Das Fundament der Physik

[Marcus Ulpius]

Hallo Hawkwind,

Die Eingangsfrage von Roko lautete:

Zitat von Roko

Welche fundamentalen Gesetze der Physik sind so allgemein und universell, dass sie auf alles in der Welt zutreffen?

Nur reproduzierbare Experimente besitzen physikalische Aussagekraft.
"Reproduzierbar" bedeutet dass unter exakt denselben Rahmenparametern immer dieselben Ergebnisse erzielt werden: Nur auf einer solchen Basis sind Vorhersagen überhaupt erst möglich.
Zwingende Voraussetzung hierfür ist dass die Natur immer und überall denselben Gesetzmässigkeiten folgt.

Ich nenne das Kausalität - Wie bezeichnest du es?

Nach deinen bisherigen Äusserungen zu urteilen räumst du der Kausalität nur einen Platz in den Modellen ein - Nicht in der Realität.
z.B.

Zitat von Hawkwind

Quantitative Vorhersagen lassen sich ableiten, ohne auch nur einen Gedanken an Kausalität zu verschwenden.

Wie das? Wie kannst du irgendeine Vorhersage treffen ohne von immer und überall gültigen Gesetzmässigkeiten auszugehen?

Oder habe ich dich falsch verstanden?

Zitat von Hawkwind

Oder welche Rolle spielt Kausalität z.B . bei der Berechnung der Energieniveaus des Wasserstoffatoms?

z.B. dass das betreffende Wasserstoffatom nicht plötzlich verschwindet während du noch rechnest. ;-)

wkr
Marcus

[Hawkwind]

Mojn Ulpius,

Zitat von Marcus Ulpius

Hallo Hawkwind,

Die Eingangsfrage von Roko lautete:

Nur reproduzierbare Experimente besitzen physikalische Aussagekraft.
"Reproduzierbar" bedeutet dass unter exakt denselben Rahmenparametern immer dieselben Ergebnisse erzielt werden: Nur auf einer solchen Basis sind Vorhersagen überhaupt erst möglich.
Zwingende Voraussetzung hierfür ist dass die Natur immer und überall denselben Gesetzmässigkeiten folgt.

Ich nenne das Kausalität - Wie bezeichnest du es?

Ich nenne die Reproduzierbarkeit experimenteller Ergebnisse "Reproduzierbarkeit".
Was du da erwähnst, scheint mehr mit Determinismus zu tun haben, den es in der Quantenmechanik so naiv eh nicht mehr gibt.

Zitat von Marcus Ulpius

Nach deinen bisherigen Äusserungen zu urteilen räumst du der Kausalität nur einen Platz in den Modellen ein - Nicht in der Realität.
z.B.

Phh ... diese Frage ist mir zu schwierig: ich dachte, es geht hier um Physik, also um Modelle.

Zitat von Marcus Ulpius

Wie das? Wie kannst du irgendeine Vorhersage treffen ohne von immer und überall gültigen Gesetzmässigkeiten auszugehen?

Oder habe ich dich falsch verstanden?

Die Frage ist, was bedeutet "Kausalität"?
Kausalität liegt nach meinem bescheidenen Verständnis dann vor, wenn ein Prozess nicht umkehrbar ist, d.h. wenn Ursache und Wirkung ihre Rollen nicht vertauschen können.
Wenn du dir nun einen Film anschaust, der einen physikalischen Prozess wiedergibt, z.B. Emission eines Photons durch ein Atom, dann ist der rückwärts abgespielte Film (Absorption eines Photons) genauso ein nach den Gesetzen der Physik erlaubter Prozess. Du kannst gar nicht beurteilen, welches die korrekte Abspulrichtung ist; ich sehe da deshalb keine Kausalität.
[Nachtrag] Ein anderer Aspekt von Kausalität (manchmal als "Mikrokausalität" bezeichnet) ist es einfach, Inkonsistenzen zu vermeiden: wenn für den Beobachter eines Prozesses ein Ereignis zeitlich vor einem anderen stattfindet, dann müssen alle Beobachter dieselbe zeitliche Reihenfolge feststellen. Ansonsten wird es "wüst", da Ereignisse aus unserer relativen Zukunft Einfluss auf die Gegenwart haben könnten.

Zitat von Marcus Ulpius

z.B. dass das betreffende Wasserstoffatom nicht plötzlich verschwindet während du noch rechnest. ;-)

Anscheinend bedeutet Kausalität für dich, dass niemand zaubert.

Nun gut, da unterscheidet sich dein Verständnis von Kausalität mit Sicherheit von meinem.

Aber wir sind nicht die Einzigen, die über die Bedeutung von Kausalität in der Physik grübeln; in Wiki findet man z.B.

Kausalität wird oft auch als das Prinzip von Ursache und Wirkung bezeichnet. In diesem Sinne wird es von vielen Physikern weniger als Naturgesetz sondern als Interpretation des Geschehens angesehen, da es keine exakte Vorschrift gibt, wie sich eine bestimmte Ursache und die zugehörige Wirkung räumlich und zeitlich abgrenzen lassen. Letztlich werden in der Physik Vorgänge der Natur erschöpfend durch Lösungen von mathematischen Gleichungen beschrieben. Eine Notwendigkeit, Teilbereiche dieser Lösungen als Ursachen und als Wirkungen zu bezeichnen, besteht letztlich nicht, sondern dient lediglich zur Veranschaulichung und zum besseren Verständnis.

Gruss,
Hawkwind

[JoAx]

Zitat von Marcus Ulpius

z.B. dass das betreffende Wasserstoffatom nicht plötzlich verschwindet während du noch rechnest. ;-)

Das kann tatsächlich passieren, Marcus. Nicht beim Rechnen "auf dem Papier", aber in einer Pauli-Falle. Die Ursache lässt sich da wohl schwer bis gar nicht angeben. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Atom sich auch ausserhalb der Falle befindet ist nicht Null. Irgendwann "schlägt sie zu", und das Atom ist weg.

Dabei gibt es Sicher auch eine Störung des em. Feldes (der Widerstand ist schlisslich weg), aber ist diese Störung die Ursache für das Verschwinden des Atoms, oder das Verschwinden des Atoms die Ursache für die Störung?


Gruß, Johann

[Hawkwind]

Zitat von JoAx

Das kann tatsächlich passieren, Marcus. Nicht beim Rechnen "auf dem Papier", aber in einer Pauli-Falle. Die Ursache lässt sich da wohl schwer bis gar nicht angeben. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Atom sich auch ausserhalb der Falle befindet ist nicht Null. Irgendwann "schlägt sie zu", und das Atom ist weg.

Dabei gibt es Sicher auch eine Störung des em. Feldes (der Widerstand ist schlisslich weg), aber ist diese Störung die Ursache für das Verschwinden des Atoms, oder das Verschwinden des Atoms die Ursache für die Störung?


Gruß, Johann

Ist die Ursache nicht der "08/15 -Tunneleffekt" der Quantenmechanik?
Der ist doch gut verstanden.

Ich denke übrigens, es muss "Paulfalle"
http://de.wikipedia.org/wiki/Paul-Falle
heissen.

Auch bitte diesen Tunnel durch die Paulfalle nicht verwechseln mit dem
Tunnel durch St. Pauli

Gruss,
Hawkwind

[JoAx]

Zitat von Hawkwind

Ich denke übrigens, es muss "Paulfalle"
http://de.wikipedia.org/wiki/Paul-Falle
heissen.

Stimmt, mein Fehler.

Der Tunneleffekt ist aber keine Ursache, oder?

Gruß!

[Hawkwind]

Zitat von JoAx

Stimmt, mein Fehler.

Der Tunneleffekt ist aber keine Ursache, oder?

Gruß!

Er ist dafür verantwortlich, dass es eine Wahrscheinlichhkeit gibt, das Atom außerhalb der Falle vorzufinden. Alles, wofür es eine Wahrscheinlichkeit gibt, tritt dann eines Tages auch ein, wenn man oft genug probiert.

[Marcus Ulpius]

Hallo Hawkwind,

Falls die Natur determiniert wäre (Determinismus = ereignisorientiert) wäre es z.B. möglich vorherzusagen welchen Spin man bei einem Teilchen eines verschränkten Paares messen wird - Dem ist aber nicht so.

Man kann zwei Dinge vorhersagen:
1. Man wird einen Spin messen ("0 oder 1").
2. Das andere Teilchen weist genau den entgegengesetzten Spin auf.

Diese beiden Vorhersagen basieren auf (beobachtbar) immer wiederkehrenden Gesetzmäßigkeiten = kausalen Zusammenhänge der Natur.
Deshalb muss jede physikalische Theorie das Kausalitätsprinzip erfüllen.

Determinismus und Kausalität sind nicht dasselbe:
Die Ergebnisse von Experimenten sind nicht zwangsläufig determiniert (insbesondere in der QM).
Die Möglichkeiten des Ausgangs eines Experiments werden allerdings durch das Kausalitätsprinzip stets eingeschränkt.

Anderes Beispiel:
Es steht nicht fest wann ein Radionuklid zerfällt / zerfallen sein wird.
Es steht allerdings fest dass ein Atom Jod 133 zerfallen wird (*).

Zitat von Hawkwind

Die Frage ist, was bedeutet "Kausalität"?
Kausalität liegt nach meinem bescheidenen Verständnis dann vor, wenn ein Prozess nicht umkehrbar ist, d.h. wenn Ursache und Wirkung ihre Rollen nicht
vertauschen können.
Wenn du dir nun einen Film anschaust, der einen physikalischen Prozess wiedergibt, z.B. Emission eines Photons durch ein Atom, dann ist der rückwärts abgespielte Film (Absorption eines Photons) genauso ein nach den Gesetzen der Physik erlaubter Prozess. Du kannst gar nicht beurteilen, welches die korrekte Abspulrichtung ist; ich sehe da deshalb keine Kausalität.

Eine Emission bleibt immer eine Emission und eine Absorption immer eine Absorption.
Wenn es sich ergibt dass man eine Beschreibung der Natur (= ein Teil unseres Modells) mit geringem Anpassungsaufwand auch auf einen anderen Sachverhalt anwenden kann dann sehe ich das lediglich als "Arbeitserleichterung" an.
Man sollte keinesfalls unberücksichtigt lassen dass sich eine Umkehrung des Zeitpfeils jeglicher experimentellen Überprüfbarkeit entzieht: "In der Natur laufen alle Filme vorwärts ab".

Zitat von Hawkwind

Ich nenne die Reproduzierbarkeit experimenteller Ergebnisse "Reproduzierbarkeit".

:-)
Wenn ich Dich richtig verstehe siehst Du (aber wenigstens) die "Reproduzierbarkeit" als ein fundamentales Gesetz der Physik an welches auf alles in der Welt zutrifft (So lautete Rokos Frage)?
Oder haben wir neben Begriffsinhalten auch erkenntnis-theoretisch unterschiedliche Ansichten?

Zitat von JoAx

Das kann tatsächlich passieren, Marcus. Nicht beim Rechnen "auf dem Papier", aber in einer Pauli-Falle. Die Ursache lässt sich da wohl schwer bis gar nicht angeben. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Atom sich auch ausserhalb der Falle befindet ist nicht Null. Irgendwann "schlägt sie zu", und das Atom ist weg.

Ja - Auch diese von dir angeführte Kausalität gilt als belegt. :-)
(*) "... sofern es nicht verschwindet." ;-)

Zitat von Hawkwind

Ein anderer Aspekt von Kausalität (manchmal als "Mikrokausalität" bezeichnet) ist es einfach, Inkonsistenzen zu vermeiden: wenn für den Beobachter eines Prozesses ein Ereignis zeitlich vor einem anderen stattfindet, dann müssen alle Beobachter dieselbe zeitliche Reihenfolge feststellen.
Ansonsten wird es "wüst", da Ereignisse aus unserer relativen Zukunft Einfluss auf die Gegenwart haben könnten.

Genau.

Zitat von Hawkwind

Phh ... diese Frage ist mir zu schwierig: ich dachte, es geht hier um Physik, also um Modelle.

Ja - Aber jedes physikalische Modell setzt aber ein immer wiederkehrendes Verhalten dessen voraus, was man mit ihm beschreiben möchte.

Zitat von Hawkwind

Anscheinend bedeutet Kausalität für dich, dass niemand zaubert.

Oder "würfelt" ...... ;-)

wkr
Marcus

[Hawkwind]

Zitat von Marcus Ulpius

Hallo Hawkwind,

Falls die Natur determiniert wäre (Determinismus = ereignisorientiert) wäre es z.B. möglich vorherzusagen welchen Spin man bei einem Teilchen eines verschränkten Paares messen wird - Dem ist aber nicht so.

So ist es.

Zitat von Marcus Ulpius

Man kann zwei Dinge vorhersagen:
1. Man wird einen Spin messen ("0 oder 1").
2. Das andere Teilchen weist genau den entgegengesetzten Spin auf.

So ist es.

Zitat von Marcus Ulpius

Diese beiden Vorhersagen basieren auf (beobachtbar) immer wiederkehrenden Gesetzmäßigkeiten = kausalen Zusammenhänge der Natur.

Genau hier gallopierst du mir davon: nicht jedes Gesetz ist "kausal".
Wenn ich von den Beobachtungen abstrahiere, z.B. dass die Arbeit, die ein bewegtes Objekt verrichten kann, mit dem Betragsquadrat seiner Geschwindigkeit geht, dann ist das ein Gesetz und da ist jede Kausalitäz außen vor.. Was sollte da Ursache und was Wirkung sein? Da gibt es keinen kausalen Zusammenhang.

Zitat von Marcus Ulpius

Deshalb muss jede physikalische Theorie das Kausalitätsprinzip erfüllen.

Eine Folgerung, die ich, wie gesagt, nicht nachvollziehen kann.

Zitat von Marcus Ulpius

Determinismus und Kausalität sind nicht dasselbe:

Genau darauf wies ich dich ja hin. Ist also selbst mir bekannt.

Zitat von Marcus Ulpius

...
Wenn ich Dich richtig verstehe siehst Du (aber wenigstens) die "Reproduzierbarkeit" als ein fundamentales Gesetz der Physik an welches auf alles in der Welt zutrifft (So lautete Rokos Frage)?

Nöö, das ist kein Gesetz: das ist eine Forderung/Hoffnung von uns Menschen an die Natur, die es uns überhaupt erst erlaubt, empirisch Naturwissenschaft zu betreiben. Ohne reproduzierbare Experimente gibt es überhaupt keine Physik.

Vielleicht liegen wir auch gar nicht so weit auseinander: Kausalität ist die Grundvorausetzung, Physik betreiben zu können, aber nicht "erst" eine Eigenschaft ihrer Gesetze.

Gruss,
Hawkwind

[RoKo]

Hallo Hawkwind,

Zitat von Hawkwind

Die Frage ist, was bedeutet "Kausalität"?
Kausalität liegt nach meinem bescheidenen Verständnis dann vor, wenn ein Prozess nicht umkehrbar ist, d.h. wenn Ursache und Wirkung ihre Rollen nicht vertauschen können.

Irreversible Prozesse sind nicht umkehrbar - und alle realen Prozesse sind nicht umkehrbar; bestenfalls mit Energie- und Arbeitsaufwand reparabel.

Während du auf deine zeitumkehrinvarianten Gleichungen schaust, suche ich nach Ursachen von Betriebsstörungen. Und da wüsste ich schon gerne, ob die Betriebsstörung (=Wirkung) gestezmäßig verursacht wurde oder ob es nur eine Laune der Natur, objektiver Zufall oder der Eingriff eines überirdischen Wesens war.

[Hawkwind]

Hi Roko,

Zitat von RoKo

Hallo Hawkwind,

Irreversible Prozesse sind nicht umkehrbar - ...

Du sagst es: nur irreversible Prozesse sind nicht umkehrbar (Hauptsätze der Thermodynamik: erst die Entropie legt Richtung des Zeitpfeils fest).
Aber selbst in der Thermodynamik gibt es reversible Prozesse (wenn sie denn im thermischen Gleichgewicht stattfinden), erst recht in der Physik weniger Teilchen.

Gruss,
Hawkwind