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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 28.12.08, 23:33
kawa kawa ist offline
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Registriert seit: 06.12.2008
Beitr?ge: 108
Standard Physik ohne Statistik?

"Gandalf" hält Statistik für eine sinnlose (bzw. sogar schädliche) Sache und daher interessiert es mich, inwieweit man Physik ohne Statistik machen kann. Ich persönlich denke, das das eigentlich gar nicht geht, weil die Physik 'dauernd' Bereiche berührt, wo es nicht um einzelne 'Teilchen' geht, sondern um Systeme aus vielen solchen Teilchen. Auch in der QM sieht man das indirekt z.B. bei der propabalistischen Struktur des Meßprozesses, aber bevor man dazu kommt, möchte ich erst mal ein sehr viel einfacheres Problem diskuieren: Wie beschreibt man ein simples ideales Gas ohne Statistik?

Das Beispiel ist sowohl real als auch relevant. Wir haben also ein ideales Gas aus N neutralen Teilchen (mit N im Bereich 10^24).

Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
Hierzu fehlen mir einfach viel zu viele Informationen, über z.B.:
- Ort
- Impuls
- Zustand (Ladung)
- usw. - des Gases
... und nichts anderes ist der Grund, warum Statistik - im Rahmen einer bestimmten Aufgabe nützlich sein kann! - Eine 'Erklärung' für das Verhalten des Gases liefert die Statistik nicht.
Man hat die Informationen, die man messen kann (z.B. die 'Temperatur' - also das, was ein Thermometer anzeigt). Nicht aber den Zustand jedes einzelnen der N Teilchen - das sind einfach zu viele um sie einzeln zu vermessen. Was man aber hat ist ein recht gutes Modell für die Mikrostruktur des Gases.

Wenn du unbedingt möchtest, kannst du es natürlich gern noch komplizierter machen (Ladung, innere Freiheitsgrade, verschiedene Molekültypen usw), aber damit wirst du nichts 'gewinnen'. Das Modell entspricht sehr gut z.B. Helium bei Temperaturen > 20K, ist also durchaus relevant. Und bitte keine Ausreden, das es zu einfach ist - beschreibe erst einmal diese einfache System, komplizierte kann man dann ja nachlegen.

Also: Stell dir vor, bisher hätte niemand die Thermodynamik erfunden und du möchtest das jetzt nachholen - nur halt ohne Statistik.

Gruß, Karsten.
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  #2  
Alt 29.12.08, 22:02
Benutzerbild von Gandalf
Gandalf Gandalf ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 01.05.2007
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Hallo Karsten!

Da...
Zitat:
"Gandalf" hält Statistik für eine sinnlose (bzw. sogar schädliche) Sache
...
.. das ja so allgemein nicht stimmt, (Was ich mehrfach versucht habe zu betonen: Statistik hat was mit aufsummierbaren "Teilen/chen zu tun, - also (überholter, bzw. "falscher") klassischer Physik und folglich nicht so sehr mit der 'nicht-klassichen Physik', die wir hier im Forum ansprechen) - könnte der Threadtitel etwas 'am Ziel (also an mir) vorbei' gehen. Ok - ich nehm das auch nicht persönlich und überlasse Dir gern den 'Stich'.

Aber ich denke, dadurch dass jeder ein paar "Pflöcke eingehauen" hat, wissen wir jeweils wo der andere steht, - belassen es dabei und gehen zum 'kontruktiven Teil' über:
Zitat:
Also: Stell dir vor, bisher hätte niemand die Thermodynamik erfunden und du möchtest das jetzt nachholen - nur halt ohne Statistik.
Das ist tatsächlich eine hochinteressante Fragestellung, über die ich schon öfters gestolpert bin und (noch^^) nicht vollständig beantworten kann. Ich weis nur: etwas stimmt dabei nicht. Zumal sie ja - wiederum - eine Fragestellung der 'klassischen (oder gar "mechanistischen") Physik' ist. (Und Du hier anscheinend eine ebensolche Antwort erwartest) Möglicherweise muss aber (auch) hier 'alles' in einem neuen Kontext gebracht werden, bevor Antworten folgen können. (Chemiker vergangener Jahrhunderte hatte auch lange Probleme damit beschreiben zu können, was "Feuer" ist, - ohne auf so 'definierte Hilfsmittel' wie "Phlogiston", etc. zurückgreifen zu müssen. Da ich selber nicht in der Lage bin hier 'belegbare Forschungsergebnisse zu präsentieren' (wohl wie die allermeisten hier), muss ich andere bemühen, die - wie ich meine - der Sache vielleicht etwas näher gekommen sind.

Ein vielversprechender Ansatz scheint mir hier über die "Protyposis" (abstrakte nicht-lokale Quanteninformation; Prof Th. Görnitz) zu gehen.

Thermodynamik ist ja eng mit dem Begriff der Entropie verbunden, die wiederum als 'nicht nutzbare Information' definiert werden 'kann' - Auch wenn mir durchaus bewusst ist, dass hier Begriffsunklarheit herrscht, - allein schon deshalb, weil Entropie nicht direkt gemessen werden kann. Aber da wir hier zumindest indirekt auch immer über Quantenpyhsik diskutieren, halte ich es für zulässig - und erforderlich aus folgendem Grund:

'schwarze Löcher' sind die größten Ansammlungen von Entropie, die wir kennen. Eine Antwort auf Deine Frage könnte somit mit ihnen zusammenhängen. So wie 'jedes Atom Deines ideales Gases (der klassischen Physik)' über 3 Informationen erfasst werden kann
(- Masse,
- Bewegungsrichtung,
- innerer Zustand),
gibt es nur 3 Informationen über die 'jedes sL' beschreiben werden kann:
- Masse
- Drehimpuls
- elektrische Ladung

Weiters weis man das sich jede Entropieänderung linear-proportional zur Massenzunahme des sL (im Quadrat) verhält
--> Jede noch so kleine Massenzunahme führt zu gigantischen Entropiezuwächsen, da jedes Teilchen mit der doppelten Masse des schwarzen Loches zu multipliziert ist.
==> könnte man nun errechnen wieviel Information ein einzelnes Teilchen ("Quant") enthält, - wüsste man auch umgehend über die maximale Entropie des gesamten Universums bescheid. (man kann sich dieses ja ebenfalls als schwarzes Loch denken, in das gerade das "allerletzte Teilchen" hineinfällt)

Und das könnte dann eine erste, - vorläufige Beschreibungsmöglichkeit sein: Thermodynamik (= Wärmelehre) ist ein Teilgebiet der Lehre über die von einem Beobachter maximal nutzbar zu machende (Quanten)information. - Die sich grundsätzlich nicht durch statistische Aufsummierungen auszeichnet (die ja aus der angesprochenen klassischen reduktionisitisch geprägten Physik kommen), sondern durch 'ganzheitliche Beschreibungsformen' (wie z.B. einem Hologramm).

Die "statistisch aufsummierende Klassifizierung" ist im Prinzip mit der Art von "Klassifizierung" zu vergleichen, die die 'Erdoberfläche als ruhend' im Universum betrachtet: Im Alltag extrem nützlich - erkenntnistheoretisch extrem bedenklich.

Eine erweiterte Beschreibungsmöglichkeit wäre dann: Thermodynamik = das, was wir für unser Universum aus dem Multiversum auswählen ("nutzbar machen") können, - aber nicht müssen. --> "Dein Gas" stellt eine 'Qualität' an Qubits dar, die 'in_Formation' relativ zu einem beobachtenden System gebracht sind.

Grüße
__________________

Warum soll sich die Natur um intellektuelle Wünsche kümmern, die "Objektivität" der Welt des Physikers zu retten? Wolfgang Pauli
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  #3  
Alt 30.12.08, 01:50
kawa kawa ist offline
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
Das ist tatsächlich eine hochinteressante Fragestellung, über die ich schon öfters gestolpert bin und (noch^^) nicht vollständig beantworten kann.
Mit anderen Worten: Du räumst ein, das die "böse" Statistik etwas kann, was du nicht kannst?

Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
Ich weis nur: etwas stimmt dabei nicht.
Du kennst zwar keine Alternative, meinst aber über den aktuellen (und gut funktionierenden) Lösungsansatz: "etwas stimmt dabei nicht"? Was stimmt daran konkret nicht? Wenn du das "weißt", mußt du das auch konkret begründen können.

Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
Zumal sie ja - wiederum - eine Fragestellung der 'klassischen (oder gar "mechanistischen") Physik' ist.
Das gilt nur für die Thermodynamik. Heute ist die klassische Thermodynamik natürlich längst im Rahmen der statistischen Physik auf neu formuliert wurden, wobei dann natürlich auch die QM berücksichtigt wird. Gerade Sachen wie die Bose-Einstein-Statistik sind ja heute über Experimente mit Bose-Einstein-Kondensaten sehr aktuell.

Ich hatte nun natürlich ein Beispiel aus der Thermodynamik gewählt, weil es wirklich etwas viel verlangt ist, die Leistungen der statistischen Physik mal eben anderweitig nachzuvollziehen - und da der Name 'statistische Physik' ja schon nahelegt, das es was mit Statistik zu tun hat, was du ja nicht willst. Wenn du aber nicht mal in der Lage bist, ein einfaches ideales Gas zu beschreiben, dann wird es mit Systemen die eine komplexere Statistik haben ja nicht gerade einfacher. Und das Modell für ein ideales Gas ist eben tatsächlich in der Natur in sehr guter Näherung realisiert, daher ist es kein akademisches Beispiel!

Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
(Und Du hier anscheinend eine ebensolche Antwort erwartest) Möglicherweise muss aber (auch) hier 'alles' in einem neuen Kontext gebracht werden, bevor Antworten folgen können.
Aha. Klingt für mich nach einer Ausflucht. Du "weißt", das irgendwas nicht stimmt, hast keine Ahnung, wie man es alternativ machen kann und willst daher alles in einen "neuen Kontext" bringen, den du aber auch nicht näher beschreiben kannst.

Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
'schwarze Löcher' sind die größten Ansammlungen von Entropie, die wir kennen. Eine Antwort auf Deine Frage könnte somit mit ihnen zusammenhängen.
"Entropie" ist ein Begriff aus der statistischen Physik. Den darfst du gar nicht benutzen, da du Statistik ja für "nicht stimmend" hältst.

Und was haben nun Schwarze Löcher mit einem idealen Gas zu tun? Du vermischst da Dinge die überhaupt nicht zusammengehören und erst recht nicht die Frage beantworten, wie du ohne Statistik ein ideales Gas beschreiben würdest.


Zitat:
Zitat von Gandalf Beitrag anzeigen
Und das könnte dann eine erste, - vorläufige Beschreibungsmöglichkeit sein: Thermodynamik (= Wärmelehre) ist ein Teilgebiet der Lehre über die von einem Beobachter maximal nutzbar zu machende (Quanten)information. - Die sich grundsätzlich nicht durch statistische Aufsummierungen auszeichnet (die ja aus der angesprochenen klassischen reduktionisitisch geprägten Physik kommen), sondern durch 'ganzheitliche Beschreibungsformen' (wie z.B. einem Hologramm)
Hier geht es nicht 'direkt' um Erkenntnistheorie. Die Erkenntnis wie ein ideales Gas mikroskopisch 'funktioniert', ist bereits da. Das mag keine 100%ig exakte Beschreibung sein, aber es ist exakt genug, das man die fast die ganze Wärmelehre damit recht gut theoretisch begründen kann (und das ganze dann experiementell verifizieren kann). Analog erklärt die statistische Physik natürlich auch nicht, wie die QM funktioniert, denn sie baut ja darauf auf. QM oder klassische Mechanik sind 'tiefer' im Erkenntnisprozess als statistische Physik und Thermodynamik. Genauso wie Physik 'tiefer' ist als Chemie und Chemie 'tiefer' als Biologie. Allerdings erzeugt jede dieser 'Ebenen' ihre eigenen neuen Gesetze. Die Chemie hat hunderte von Regeln, die prinzipiell alle aus der QM folgen, allerdings als eigenes Regelwerk eine neue Qualität besitzen. Analoges gilt für die Biologie.

In der statistischen Physik geht es nun also darum, aus den Regeln der QM (oder auch der klassischen Mechanik) neue Regeln für Gase, Festkörpern, Flüssigkeiten usw. abzuleiten (teils entstehen daraus dann wieder anderen Physikrichtungen wie Festkörperphysik usw., aber das lassen wir erst mal beiseite). Die statistische Physik funktioniert sehr gut - aber du willst sie ja nicht. Also her mit der Alternative. Und zwar konkret am einfachsten Beispiel, was mir dazu einfällt: Am idealen Gas.

Nun also mal los. Fang mal an, konkret zu beschreiben, anstatt um den heißen Brei herum zu reden.

Gruß, Karsten.
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  #4  
Alt 30.12.08, 23:21
Benutzerbild von Gandalf
Gandalf Gandalf ist offline
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
Zitat von kawa Beitrag anzeigen
Mit anderen Worten: Du räumst ein, das die "böse" Statistik etwas kann, was du nicht kannst?
OK - ich hab's versucht - mal "ohne Geplänkel" Dir was über den fundamentalen Unterschied zwischen klassischer Physik und Quantenphysik aufzeigen zu wollen. Aber scheinbar besteht kein ernsthaftes Interesse.

Ich wünsche Dir trotzdem nur alles Gute für die Zukunft, die ja statistisch gesehen nicht anders ist, als die Vergangenheit.

Mach im Jahr 2009 was d'raus.
__________________

Warum soll sich die Natur um intellektuelle Wünsche kümmern, die "Objektivität" der Welt des Physikers zu retten? Wolfgang Pauli
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  #5  
Alt 31.12.08, 00:02
kawa kawa ist offline
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Hab mir schon gedacht, das du einen Rückzieher machst, sobald es mal konkret wird. Ist halt einfacher, haltlos runzuspekulieren und gut funktionierende Theorien pauschal abzuwerten als mal 'Butter vor die Fische' zu tun und zu zeigen, das man wirklich weiß, wovon man spricht.

Dann eben nicht, kann jeder seine Schlüsse draus ziehen.

Gruß, Karsten.
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  #6  
Alt 31.12.08, 00:42
Uli Uli ist offline
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
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"Gandalf" hält Statistik für eine sinnlose (bzw. sogar schädliche) Sache und daher interessiert es mich, inwieweit man Physik ohne Statistik machen kann.
...
Also: Stell dir vor, bisher hätte niemand die Thermodynamik erfunden und du möchtest das jetzt nachholen - nur halt ohne Statistik.

Gruß, Karsten.
Dass die statistische Mechanik eine äußerst überzeugende Begründung der - mehr phänomenologischen - Thermodynamik liefert, wird wohl kaum jemand bestreiten. Die Statistik ist natürlich auch in vielen anderen Bereichen der Physik unverzichtbar: bei der Fehleranalyse von Experimenten z.B. - je öfter gemessen wird, desto genauer kenne ich das Resultat, da sich mit der steigenden Anzahl von Messungen die Standardabweichung reduziert.

Ich schätze mal, Gandalf geht es hier aber mehr um den probabilistischen Charakter der Quantenmechanik. Da gibt es ja auch alternative Ansätze, um diesen Charakter zu vermeiden - David Bohms Mechanik z.B.. Es neigen doch viele Physik-Interessierte zu Einsteins "Gott würfelt nicht".

Mir persönlich fehlt aber die Motivation für solche Modelle, da die Quantenmechanik sich ja extrem gut bewährt hat. Solange es keine Beobachtungen gibt, die solche Alternativen stützen, bin ich mit der mehr minimalen Quantenmechanik hochzufrieden.

Uli
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  #7  
Alt 31.12.08, 01:38
Hermes Hermes ist offline
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Ausrufezeichen AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
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Ich wünsche Dir trotzdem nur alles Gute für die Zukunft, die ja statistisch gesehen nicht anders ist, als die Vergangenheit.

Mach im Jahr 2009 was d'raus.
In diesem Satz steckt eine tiefe Wahrheit.
Es wäre sehr schade, wenn diese Aussage untergeht!
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  #8  
Alt 31.12.08, 12:45
kawa kawa ist offline
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
Zitat von Uli Beitrag anzeigen
Dass die statistische Mechanik eine äußerst überzeugende Begründung der - mehr phänomenologischen - Thermodynamik liefert, wird wohl kaum jemand bestreiten. Die Statistik ist natürlich auch in vielen anderen Bereichen der Physik unverzichtbar: bei der Fehleranalyse von Experimenten z.B. - je öfter gemessen wird, desto genauer kenne ich das Resultat, da sich mit der steigenden Anzahl von Messungen die Standardabweichung reduziert.
Doch, beides lehnt Gandalf ab. Für ihn ist die gesamte Statistik ein Irrweg. Zumindest sagt er sowas mehrfach im Parallelthread.

Zitat:
Zitat von Uli Beitrag anzeigen
Ich schätze mal, Gandalf geht es hier aber mehr um den probabilistischen Charakter der Quantenmechanik.
Das auch. Aber er hat ja bereits das Kind mit dem Badewasser ausgeschüttet und die Statistik komplett verteufelt.

Nun hat die QM aber offensichtlich probabilistischen Charakter (woher auch immer der kommt). Auch die VWI übernimmt das ja: Solange man nur ein einzelnes Universum betrachtet, sagt diese auch eine 'ganz normale' Statistik für den Meßprozess vorraus - und da wir uns unser Universum nicht aussuchen können, sehen wir diese Statistik zwangsläufig.

Zitat:
Zitat von Uli Beitrag anzeigen
Da gibt es ja auch alternative Ansätze, um diesen Charakter zu vermeiden - David Bohms Mechanik z.B.. Es neigen doch viele Physik-Interessierte zu Einsteins "Gott würfelt nicht".
Auch Bohms Ansatz führt zu Statistik. Da man nämlich auch bei Bohm niemals die Anfangszustände der Teilchen kennen kann, kann man auch nie vorhersagen, wo sie später gemessen werden. Daher braucht man am Ende ebenso Statistik um etwas zu berechnen.

Ich hatte schon versucht klar zu machen, das Statistik eine Methodik ist, um aus Systemen mit hoher Teilchenzahl neue Eigenschaften abzuleiten die ausschließlich in der Überlagerung entstehen. Bekanntestes Beispiel wäre die Temperatur. Und in der QM sind alle klassischen Größen (Ort, Impuls usw) dieser Natur. Ebenso ist Statistik unverzichtbar um z.B. das MWG aus der Chemie zu erklären (woraus letztlich dann auch Sachen wie Genexpression und Genregulation in der Biologie folgen). Wenn man also diese Dinge erklären will (ja, erklären!), dann geht das nur mit Statistik. Statistik ist fundamental.

Statistik mag einzelne fundamentale Dinge nicht erklären. Wobei das aber natürlich Spekulation ist, denn der Meßprozess in der QM ist ja propabalistischer Natur. Und evtl. liegt dem tatsächlich eine fundamental statistische Physik zugrunde, die Menschen aber aufgrund unser konzeptionell deterministischen Denkweise einfach nicht haben wollen - und sich daher Sachen wie die VWI oder die Bohmsche Mechanik ausdenken.

Aber spätestens ab der 'nächst höheren Ebene' ist Statistik so oder so unverzichtbar, denn alles für uns Menschen relevante sind Vielteilchensysteme. Und wenn man auch da Statistik grundlegend ablehnt (die ja auch ebenso axiomatisch begründet ist wie z.B. die Analysis), dann muß man schon eine Alternative vorweisen können. Ich sehe da bei Gandalf einfach fundamentale Wissenslücken, welche er schleunigst auffüllen sollte, wenn er sich wirklich für Physik interessiert.

Gruß, Karsten.
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  #9  
Alt 31.12.08, 12:49
kawa kawa ist offline
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Registriert seit: 06.12.2008
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
Zitat von Hermes Beitrag anzeigen
In diesem Satz steckt eine tiefe Wahrheit.
Im Gegenteil ist es sogar grundfalsch. Es ist ja gerade die Statistik, die den Zeitpfeil festlegt. Im Rahmen des Standardmodells sind beide Zeitrichtungen noch gleichberechtigt.

Gruß, Karsten.
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  #10  
Alt 31.12.08, 12:58
Uli Uli ist offline
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Standard AW: Physik ohne Statistik?

Zitat:
Zitat von kawa Beitrag anzeigen
Im Gegenteil ist es sogar grundfalsch. Es ist ja gerade die Statistik, die den Zeitpfeil festlegt. Im Rahmen des Standardmodells sind beide Zeitrichtungen noch gleichberechtigt.

Gruß, Karsten.
fast gleichberechtigt ...
Ich denke an die beobachtete CP- bzw T-Verletzung einiger schwacher Prozesse.
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