, and is not at all uniquely indicative of a Big Bang.

"a purely random basis" ist es eben nicht, die Strahlung ist viel zu homogen.

Und wir versuchen ja nicht, mit der CMBR den Urknall zu erklären "and is not at all uniquely indicative of a Big Bang" sondern wir versuchen, mit dem Urknall die CMBR zu erklären.

Um das Problem anders zu skizzieren:

Die CMBR ist in allen Richtungen gleich rotverschoben, das heißt, dass sie in allen Richtungen gleich alt ist. Wäre sie an der einen oder anderen Stelle weniger oder stärker rotverschoben, bedeutet dies einen entsprechenden Zeitunterschied. Mit anderen Worten ergibt sich aus der CMBR, dass das Universum überall in allen Richtungen gesehen im gleichen Alter die gleiche Temperatur hatte. Darum geht es, das ist zu erklären. Die Fluktuationen sind zu gering, um eine statistische Entwicklung der Dichte und Temperatur des Universums zuzulassen. Es würde mich interessieren, was Frau Hossenfelder im Detail dazu sagt.

Es ist natürlich richtig, dass die Distanzen damals viel geringer waren, allerdings waren die freien Weglängen vor der Rekombination eben wahnsinnig klein, das Universum war ja gerade noch nicht durchsichtig. Das ist vergleichbar mit Brownscher Bewegung im Ozean, obwohl die Distanz vom Pol zum Äquator nicht gerade beeindruckend ist, würde es Jahrtausende dauern (soweit ich mich an meine Berechnung erinnern kann), bis ein Molekül auf Grund der thermischen Bewegung die Distanz zurücklegen würde.

Es wären hingegen eher schwache Strömungen und Wirbel etc zu erwarten, wie beim Klima und den Meeren.......stelle ich mir vor, auch ohne einseitiger Schwerkraft und Rotation.

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 16:50 #68781

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ra-raisch schrieb:

Lulu schrieb: Oder wie Irving Segal es einmal ausgedrückt hat:

The observed blackbody form of the cosmic microwave background is simply the most likely disposition of remnants of light on a purely random basis, assuming the classic principle of the conservation of energy, and is not at all uniquely indicative of a Big Bang.

"a purely random basis" ist es eben nicht, die Strahlung ist viel zu homogen.

Und wir versuchen ja nicht, mit der CMBR den Urknall zu erklären "and is not at all uniquely indicative of a Big Bang" sondern wir versuchen, mit dem Urknall die CMBR zu erklären.


Hallo Rainer,

den Satz von Segal hat Du gründlich missverstanden. Den zweiten Teil hast Du für Dich falsch übersetzt, beim ersten hast Du die falsche Intuition.

"And is not at all uniquely indicative of a Big Bang" heißt nicht, dass jemand "mit der CMBR den Urknall zu erklären versucht", sondern das die Hintergrundstrahlung kein eindeutiger Beleg für einen Urknall ist.

"On a purely random basis" führt dazu, dass selbst vorübergehende Temperaturunterschiede in einem homogenen und isotropen Universum immer wieder angeglichen werden, weil sich auch lokal immer wieder das selbe Gleichgewicht zwischen diffusen Photonen und dem Rest (Materie und Quantenvakuum) einstellen wird. Ein Problem mit der Homogenität der Hintergrundstrahlung gibt es nur im Urknallmodell, wo die zum Zeitpunkt der Entstehung anzunehmenden Unterschiede fixiert sind.

Die Inflationshypothese "löst" dieses Problem, indem sie dafür sorgt, dass der beobachtbare Teil des Universums insgesamt in einen kausal zusammenhängenden Bereich des Universums fällt. Allerdings verlässt man damit auch den Bereich empirischer Wissenschaft und begibt sich in bestenfalls noch metaphysische, wenn nicht gar mythische.Gefilde. Daran ändert auch die Verwendung naturwissenschaftlicher Begrifflichkeit und mathematischer Formelsprache nichts.

Anna Ijjas lässt sich beispielsweise in der jüngsten MPF-Ausgabe mit dem Satz zitieren:
„Andrei Linde, einer ihrer Begründer, pflegt zu sagen, es werde nie ein Beobachtungsergebnis geben, mit dem sich die Inflationstheorie widerlegen lasse."
Und Alan Guth, der eigentliche Erfinder der Inflation hält von Popperscher Falsifizierbarkeit und dergleichen wissenschaftstheoretischen Ideen sowieso rein gar nichts. Man muss halt nur einfach ganz fest an die Inflation glauben.

Gruß,
Lulu

Wer mit hinreichendem Denkvermögen analysieren könnte, unter welchen Bedingungen die Erfahrung überhaupt möglich ist, der müsste zeigen können, dass aus den Bedingungen bereits alle allgemeinen Gesetze der Physik folgen. Die so herleitbare Physik wäre gerade die vermutete einheitliche Physik. (Carl Friedrich von Weizsäcker, 1967)

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 17:11 #68782

Lulu schrieb: "And is not at all uniquely indicative of a Big Bang" heißt nicht, dass jemand "mit der CMBR den Urknall zu erklären versucht", sondern das die Hintergrundstrahlung kein eindeutiger Beleg für einen Urknall ist.

Damit habe ich genau dasselbe gemeint, vielleicht habe ich mich schlecht ausgedrückt. Und wie gesagt, das ist ja nicht der Ansatzpunkt sondern die Herleitung der CMBR aus dem Urknall (hier nicht als Beleg sondern als möglichen Anfangszustand).

Lulu schrieb: "On a purely random basis" führt dazu, dass selbst vorübergehende Temperaturunterschiede in einem homogenen und isotropen Universum immer wieder angeglichen werden, weil sich auch lokal immer wieder das selbe Gleichgewicht zwischen diffusen Photonen und dem Rest (Materie und Quantenvakuum) einstellen wird.

Das ist ein Irrtum. Natürlich ist der Erwartungswert überall gleich, aber die Statistik lehrt uns, dass das Ergebnis immer eine Gaußkurve mit statistischen Abweichungen sein wird.

Lulu schrieb: Ein Problem mit der Homogenität der Hintergrundstrahlung gibt es nur im Urknallmodell, wo die zum Zeitpunkt der Entstehung anzunehmenden Unterschiede fixiert sind.

Nein, hier wird durchaus ein homogener Anfangszustand angenommen, jedoch eine statistisch unterschiedliche entwicklung.

Hier ein einfaches Beispiel eines randomwalk wobei selbstverständlich für jede Variante der Erwartungswert Null besteht, aber mit nur 7 Versuchen ergeben sich bereits sieben vollkommen abweichende Endpositionen.

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 19:10 #68787

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ra-raisch schrieb:

Lulu schrieb: "And is not at all uniquely indicative of a Big Bang" heißt nicht, dass jemand "mit der CMBR den Urknall zu erklären versucht", sondern das die Hintergrundstrahlung kein eindeutiger Beleg für einen Urknall ist.

Damit habe ich genau dasselbe gemeint, vielleicht habe ich mich schlecht ausgedrückt. Und wie gesagt, das ist ja nicht der Ansatzpunkt sondern die Herleitung der CMBR aus dem Urknall (hier nicht als Beleg sondern als möglichen Anfangszustand).

Lulu schrieb: "On a purely random basis" führt dazu, dass selbst vorübergehende Temperaturunterschiede in einem homogenen und isotropen Universum immer wieder angeglichen werden, weil sich auch lokal immer wieder das selbe Gleichgewicht zwischen diffusen Photonen und dem Rest (Materie und Quantenvakuum) einstellen wird.

Das ist ein Irrtum. Natürlich ist der Erwartungswert überall gleich, aber die Statistik lehrt uns, dass das Ergebnis immer eine Gaußkurve mit statistischen Abweichungen sein wird.


Hallo Rainer,
das ist ein Irrtum. "On a purely random basis" führt zu keiner Gaußkurve, sondern zu einem Gleichgewichtszustand maximaler Entropie mit Schwarzkörperspektrum. Ähnliche Überlegungen wie Segal hatte Anfang der zwanziger Jahre des vergangen Jahrhunderts, also noch vor der Idee eines Big Bang und der Entdeckung der Hintergrundstrahlung, bereits auch H. Weyl angestellt. Damit wären wir wieder bei "And is not at all uniquely indicative of a Big Bang" .

Gruß,
Lulu

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 13 05. 2020 19:54 #68788

Lulu schrieb: das ist ein Irrtum. "On a purely random basis" führt zu keiner Gaußkurve, sondern zu einem Gleichgewichtszustand maximaler Entropie mit Schwarzkörperspektrum.

Das mag schon sein, nur wäre dieses Spektrum über den Beobachtungshorizon verstreut, mit punktuell individuellen Planckkurven, und nicht an jedem Punkt eine derartige Kurve mit nahezu identischem Peak.

Es ist allein die Frage, wie groß die Regionen ausfallen müßten und wie stark die Abweichungen sein sollten. Die vorhandenen Fluktuationen sind jedoch minimal. Immerhin liegen 373000 Jahre Expansion davor.

Wieso es dabei ausgerechnet auf die ersten Bruchteile einer Sekunde ankommen soll, kann ich mir zwar auch nicht vorstellen. Aber das wurde eben alles in Simulationen geprüft, die ich nicht näher beurteilen kann. Achso, doch, ohne die Inflation wären wohl zusätzliche Jahrmillionen vergangen. Immerhin wird eine Vergrößerung um den Faktor (exp.60≈1e+26) angenommen.

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Liste der ungelösten Probleme der Physik 15 05. 2020 13:04 #68820

Bin gerade über ein weiteres "ungelöstes Problem" in der Physik gestolpert:
Der "suprasolide" Zustand des Heliums.

Wikipedia (Helium) schreibt:
"In einem anderen Fall kann bei Unterschreiten von etwa 200 mK und gleichzeitigem Zentrifugieren ein Zustand erreicht werden, den man suprasolide oder auch suprafest nennt. Hierbei stoppt ein Teil des Feststoffes die eigene Rotation und durchdringt die restlichen Teile der Materie. Zu diesem teilweise umstrittenen Effekt gibt es noch keine bekannten Thesen oder Theorien."

siehe auch: Suprasolidität

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