Wann ist Naturwissenschaft Naturwissenschaft

[Metapher]

Gesetze
Es könnte sein, daß da noch ein paar Mißverständnisse sind…
besonders, wenn wir zu der versuchten Klassifizierung von Theorie-Typen (siehe Beiträge oben) jetzt noch den Begriff „Naturgestze“ hinzu nehmen…

…meine Frage
bezog sich mehr auf eine „Quantentheorie der Schwarzen
Löcher“.

Man kann durchaus quantentheoretische Arbumente angewenden auf die Dynamik Schwarzer Löcher. Das hat ja Hawking 1974 gemacht. Das aufregende Resultat dieser Berechnungen war, daß Schwarze Löcher gewissermaßen „verdampfen“ können. Darüber hinaus ist eine solche Raumzeitsingularität (Vorsicht: die „Singularität“ ist das „Zentrum“ des Ereignishorizontes eines Schwarzen Loches, nicht das letztere selbst) schlicht ein Ergebnis der ART, genauer gesagt, eine Art der Lösung, die die Einsteinschen Feldgleichungen ermöglichen. Die ART impliziert sie also, und zwar unabhängig davon, ob man sie als reale Objekte nachweisen wird oder nicht…

Ich glaube zwar zu wissen, daß man darüber noch nichts weiß…

Doch - siehe oben

… Wenn die physikalischen Gesetze
unter den Planckgrenzen versagen, wie bei einer
Raumzeitsingularität

Die physikalischen Gesetze versagen ja gar nicht… im Gegenteil, es handelt sich ja gerade um Konsequenzen dieser Gesetze. Aber während die Dynamik von black holes recht gut verstanden wird, führt die Anwendung auf die Frühgeschichte des Universums eben zu diesem Szenarium der Planck-Ära, wenn man die Quantenmechanik in die Überlegungen einbezieht.

Das interessante an diesen Planck-scales ist, daß sie ja nicht nur das embryonale Universum beschreiben, sondern auch das gegenwärtige Universum hier und jetzt - allerdings eben auf der Ebene dieser räumlichen und zeitlichen Größenordnungen. Die „normale“ Teilchenphysik wird davon aber gar nicht berührt. Wenn etwa der mittlere Abstand zwischen den Quarks eines Protons 10^-15 cm ist, dann ist das immer noch das 10^18-fache (!) der Planck-Länge 10^-33 cm. Die kürzeste Lebensdauer bestimmter Teilchen ist ca 10^-23 sec, das ist immerhin das 10^20 fache (!) der Planck-Zeit 10^-43 sec.

…könnte diese dann einfach ein großer
„Quantenschaum“ sein?

Nein. Die Überlegungen über die Planck-Skalen der Raumzeit und die Planck-Ära des Universums haben mit Raumzeit-Singularitäten nicht unmittelbar was zu tun. Die letzteren sind ja die Folgen von Gravitationskollaps…

Und was sind das für Naturgesetze, die
bei bestimmten „Phänomenen“ einfach versagen?

siehe oben… die Gesetze versagen ja gar nicht, sondern die betrachteten Strukturen sind erst logische Konsequenzen derselben. Die Planck-Ära ist ja eine theoretische Konsequenz und nicht ein Resultat empirischer Beobachtungen.

Aber sehr wohl ist es ein sehr spannender Sachverhalt in der Physik, daß einige ihrer logischen Konsequenzen zu einem neuen Überdenken der elementarsten Grundbegriffe wie „Raum“ und „Zeit“ nötigen, wie es bzgl. der Planck-Skalen der Fall ist.

[Metapher]

Wissenslücken
Hi Mr.Stupid

zu deinen Bemerkungen hab ich teils etwas in der Mail darüber „Gesetze“ etwas gepostet.
Naturgesetze bzw. phys. Theorien beschreiben in der Regel immer sehr viel mehr als das, was bereits beobachtet wurde. Theorien sind immer strukturreicher als der empirische Datenbestand. Allerdings ist die Grundbedingung dafür, daß es überhaupt „physikalische“ Theorien sind, daß sie Observable enthalten und über diese auch Aussagen machen.

Beispiel: Man berechnet mit der Newtonschen Mechanik die Uranusbahn genau und stellt Bahnstörungen fest (wie du es ja in deinen Postings über die Oortsche Wolke auch beschrieben hast). Die Bahnstörungen werden mit Hilfe dieser Theorie analysiert und man gewinnt die Lösung, daß sie durch einen noch unbekannten Planeten verursacht werden könnten, dessen bahn man dann berechnet… dann geht man hin und sucht… und findet den Neptun etc…

In der Teilchenphysik ist es (wie ich schon schrieb) enorm häufig so gewesen (wie gegenwärtig auch mit dem Higgs-Boson), daß die Theorie die „Voraussage“ über die Existenz bestimmter Teilchen und deren Eigenschaften (Wechselwirkungsverhalten, Quantenzahlen…) zuließ… die man dann auch suchen und finden konnte…

Weder black holes, noch Planck-Ära noch erst recht die Unbestimmtheitrelation sind Wissenslücken. Die letztere hat sogar den Stellenwert eines Naturgesetzes. Es sind umgekehrt direkte logische bzw. mathematische Ableitungen und Konsequenzen aus den Basistheorien - somit Wissensbereicherungen oder vielmehr Wissensdifferenzierungen. Abgesehen davon, daß sie die empirische Überprüfung hervorragend überstehen…

Gruß
M.G.

[DrStupid]

Naturgesetze bzw. phys. Theorien beschreiben in der Regel
immer sehr viel mehr als das, was bereits beobachtet wurde.

Theorien schon Naturgesetze nicht.

Weder black holes, noch Planck-Ära noch erst recht die
Unbestimmtheitrelation sind Wissenslücken.

Nicht schwarze Löcher, die Planck-Ära oder das Unbetimmtheitsprinzip selbst, sondern beispielsweise das, was in einem schwarzen Loch vorgeht. Oder kennst Du mir sagen, wie man an Informationen aus dem Inneren des Ereignishorizontes kommen soll?

[Metapher]

lückenlos

Naturgesetze bzw. phys. Theorien beschreiben in der Regel
immer sehr viel mehr als das, was bereits beobachtet wurde.

Theorien schon Naturgesetze nicht.

Ja, stimmt, es war schlecht formuliert - sorry: Naturgesetze „beschreiben“ überhaupt nicht, was beobachtet wurde. Sie sind vielmehr Voraussetzung dafür, daß man überhaupt beobachten kann, bzw. genauer: sie sind Voraussetzung dafür, daß man Beobachtetes und zu Beobachtendes berechnen kann. So wie z.B. das Hamiltonsche „Prinzip der kleinsten Wirkung“ die Basis für fast die gesamte theoretische Physik ist. Auch der Energieerhaltungssatz beschreibt nicht Beobachtetes, sondern ohne die Hypothese, daß er nie verletzt werden könne, wären Berechnungen überhaupt nicht möglich.

Weder black holes, noch Planck-Ära noch erst recht die
Unbestimmtheitrelation sind Wissenslücken.

Nicht schwarze Löcher, die Planck-Ära oder das
Unbetimmtheitsprinzip selbst, sondern beispielsweise das, was
in einem schwarzen Loch vorgeht. Oder kennst Du mir sagen, wie
man an Informationen aus dem Inneren des Ereignishorizontes
kommen soll?

Das Schwarze Loch ist zunächst komplett ein theoretisches Konstrukt, dessen Eigenschaften (in denen besteht es ja) komplett bekannt sind (bis auf die, die man noch durch weitere Analyse der Feldgleichungen finden könnte). Daß weder Signale noch Körper den Ereignishorizont verlassen können, ist ja gerade das, was man weiß, und eben deshalb keine Wissenslücke.

Vielleicht ist es aber auch nur ein Mißverständnis im Wortgebrauch? Eine Wissenslücke habe ich, wenn ich das eingepackte Geschenk noch nicht ausgepackt habe, indem ich also nicht weiß, was drin ist.
Man steht aber nicht vor dem Ereignishorizont und rätselt „was mag dahinter vor sich gehen?“. Denn das, was vor sich geht, weiß man: nämlich daß nicht nur keine Information den Horizont verlassen kann, sondern daß alle Informationen, Eigenschaften, eines Objektes vernichtet werden, bis auf Masse, Ladung und Baryonenzahl. Und diese Größen kennt man. Man kann sogar die Bahnen eines Körpers berechnen, der jenseits des Horizontes in die Singularität fällt…

Und auch ein auf den Horizont zufallender Körper (somit also von AUSSEN beobachtet), verschwindet nicht mit unbekanntem Schicksal hinter dem Vorhang des Horizontes, sondern er erreicht ihn ja nicht einmal - wird allerdings unsichtbar. Aber was mit ihm geschieht (nämlich daß er durch Gezeitenkräfte zerrissen wird), das kann man berechnen, ist also ebenfalls keine Wissenslücke…

So war das gemeint…

Grüße
M.G.

[DrStupid]

Auch der
Energieerhaltungssatz beschreibt nicht Beobachtetes, sondern
ohne die Hypothese, daß er nie verletzt werden könne, wären
Berechnungen überhaupt nicht möglich.

Genau umgekehrt. Der Energieerhaltungssatz beschreibt nur Beobachtetes und besagt nichts anderes, als daß man bisher keinen Prozeß beobachtet hat, bei dem Energie entstanden oder verschwunden ist. Die Hypothese besteht darin, daß dies auch für diejenigen Prozesse gilt, die man noch nicht beobachtet hat.

Das Schwarze Loch ist zunächst komplett ein theoretisches Konstrukt

Seit dem unzählige reale schwarze Löcher entdeckt wurden ist dieses Phänomen alles andere als komplett theoretisch.

Man kann sogar die
Bahnen eines Körpers berechnen, der jenseits des Horizontes in
die Singularität fällt…

Das dumme ist nur, daß eine Aussage, die nicht experimentell überprüfbar ist keinerlei naturwissenschaftlichen Wert hat. Das gilt auch für Berechungen jeglicher Art. Man müßte also beispielsweise in das schwarze Loch hineinsehen um zu prüfen, ob die berechneten Bahnen mit den tatsächlichen übereinstimmen.

[Metapher]

Nichtobservable

Auch der
Energieerhaltungssatz beschreibt nicht Beobachtetes, sondern
ohne die Hypothese, daß er nie verletzt werden könne, wären
Berechnungen überhaupt nicht möglich.

Genau umgekehrt. Der Energieerhaltungssatz beschreibt nur
Beobachtetes und besagt nichts anderes, als daß man bisher
keinen Prozeß beobachtet hat, bei dem Energie entstanden oder
verschwunden ist.

Es ist natürlich völlig richtig, zu sagen, daß BeobachTETES (bisher ohne Gegenbeispiel) die Erhaltung der Energie dE/dt=0 aufweist. Aber der EnergieSATZ selbst ist die Formulierung der Hypothese, daß sie erhalten sein MÜSSE. Das aber heißt, nur unter der Voraussetzung seiner Gültigkeit können wir beobachten - d.h. quantifizieren. Der SATZ beschreibt also Beobachtbares und nicht Beobachtetes… Der logische Status des Satzes wird jedoch wissenschaftstheoretisch unterschiedlich bewertet: manche schließen aus seiner bisherigen Unwiderlegtheit, daß er eine apriorische Aussage mache, und das impliziert: er ist von der Erfahrung unabhängig, weil er Voraussetzung für Physik ist. Damit hat er denselben Status wie die allgemeine kosmologische Hypothese. Andere wiederum halten ihn (so wie vermutlich auch du) eher für eine Verallgemeinerung von Beobachtungen.

Aus folgendem Grund teile ich diese Auffasung nicht: wenn wir eine System beobachten, in dem er nicht erhalten scheint, dann suchen wir nach demjenigen (noch unbekannten) Teilprozess, der für die Energiedifferenz verantwortlich sein könnte (und eben nur bisher nicht observiert wurde) - so etwa wurde auf die Existenz des Neutrinos geschlossen… Wir schließen in so einem Fall in der Experimentellen Praxis aber niemals auf Nichterhaltung der Energie - denn dann würde die Physik sich selbst auskanzeln. Die experimantalphysikalische Praxis geht also so mit dem Satz um als WÄRE er apriorisch. Eine rein logische (also nicht empirische) Bestätigung steht jedoch noch aus (insofern hast du also recht) - wir arbeiten noch daran… und es scheint nicht unmöglich…

Das Schwarze Loch ist zunächst komplett ein theoretisches Konstrukt

Seit dem unzählige reale schwarze Löcher entdeckt wurden ist
dieses Phänomen alles andere als komplett theoretisch.

Das ist nicht ganz richtig: Viel Astrophysiker zweifeln nicht mehr daran, daß bestimmte Beobachtungen nicht ohne Annahme, daß ihnen eine black hole Dynamik zugrunde liegt, erklärbar sind -schnelle Sternbewegungen im galaktischen Zentrum, charakteristische Spektren von Gasen, die auf den Ereignishorizont stürzen
http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0012452
http://oposite.stsci.edu/pubinfo/PR/2001/03/illustra…

Aber auch wenn diese empirischen Daten sich weiter bestätigen werden (woran ich auch nicht zweifle), so werden sie ja gerade deshalb so interpretiert, weil sie die theoretischen Daten bestätigen. Es ist wirklich wie bei den meisten Elementarteilchen: die Daten, Eigenschaften sind komplett bekannt (bei letzteren bis auf die Masse)… und DANN und DESHALB sind sie nachweisbar!

Man kann sogar die
Bahnen eines Körpers berechnen, der jenseits des Horizontes in
die Singularität fällt…

Das dumme ist nur, daß eine Aussage, die nicht experimentell
überprüfbar ist keinerlei naturwissenschaftlichen Wert hat.

Nein, so arbeitet die Physik nicht: es gibt immer Nicht-Observable in der theoretischen Beschreibung, aber ohne diese wären auch die Observablen keine Observablen: z.B. die Phase eines Wellenzuges, die Wahrscheinlichkeitsamplitude in der Quantenmechanik (erst deren Quadrat ist eine Observable)

Das gilt auch für Berechungen jeglicher Art. Man müßte also
beispielsweise in das schwarze Loch hineinsehen um zu prüfen,
ob die berechneten Bahnen mit den tatsächlichen
übereinstimmen.

Nein - müße man nicht, denn das Innere des Ereignishorizontes ist per definitionem aus der observablen Welt ausgeschlossen, nicht aus Mangel an experimentellen Möglichkeiten. Der „Innenraum“ ist komplett vom observablen Kosmos abgekoppelt - daran ändert z.B. auch die Hawking-Strahlung nichts, sie entsteht AM Ereignishorizont, nicht IN ihm…

…*lach* und wenn wir jetzt noch lange in DIESEM thread weitermachen, muß ich meinen Monitor rechts ausbauen, sonst find ich die Postings nicht mehr…

Schöne Grüße
M.G.

[DrStupid]

…*lach* und wenn wir jetzt noch lange in DIESEM thread
weitermachen, muß ich meinen Monitor rechts ausbauen, sonst
find ich die Postings nicht mehr…

Deshalb nur eine Anmerkung zum Schluß:

Eine Theorie, die Aussagen über Nicht-Observablen macht, die nicht einmal indirekt zugänglich sind ist nicht falsifizierbar und damit naturwissenschaftlich unzulässig. Dies ist beispielsweise für die Vorgänge im Inneren von schwarzen Löchern der Fall. Deshalb muß der Gültigkeitsbereich aller Theorien am Ereignishorizont enden. Das bedeutet nicht, daß man über den Ereignishorizont hinaus extrapolieren kann, aber was dabei herauskommt bleibt Spekulation.

[Metapher]

doch observable

Deshalb nur eine Anmerkung zum Schluß:

schade… das mit dem Monitor war doch scherzhaft gemeint… nu lach doch mal! Ich bau ihn wirklich gerne nach rechts aus…

Eine Theorie, die Aussagen über Nicht-Observablen macht, die
nicht einmal indirekt zugänglich sind ist nicht falsifizierbar
und damit naturwissenschaftlich unzulässig.

Dann ist die Klassische Mechanik, die Elekrodynamik, Hydrodynmaik…(Phasen von Wellenzügen sind nun mal keine Observablen) „naturwissenschaftlich unzulässig“… ferner die Quantenmechanik (Wahrscheinlichkeitsamplituden sind keine Observablen) ist „naturwissenschftlich unzulässig“… naja, jetzt wiederholen wir uns…

Das von Popper postulierte Falsifizierbarkeitskriterium für Theorien benötigt aber die Vermeidung von Nichtobservablen gar nicht, denn 1. sind physikalische Theorien in erster Linie mathematische Strukturen… die zu physikalischen Theorien dadurch werden, daß EINIGE ihrer Größen eben Observable sind (nicht nur math. Strukuren, auch phys. Theorien sind immer strukturreicher als die Empirie…). Und 2. machen obendrein phys. Theorien ja falsifizierbare Aussagen über Observable… und das genügt, um die Theorie falsifizierbar zu machen…

Dies ist
beispielsweise für die Vorgänge im Inneren von schwarzen
Löchern der Fall. Deshalb muß der Gültigkeitsbereich aller
Theorien am Ereignishorizont enden. Das bedeutet nicht, daß
man über den Ereignishorizont hinaus extrapolieren kann, aber
was dabei herauskommt bleibt Spekulation.

hm - wenn du mathematische Operationen als Spekulation bezeichnest, dann ja… dann diskutieren wir im falschen Forum…

SCNR - aber mir scheint da immer noch ein erhebliches Mißverständnis vorzuliegen… Der Ereignishorizont ist NICHT soetwas wie ein Kasten, den man nicht öffnen kann und deshalb nicht weiß was drin ist! Der negative Ausdruck des Nicht-Wissens kann sich nur auf einen ABGETRENNTEN Raum beziehen, den man wegen einer in sich geschlossene GRENZE (!) nicht betreten kann/darf. Der Ereignishorizont ist aber nichts als ein Radius, bzw. Sphäre, die einen in sich geschlossenen RAUM (!) charakterisiert. Wenn wir über einen Ereignishorizont reden, reden wir zugleich über alle Eigenschaften seines inneren, und die sind nun mal aus der Theorie bekannt, da gibt es gar nichts nachzugucken.

Wie ich schon mehrfach beschrieb,

http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarchiv…

steht dir ein Objekt, welches nach seinem eigenen Ermessen *gg* „IN“ den Horizont fällt auf ewig zu deiner Beobachtung zur Verfügung… es gibt für dich als Beobachter dieses Objektes gar nicht den Zustand, daß du nicht weißt, was mit ihm jenseits des Horizontes geschieht, denn das Objekt erreicht den Horizont niemals. Es bleibt immer beobachtbar… nur daß die Daten ein wenig heftig (nämlich ad infinitum) rotverschoben und zeitdilatiert bei dir ankommen…

[DrStupid]

Das von Popper postulierte Falsifizierbarkeitskriterium für
Theorien benötigt aber die Vermeidung von Nichtobservablen gar
nicht

Ich glaube Du hast mich mißverstanden. Natürlich darf die Theorie Nichtobservablen verwenden, wenn sie nur genug Aussagen macht, um falsifizierbar zu sein. Immerhin ist sie Theorie falsch, wenn sie nur eine Observable fehlerhafte Aussagen macht. Das Dumme ist nur, daß alle Aussagen, welche die Theorie über die Nichtobservablen macht eben nicht falsifizierbar sind. Selbst wenn eine Theorie bezüglich aller Observablen korrekte Aussagen macht bedeutet das keineswegs, daß das auch für die Nichtobservablen zutrifft und es gibt keine Möglichkeit das zu überprüfen. Deshalb ist es strenggenomen nicht zulässig, diesen Größen eine reale physikalische Bedeutung zuzuordnet.

Wenn es beispielsweise gelingt, die Gravitation fehlerfrei mit Gravitonen zu beschreiben, dann bedeutet das nicht, daß Gravitonen wirklich existieren, solange ich sie nicht in der Realität nachweisen kann. Und wenn es gelingt die überprüfbaren Eigenschaften eines schwarzen Loches mit der Relativitätstheorie korrekt zu beschreiben, dann bedeutet das noch lange nicht, daß das auch für die nicht überprüfbaren Eigenschaften gilt. Jede diesbezügliche Aussage ist eine Extrapolation über die Grenzen des Überprüfbaren hinaus.

hm - wenn du mathematische Operationen als Spekulation
bezeichnest, dann ja… dann diskutieren wir im falschen
Forum…

Nein, wir diskutieren im falschen Forum, wenn Du glaubst, daß Naturwissenschaft nur aus mathematischen Operationen besteht. Mit Hilfe mathematischer Operationen wirde beispielsweise „bewiesen“, daß eine Hummel nicht fliegen kann. Da diese Operationen vollkommen korrekt waren, dürften Hummeln nach Deinem Verständnis von Naturwissenschaft also nicht herumfliegen. Tatsächlich bestand der Fehler aber darin, daß eine Theorie über ihren Gültigkeitsbereich hinaus strapaziert wurde. Was der Mathematiker nämlich nicht wußte war, daß die Theorie, der er sich bediente (ich glaube es war Kutta-Koukowski) nicht berücksichtigte, daß sich ein tragender Luftwirbel vor den Flügeln bildet. In diesem Fall konnte der Fehler erkannt werden, weil sowohl die fliegenden Hummeln, als auch der Luftwirbel Observablen sind. Für Aussagen über das Innere von schwarzen Löchern ist diese Falsifizierbarkeit aber nicht gegeben, weil z.B. eine Singularität keine Observable ist.

Jetzt kannst Du natürlich einwenden, die Relativitätstheorie würde so universell gelten, daß derartige Spezialfälle grundsätzlich ausgeschlossen wären. Damit würdest Du Dich aber auf dem besten Weg zur Religion befinden, da die Naturwissenschaft einen so umfassenden Wahrheitsanspruch nicht kennt. Sie muß Ihre Aussagen in der Praxis prüfen, auch wenn es sich um Aussagen über schwarze Löcher handelt. Ist eine Überprüfung nicht möglich, dann sind auch keine Aussagen erlaubt.

Wenn wir über einen Ereignishorizont
reden, reden wir zugleich über alle Eigenschaften seines
inneren, und die sind nun mal aus der Theorie bekannt, da gibt
es gar nichts nachzugucken.

Genau da liegt das Problem. Sie sind aus der Theorie bekannt und zwar nur aus der Theorie. Woher aber weiß ich, daß die Theorie auch im Inneren des schwarzen Loches gilt? Diese Gültigkeit kann nur experimentell geprüft werden und das ist eben nicht möglich.