Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

Peter0167 schrieb am 23.01.2023:Heute gefriert Wasser bereits ab 4°C, und der derzeitige Tiefstpunkt liegt bei -40°C. Physik ist ein echtes Tagesgeschäft geworden, man sollte wirklich täglich nachschauen, ob die verwendeten Konstanten tagesaktuell wirklich noch Konstanten sind, oder jemand ein Experiment ersonnen hat, wo alles wieder über den Haufen geworfen wurde.

Eine Art "überlagerte Disziplin", die alle komplexen, fortgeschrittenen Wissenschaften (deren Summe an Erkenntnissen man nicht so ohne weiteres schnell mal raussprudeln kann) besteht meiner Meinung nach in der jeweils geeigneten Wahl des "Modells", dessen man sich bedient.

Wenn ein Zug mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von etwa 60 km/h, eine Strecke von etwa 300 km entlang fährt, dann ist er wiederum in etwa 5 Stunden am Ziel. Das wissen wir alle. Aber das wissen wir nur, weil man -gottlob- die ersten Schritte des Physikunterrichts NICHT unter Einbezug der Relativitätstheorie gemacht hat. Das meine ich damit. Streng theoretisch genommen ist die Newtonsche Mechanik schlicht und ergreifend falsch. Aber sie ist trotzdem verdammt nützlich. Wenn ich dagegen jedes "paper", das irgendwo weltweit gerade herauskommt, damit abgleichen möchte, dann werde ich wohl den nächsten Zug ;) nehmen müssen.

Peter0167 schrieb:Ein einzelnes Teilchen hat also keine Temperatur, verpasse ich ihm aber eine Besetzungsinversion, wird diese sogar negativ!?

Josef Gaßner ist immer eine gute Quelle:-)

Negative Absolute Temperatur • Dunkle Energie heißer als unendlich? • vAzS (62) | Josef M. Gaßner

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Wenn zwei Neutronensterne zusammen stoßen und dabei ein Stück ab gesprengt wird, würde dieses Stück eigentlich seine Kompaktheit behalten und als Schwerkraft Monster weiter existieren?
Wären also Neutronenstern Asteroiden mit immenser Kompaktheit und Schwerkraft denkbar?

Oder würde solch ein Stück Neutronenstern wieder expandieren?

RogerHouston schrieb:Wenn zwei Neutronensterne zusammen stoßen und dabei ein Stück ab gesprengt wird, würde dieses Stück eigentlich seine Kompaktheit behalten und als Schwerkraft Monster weiter existieren?

Ein kleines Stück eines Neutronensterns könnte die Dichte nich aufrechterhalten, da der Entartungsdruck ja gleich bliebe, der Gravitationsdruck aber wegen der deutlich kleineren Masse viel kleiner würde. Ein solches Bruchstück würde wohl wegen des Entartungsdrucks explodieren.

mfg
kuno

kuno7 schrieb:Ein kleines Stück eines Neutronensterns könnte die Dichte nich aufrechterhalten,

Ja, macht Sinn.
Danke für die Erklärung. :Y:

@kuno7
Wollte grad schreiben, ein Stück könnte gar nicht erst entstehen sozusagen.

Diese drehen sich verdammt schnell.
Man kann sich wohl vorstellen was passiert wenn zwei immens schnell drehende Objekte kollidieren,
Beyblade lässt grüßen sozusagen.
So stelle ich es mir zumindest vor, so als Laie.

Ich hab da mal `ne Frage:
Radiowellen (zumindest die kürzeren die nicht von der Erdatmosphäre reflektiert werden) funtionieren doch auch wunderschön im All. Was schon viele Male bewiesen wurden ist: Apollo spricht mit Houston, der Rower sendet Marsfotos usw.
Wie machen die Radiowellen das? Da draußen ist doch ein fast vollständiges Vakuum. Oder anders gefragt: Wer oder was ist den da der Träger dieser Wellen?

Elektromagnetische Wellen brauchen keinen "Äther" als Träger, da ist man schon laange von ab.
Sonst würde das Sonnenlicht auch nicht bei uns ankommen!

:mlp:

@Lupo54

Lupo54 schrieb:Wer oder was ist den da der Träger dieser Wellen?

Sie selbst.

@Lupo54:

Lupo54 schrieb:Wer oder was ist den da der Träger dieser Wellen?

Das ist ein schwieriges Thema. Man ging lange Zeit davon aus, dass sich elektromagnetische Wellen (u.a. Licht) in einem universumerfüllenden Medium, dem berühmt-berüchtigten "Äther" ausbreiten. Z.B. war für Maxwell -- auf dessen Arbeiten die moderne Vorstellung des Elektromagnetismus beruht -- die Existenz des Äthers selbstverständlich. Es gab zwar ein paar Probleme mit dieser Vorstellung (z.B. musste der Äther einerseits eine extrem geringe Dichte haben, da sich Materie scheinbar widerstandslos durch den Äther bewegt, andererseits musste er eine extrem hohe Dichte haben, um die hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen zu erklären), aber man war lange Zeit zuversichtlich, dafür im Laufe der Zeit brauchbare Erklärungen zu finden.

Eine wichtige Frage im Zusammenhang mit der Äther-Vorstellung war, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich die Erde relativ zum Äther -- der das gesamte Universum erfüllt -- bewegt. Zu diesem Zweck wurde 1887 das Michelson-Morley-Experiment durchgeführt. Auch wenn man erst mal nicht weiss, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich die Erde relativ zum Äther bewegt, sollte der Vergleich von zwei Lichtgeschwindigkeitsmessungen in um 90° unterschiedliche Richtungen nach der Äther-Vorstellung einen Geschwindigkeitsunterschied ergeben, aus dem man dann auf Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der Erde relativ zum Äther rückschliessen kann. Zum Erstaunen der damaligen Physiker gab es aber (im Rahmen der Messgenauigkeit) keinen solchen Geschwindigkeitsunterschied, was später vielfach mit erheblich höherer Präzision bestätigt wurde. Das würde bedeuten, dass der Äther relativ zur Erde ruht, was offensichtlich nicht sinnvoll ist, sofern man nicht annehmen will, dass die Erde das Zentrum des Universums ist ;). Eine der wenigen verbleibenden Alternativen ist die Vorstellung des von der Erde "mitgeführten" Äthers (d.h. die Erde -- wie auch jedes andere bewegte Objekt -- führt den Äther in ihrer näheren Umgebung mit), was aber zu unauflösbaren Widersprüchen bei astronomischen Beobachtungen führt, also auch nicht sein kann.

Die Vorstellung eines Äthers übt auf viele Menschen eine erhebliche Anziehungskraft aus, und es haben viele hochqualifizierte Physiker lange Zeit versucht, die Äther-Vorstellung irgendwie zu "retten". Letztendlich sind aber alle diese Bemühungen im Sande verlaufen. Nach der modernen Vorstellung sind elektromagnetische Wellen Änderungen elektromagnetischer Felder, die sich nach bestimmten Gesetzmässigkeiten (die u.a. durch die Maxwell'schen Gleichungen und die spezielle Relativitätstheorie beschrieben werden) ausbreiten, ohne dass dafür irgendein Medium erforderlich wäre. Bemerkenswerterweise "funktionieren" die Maxwell'schen Gleichungen auch ohne Äther, obwohl Maxwell selbst bei ihrer Aufstellung die Existenz eines Äthers voraussetzte.

@Syndrom
@off-peak
@uatu
Also Wellen ohne Medium. Das ist ziemlich schwer vorstellbar. So etwa wie Wasserwellen ohne Wasser. Aber ich muss es wohl glauben. Ohne es zu verstehen.

Lupo54 schrieb:Das ist ziemlich schwer vorstellbar.

Leider wahr.
Wobei ich meine, diese Unvorstellbarkeit kommt daher, dass diese Erklärungen noch immer nicht der Weisheit letzter Schluss sind, sondern nur gedankliche Hilfskonsstrukte.

@Lupo54

Denk dir die Ausbreitung doch von einer Antenne oder Sonne/Taschenlampe einfach wie ein Wasserstrahl aus einem Schlauch-(von Aggregatzuständen im Vakuum Mal abgesehen), könntest du auch mit "Düsenschütteln" Wellen durchs All spritzen!
So ein Funksignal/ Lichtstrahl ist ja "Was", Elektronen, Photonen-Welle,Teilchen- je nach dem;

Kann man also schmeißen wie eine Handvoll Sand ;)

:mlp:

@Lupo54:

Lupo54 schrieb:Das ist ziemlich schwer vorstellbar. So etwa wie Wasserwellen ohne Wasser.

Weite Teile der fortgeschrittenen Physik sind nicht durch Zurückführung auf mechanische Vorstellungen zu verstehen. Bei elektromagnetischen Wellen besteht in dieser Hinsicht auch das Problem, dass es sich um Transversalwellen handelt, wie u.a. die Polarisierbarkeit zeigt. In der Mechanik sind Transversalwellen (z.B. Wasserwellen) aber meist Oberflächenwellen (d.h. Wellen an der Grenzfläche zweier unterschiedlicher Medien), während Wellen in homogenen Medien (z.B. Schallwellen) meist Longitudinalwellen sind. In der Äther-Vorstellung sind elektromagnetische Wellen Transversalwellen in einem homogenen Medium, was mechanisch im Gegensatz zu Longitudinalwellen ziemlich schwierig vorstellbar ist. Z.B. Tesla konnte sich deshalb nie von der eindeutig falschen Vorstellung lösen, dass es sich bei elektromagnetischen Wellen um Longitudinalwellen handelt.

Danke, @uatu, ich werde darüber nachdenken und es hoffentlich verstehen.
Leicht ist das alles nicht. Bei meinen Rechergen habe ich z.B. gelesen (Wikipedia) dass Licht ein (Elementar-)Teilchen mit der Masse von 0 ist.
Das wird stimmen. Aber ein Teilchen ohne Masse ist einfach nicht vorstellbar.

Lupo54 schrieb:dass Licht ein (Elementar-)Teilchen mit der Masse von 0 ist.

Richtig wäre, ohne Ruhemasse. Photonen besitzen Energie bzw. Impuls.

mfg
kuno

Ich stehe grad mal wieder auf dem Schlauch, vielleicht kann mir ja hier jemand mit einfachen Worten ein paar Begriffe erklären.

Also, ich versuche gerade den folgenden Artikel zu begreifen, und komme da einfach nicht weiter:

https://www.pro-physik.de/nachrichten/aequivalenzprinzip-mit-hoher-genauigkeit-bestaetigt

Die träge Masse widersetzt sich der Beschleunigung, die schwere Masse reagiert auf die Gravitation und sorgt auf der Erde für unser Gewicht. Die anziehende Masse bezieht sich auf die Anziehungs­kraft, die ein Körper ausübt, genauer gesagt die Größe seines Gravitationsfelds.

Ist das einfach nur doof formuliert, oder gibt es tatsächlich verschiedene Arten von Massen?

Ich nahm immer an, Masse wäre eine Eigenschaft von Materie, und sie ist für verschiedene Effekte verantwortlich:

1. Masse erzeugt ein Schwerefeld

2. Masse widersetzt sich einer Bewegungsänderung

Trotz unterschiedlicher Wirkungen, haben wir es aber immer mit einer Masse zu tun. In diesem Artikel wird nun aber zwischen einer "anziehenden Masse" und einer "trägen Masse" unterschieden ... hab ich da irgendeinen Denkfehler, oder ist das nur schwammig formuliert?

@Peter0167: Die Begriffe "träge Masse" und "schwere Masse" sind in der Physik seit langer Zeit üblich (u.a. im Rahmen des Äquivalenzprinzips), tatsächlich handelt es sich aber, wie Du schon geschrieben hast, um verschiedene Wirkungen von Masse, nicht um verschiedene Arten von Massen.

Die Äquivalenz von träger und schwerer Masse ist keinesweg selbstverständlich, und eigentlich sogar erstaunlich, weshalb seit langer Zeit mit immer genaueren Verfahren nachgemessen wird, ob sich nicht doch ein kleiner Unterschied feststellen lässt. Bisher war das nicht der Fall.

Es gibt in diesem Zusammenhang übrigens ein faszinierendes, wenig bekanntes Paper von Erwin Schrödinger von 1925, wo dieser zeigt, dass man unter bestimmten Annahmen Trägheit aus Gravitation ableiten kann:

https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15379g/f335.item.langDE

In diesem Modell ist Trägheit keine elementare Eigenschaft des Universums, sondern entsteht durch die Gesamtwirkung aller Massen des Universums. Um die Berechnungen in einem handhabbaren Rahmen zu halten, verwendet Schrödinger allerdings nur ein stark vereinfachtes Universum, wo die "weit entfernten" Massen in einer Hohlkugel angeordnet sind. Mit den Möglichkeiten der heutigen Computersimulation könnte man dieses Modell stark erweitern, was ich sehr spannend finde, und was seit langer Zeit auf meiner Todo-Liste steht.

Moin moin @uatu

schön zu wissen, dass es hier immer noch kompetente User wie dich und mojo gibt, an die man sich mit seinen Problem(chen) wenden kann. :)

Manchmal bin ich aber auch wirklich begriffsstutzig, da liest man seit Monaten mal wieder in populärwissenschaftlichen Texten, und stolpert sofort über einfachste Formulierungen. Früher wäre mir das nicht passiert.

Ich hoffe, ich werde demnächst wieder etwas sicherer, denn ich habe vor, wieder mehr zu lesen und das Gelesene auch zu verstehen. Ich darf gar nicht dran denken, was ich schon wieder alles vergessen habe. Vorhin habe ich in einem Thread über die Quantenmechanik rumgestöbert, und habe auch Beiträge von mir selbst gefunden ... nicht zu fassen, was ich damals noch alles wusste :D

Zwei Fragen ich habe:


1:

"Zeit ist relativ." Das waren einst mal Einsteins Worte und dies lässt sich wohl auch anhand der Zeitverschiebung, Zeitwahrnehmung, sowie der Relativitätstheorie belegen.

Doch eines finde ich fragwürdig:

Wie kann sie relativ sein, wenn es viel mehr nur unsere Wahrnehmung ist, die entscheidet, wie wir die Zeit sehen? Es ist doch also ein rein subjektives Phänomen, wenn man zum Beispiel die Zeitverschiebung betrachtet, dass es bei Hans irgendwo am Nordpol 01:00 Uhr ist und bei mir hingegen auf der anderen Seite 15:00 Uhr nachmittags(nur als Beispiel!), dann ist es doch nicht die Zeit selbst als physikalische Größe, die jeweils unterschiedlich abläuft, sondern nur unsere Messungen, die unterschiedlich sind, aber so gesehen herrscht auf der Erde ein und dieselbe Zeit.

Wenn ich jetzt beispielsweise mit Hans vom Nordpol telefoniere, dann sind wir im selben Augenblick präsent und interagieren gleichzeitig miteinander, also ist die Relativität von Zeit doch ein rein subjektives Phänomen? Bzw. eine Frage der Wahrnehmung.

Es heißt ja auch immer, für den Einen sind zwei Stunden wie für den andern zwei Sekunden, aber genau das zeigt auch wieder auf, dass Zeit nicht objektiv gesehen relativ sein kann.

Zwei Stunden, sind zwei Stunden und nicht zwei Sekunden. Wenn Jemand aber sagt, zwei Stunden sind für ihn wie zwei Sekunden, sind es doch trotzdem zwei Stunden und kein tatsächliches Verkürzen von Zeit.


2:

Wenn jeder Mensch zeitlich langsamer oder schneller lebt, würde man sich gegenseitig eigentlich noch wahrnehmen können? Also, wenn man auf unterschiedlichen "Zeitlinien" leben würde. Weiß nicht, wie ich das verständlicher erklären kann, aber eben sah ich etwas interessantes, in dem mehrere Personen zwar in ein und demselben Raum waren, jedoch jeder für sich allein war. Sie konnten sich nicht wahrnehmen, weil sie auf unterschiedlichen Zeitebenen waren, dem Einen seine Zeit verging anders/langsamer, oder schneller, als bei dem anderen. Aber alle waren zeitgleich in dem Raum. Versteht das einer überhaupt? Vielleicht gebe ich es nicht gut wieder, sorry. :(