empirische WIMPs und rationale SUSY-Teilchen

In einem alten Artikel von 2014 habe ich über die Suche nach Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) geschrieben. Solche nur über die Schwache Kernkraft wechselwirkenden Teilchen sind ein wichtiger Kandidat für die gesuchte dunkle Materie. Andererseits könnte es sich bei diesen Teilchen um supersymmetrische (SUSY) Teilchen handeln. Ein Anlass, einmal über verschiedene Motivationen für Grundlagenforschung nachzudenken.

Ob ein Experiment wie der Teilchenbeschleuniger CERN oder das unterirdische Labor SNOWLAB nach WIMPs oder SUSY-Teilchen suchen, ist in erster Linie eine Frage der wissenschaftlichen Motivation. Die Anforderungen und sogar die zu entdeckenden Teilchen sind gleich.

Erklärung für Phänomene

Nach WIMPs suchen wir, weil es ein Phänomen gibt, dessen Erklärung unklar ist. Astronomische Beobachtungen legen die Existenz dunkler Materie nahe. Diese Materie könnte aus Teilchen bestehen, die nicht elektromagnetisch wirken1 und nicht oder nur sehr langsam in andere Teilchen zerfallen2. Wir erwarten also schwach wechselwirkende Teilchen, das ist das WI in WIMP. Außerdem müssen die Teilchen mehr Masse haben als zum Beispiel Neutrinos. Es müssen massive Teilchen sein. Das ist das MP in WIMP.

Die Eigenschaften von WIMPS sind also durch bereits erfolgte Beobachtungen festgelegt. Wir suchen ein fehlendes Steinchen zu einem Mosaik von ineinander passenden Beobachtungen.

Konsequenz einer Theorie

Dieselben Geräte, mit denen WIMPs gefunden werden können, können auch supersymmetrische (SUSY) Partner zu den bekannten Elementarteilchen finden. Hier ist die Motivation diese Teilchen zu suchen anders: Symmetrie hat sich als Konzept bisher hervorragend bewährt. Deshalb suchen theoretische Physikerinnen und Physiker nach neuen Ansätzen, die der Natur weitere Symmetrien zusprechen.

Bekannt ist die Symmetrie zwischen Teilchen und Antiteilchen. Das ist eine Ladungssymmetrie3, Antiteilchen haben die gegenteilige elektrische Ladung wie ihre Partner. Sie gehören aber zur selben Teilchenklasse. Mit Teilchenklasse meine ich hier Fermionen und Bosonen. Fermionen sind Teilchen, die Materie bilden, also Quarks und Elektronen. Bosonen sind Teilchen, die Kräfte übertragen, also unter anderem Photonen und Gluonen.

Wenn die These der Supersymmetrie stimmt, dann gibt es einen supersymmetrischen Partner zu jedem der bekannten Teilchen, der einer anderen Teilchenklasse angehört. Jedes Materie-Teilchen (Fermion) hat einen bosonischen Partner. Jedes Kraft-Teilchen (Boson) hat einen fermionischen Partner.

Die Eigenschaften des SUSY-Teilchen sind nicht aus anderen Beobachtungen bekannt, sondern aus der Theorie. Es gibt in den supersymmetrischen Erweiterungen der Teilchenphysik Regeln, die besagen wie ein supersymmetrischer Partner wechselwirken muss. Diese Regeln geben vor wie ein Experiment aussehen muss, das SUSY-Teilchen finden soll.

Glücklicher Weise müssen sich Teilchenphysikerinnen und -physiker nicht festlegen, ob sie nach WIMPs oder SUSY-Teilchen suchen wollen. Erstens weil beide Arten von Teilchen ganz ähnliche Maschinen erfordern, zweitens weil sie vermutlich sogar identisch sind: das einfachste SUSY-Teilchen, das Neutralino, ist ein heißer Kandidat für ein WIMP: Es ist elektrisch ungeladen, wechselwirkt über die Schwache Kernkraft und es ist schwer.

Deduktion vs. Induktion

Die zwei Motivationen nach denselben Teilchen zu suchen repräsentieren sehr schön die beiden klassischen Ströme der Philosophie:

  1. Auf WIMPs kommen wir über den Weg der Empirie: Eine Beobachtung4 wird verallgemeinert. Das ist die induktive Art, neue Erkenntnis zu gewinnen. Die Erkenntnis ist: Es muss eine unbekannte Art von Materie geben.5
  2. Auf SUSY-Teilchen kommen wir dagegen, indem wir eine Theorie, das Standardmodell der Teilchenphysik, weiterdenken und eine neue Symmetrie einführen. Daraus lässt sich die Existenz zusätzlicher Teilchen ableiten (Deduktion).

Beide Methoden waren in der Vergangenheit erfolgreich, moderne Wissenschaftstheorie6 weiß aber auch, dass keine der Methoden allein zu haltbaren Erkenntnissen führt. Rationalismus ohne Überprüfung durch und an der Empirie wird zu Theorien führen, die mit der erlebten Welt nichts zu tun haben. Nicht einmal die Grundlegende Struktur der Raumzeit hätten die Menschen rein rational erfassen können.7 Empirische Untersuchungen ohne Einbindung in ein theoretisches Modell führt dagegen nur auf einen Katalog unabhängiger Beobachtungen. Daraus ist keine tiefere Erkenntnis zu erwarten.

Wissenschafterinnen und Wissenschaftler müssen theoretische Modelle entwickeln und sie müssen sie am Experiment oder durch Beobachtung absichern. Ob die Modelle rational aus Vorgängermodellen entwickelt oder empirisch aus Beobachtungen verallgemeinert wurden, ist dabei zunächst unerheblich.

Anmerkungen:
1. Sonst wären sie sichtbar.
2. Sonst wären sie nicht mehr da
3. Eigentlich ist es eine CPT-Symmetrie: Außer Ladung (charge,C) werden auch Parität (P) und Zeit (T) umgedreht um die Symmetrie zu sehen.
4. Hier ist die Beobachtung, dass Galaxien systematisch schneller rotieren als ihre sichtbare Massenverteilung nahelegt.
5. Darauf, dass diese Teilchen WIMPs sind, also außer Masse auch schwache Wechselwirkung haben, kommt man allerdings erst durch Einbettung in die vorhandene Theorie. Es gibt neben den WIMPs noch andere Kandidaten für dunkle Materie.
6. kritischer Rationalismus, Konstruktivismus, gemäßigter Skeptizismus…
7. Niemand hätte Einsteins allgemeine Relativitätstheorie ohne experimentelle Bestätigung ernst genommen.

Veröffentlicht von

www.quantenwelt.de/

Joachim Schulz ist Gruppenleiter für Probenumgebung an der European XFEL GmbH in Schenefeld bei Hamburg. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann in der Quantenoptik, in der er die Wechselwirkung einzelner Atome mit Laserfeldern untersucht hat. Sie führte ihn unter anderem zur Atomphysik mit Synchrotronstrahlung und Clusterphysik mit Freie-Elektronen Lasern. Vier Jahre hat er am Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg Experimente zur kohärenten Röntgenbeugung an Biomolekülen geplant, aufgebaut und durchgeführt. In seiner Freizeit schreibt er zum Beispiel hier im Blog oder an seiner Homepage "Joachims Quantenwelt".

Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Ist die SUSY-Hypothese auf der gleichen Stufe wie das Einsteinsche Äquivalenzprinzip (schwere Masse == träge Masse) aus dem Einstein die allgemeine Relativitätstheorie abgeleitet hat? Falls die SUSY-Hypthese nur aus Symmetrieüberlegungen abgeleitet wurde, wahrscheinlich nicht, denn Symmetrien kann es viele geben. In der Realität verwirklichen sich nur wenige davon. Das Äquivalenzprinzip dagegen macht nur etwas, was schon beobachtet wird zum Prinzip.
    Nicht alle pyhsikalischen Hypothesen sind wohl gleichwertig.

  2. “Emprische WIMPS”? Können postulierte, nicht nachgewiesene Teilchen empirisch sein?
    War das von Pauli 1930 postulierte Neutrino ein empirisches Teilchen obwohl es erst 1956 nachgewiesen wurde? Von empirischen WIMPS zu sprechen scheint mir genauso gewagt wie vom emprischen Neutrino zu sprechen zu einer Zeit wo es noch nicht nachgewiesen wurde. Denn eine selbst eine gute Erklärung eines Experiments oder Befunds muss noch nicht die richtige Erklärung sein. Es gibt nämlich Alternativen zu folgender “empirscher” Hypothese:

    Astronomische Beobachtungen legen die Existenz dunkler Materie nahe. Diese Materie könnte aus Teilchen bestehen, die nicht elektromagnetisch wirken1 und nicht oder nur sehr langsam in andere Teilchen zerfallen2. Wir erwarten also schwach wechselwirkende Teilchen, das ist das WI in WIMP. Außerdem müssen die Teilchen mehr Masse haben als zum Beispiel Neutrinos. Es müssen massive Teilchen sein. Das ist das MP in WIMP.

    Die astronomischen Beobachtungen, die beispielsweise die schnelle Rotation von Sternen in der Peripherie einer Galaxie nicht mit der gravitativen Wirkung der sichtbaren Masse erklären können, könnten ja auch auf einen Fehler im Gravitationsgesetz hindeuten. Die WIMPS sind also nicht absolut notwendig, sie scheinen nur eine gute Erklärung, womöglich eine bessere Erklärung als ein modifziertes Gravitationsgesetz.

    • Selbstverständlich basierte das Postulat der Neutrinos zunächst auf Empirie. Es fehlte Energie im Spektrum des Beta-Zerfalls. Natürlich waren dafür auch andere Erklärungen denkbar. Zum Beispiel eine Verletzung der Energieerhaltung, aber der springende Punkt ist, dass die Existenz des Neutrinos nicht aus einer Theorie abgeleitet, sondern aus einer Beobachtung postuliert wurde.

      • (…) aber der springende Punkt ist, dass die Existenz des Neutrinos nicht aus einer Theorie abgeleitet, sondern aus einer Beobachtung postuliert wurde.

        Oder die Sichtenbildung / Theorie ist / war falsch.

        Klar wird diese Unterscheidung vielleicht dadurch, wenn der zitierte Satz ein wenig umgebaut wird:
        ‘aber der springende Punkt ist, dass die Existenz des Neutrinos nicht aus einer Theorie abgeleitet und auch nicht aus einer Beobachtung postuliert wurde.’

        Denn das würde an Wahnsinn grenzen.

        Womit den im WebLog-Artikel getätigten Aussagen aber nicht widersprochen werden soll, denn derartiges Vorgehen bliebe “induktiv” und “empirisch” (sofern einer Theorie gefolgt wird).

        Womit abär auch klar werden könnte, dass der Schreiber dieser Zeilen mit der Unterscheidung “induktiv-deduktiv” nicht ganz glücklich wird.
        Es wird halt irgendwie gemacht und theoretisiert, die Empirie beachtend, was auch gut so ist.

        MFG
        Dr. W (der sich bemüht hat auch Herrn Holzherr zu verstehen)

      • Ja, Wissens- und Erkenntnislücken schliesst man – wenn man wissenschaftlich vorgeht – mit der wahrscheinlichsten Erklärung, konstruiert aus dem, was man schon weiss. Richard Feyman hat in einer seiner Vorlesungen mit der verbreiteten Vorstellung aufgeräumt, der Wissenschaftler glaube nur an das, was er bewiesen habe. Vielmer glaube er an die Wahrscheinlichste aller denkbaren Erklärungen. Die wahrscheinlichste Erklärung für fliegende Untertassen etwa sei die menschliche Phantasie, vor allem für diejenigen, die mit der menschlichen Phantasie vertraut sind.

        • Ja, ich möchte nocheinmal darauf hinweisen, dass ich hier nicht von Beweisen geschrieben habe sondern von Motivationen für Theorien. Weder die Existenz von WIMPs noch die von SUSY-Teilchen ist bewiesen. Vielleicht gibt es diese Teilchen gar nicht. Aber es gibt Experimente, die nach ihnen suchen. Damit es solche Experimente gibt, müssen Menschen zunächst davon überzeugt werden, dass die Suche an dieser Stelle sinnvoll ist.

  3. Liest sich (auch: für den Laien) sehr gut, danke, hübsch auch der (vielleicht) fazitäre Teil unter der Absatz-Überschrift ‘Deduktion vs. Induktion’.

    MFG
    Dr. W

  4. Obwohl in Ihrem lesenswerten Beitrag viel von Teilchen die Rede ist, sagen Sie uns, lieber Herr Schulz, leider nicht, was wir denn unter einem “Teilchen” verstehen sollen. Es macht mich misstrauisch, dass alle raumgreifenden Phänomene immer mit “Teilchen” erklärt werden. Gibt es dafür einen Grund, zum Beispiel einen strukturellen in der Tiefe des Seins ?
    Es grüsst Sie
    Fossilium

    • Ich habe schon einige Beiträge geschrieben, in denen ich mich dar Frage, was Teilchen sind, annähere. Sie haben recht: Das ist nicht ganz einfach zu erfassen und was wir heute als Teilchen verstehen, hat mit dem klassischen Teilchenbild nicht viel zu tun.

  5. Verehrter Herr Schulz,
    ich habe ein wenig recherchiert. Sie schreiben an anderer Stelle:

    „Wellenbild und Teilchenbild sind vereinfachte Bilder, die wir uns von den existierenden Modellen machen, mit denen wir heute die Physik beschreiben.“ (Sie meinen wahrscheinlich „die Realität beschreiben“). „Sie sind aber keine eigenständigen Modelle auf deren Grundlage wir eine Philosophie der Realität aufbauen können die wir als Fundament für eine Weiterentwicklung der Physik hernehmen können. Die Annahme, mit nebeneinander stehenden Wellenmodell und Teilchenmodell ließe sich die Realität der Quantenmechanik erfassen, ist falsch.“

    Mit welchem Bild sollen wir die Realität nun erfassen ? Wäre es nicht besser, sich gar kein Bild zu machen, und – statt von Teilchenphysik zu reden – besser von der „Physik zur Erforschung von Strukturen der Realität“ reden. Wir brauchen dann kein anschauliches Bild mehr, wie Teilchen oder Welle. Schliesslich redet man ja auch von „Zuständen“ im atomaren und subatomaren Bereich, die ja nichts anderes sind als bestimmte Unbestimmtheiten.

    Sie müssen zugeben, dass „Teilchenphysik“ nicht der treffende Ausdruck ist, da man sich bei Erwähnung dieses Begriffs unweigerlich (in klassischer Manier) Teilchen vorstellt – die es aber so gar nicht gibt. Andererseits kann man in Ihrem Beitrag das Wort „Teilchen“ auch nicht jedes Mal durch „unbestimmtes Etwas“ ersetzen. Dann käme gar kein verständlicher Text mehr heraus, das will ich auch nicht. Ehrlichkeit würde hier Unsinniges produzieren, alles andere führt aber auch zu falschen Vorstellungen. Mir scheint da ein Problem vorzuliegen: wie beschreibe ich etwas Definiertes (beobachtete Phänomene) mit undefinierten Begriffen ? Wird das nicht zwangsläufig surreeal ? Geht hier wirklich alles mit rechten Dingen zu ?

    Grüsse
    Fossilium

    • Es wäre einfacher, liebes Fossilium, wenn Sie andere Blogartikel von mir direkt dort diskutieren könnten. Dann wäre der Zusammenhang der Aussagen deutlich:

      (Sie meinen wahrscheinlich „die Realität beschreiben“)

      Wahrscheinlich nicht, denn wenn ich mich recht erinnere, ging es darum, dass Teilchen- und Wellenbild eben keine eigenständigen physikalischen Theorien sind, sondern Bilder, die man sich von der Quantentheorie macht. Das Teilchenbild beschreibt eben nicht direkt die Realität, sondern einen Aspekt der physikalischen Theorie.

    • @ fossilium :

      Mir scheint da ein Problem vorzuliegen: wie beschreibe ich etwas Definiertes (beobachtete Phänomene) mit undefinierten Begriffen ? Wird das nicht zwangsläufig surr[]eal ? Geht hier wirklich alles mit rechten Dingen zu ?

      Phänomene werden begrifflich definiert, korrekt, die Beschreibung derselben erfolgt dann ebenfalls Definitionen gemäß, die zudem nicht “real” (was immer hier auch genau gemeint ist mit der Sachlichkeit [1]) sind, dito.
      Der Gegenbegriff zu real ist nicht ‘surreal’.
      Und ‘rechte Dinge’ sind sprachlich gerichtete Dinge, durch Subjekte gerichtete, also, …, weil der Weltteilnehmer kein umfängliches Weltwissen hat, wie es der Weltbetreiber haben könnte, sieht es für ihn immer ein wenig, nun, komplex aus, auch denkbaren oder möglichen Indeterminismus betreffend.

      MFG
      Dr. W (der hier keine besonderen Probleme sieht und Herrn Dr. Schulz im Grundsatz eigentlich immer folgen konnte, ein hoch zufriedener Leser bleibt)

      [1]
      Der wurde bei Josef Honerkamp schon geübt, der Realismus, der sogenannte Realismus, der in seiner Sprachregelung in bestimmten Schichten des Seins stattfindet, vielleicht erinnern Sie sich.

    • Nicht alle Teilchen sind gleich. Elektronen passen besser in die Teilchenrolle als Photonen. Vor allem wenn man mit Photonen Lichtteilchen meint, also davon spricht man können Licht in Teilchen aufteilen. Dann wird es problematisch viel problematischer als bei Elektronen. Dies zur Aussage:

      Sie müssen zugeben, dass „Teilchenphysik“ nicht der treffende Ausdruck ist, da man sich bei Erwähnung dieses Begriffs unweigerlich (in klassischer Manier) Teilchen vorstellt – die es aber so gar nicht gibt.

      • @ Herr Holzherr & zum Zitierten :
        Teilchen oder Partikel könnten als Begriffe des (auch: vulgären) Realismus verstanden wären, tatsächlich sind sie Denkerzeugnisse (‘Bilder’ (Herr Dr. Schulz) oder ‘Ideen’) auf Seiten des physikalisch Sichten Bildenden.

        Eine ‘Physik[lehre] zur Erforschung von Strukturen der Realität’ wäre begrifflich nicht schlecht gewählt, allerdings besser vielleicht ‘Welt’ oder allgemeines Walten statt ‘Realität’ oder gar ‘Physik’,

  6. Lieber Herr Schulz, Sie schreiben:
    „Das Teilchenbild beschreibt eben nicht direkt die Realität, sondern einen Aspekt der physikalischen Theorie.“
    Tja, und was beschreibt die Theorie ?

    Und verehrter Webbaer:
    „Teilchen oder Partikel könnten als Begriffe des (auch: vulgären) Realismus verstanden wären, tatsächlich sind sie Denkerzeugnisse (‘Bilder’ (Herr Dr. Schulz) oder ‘Ideen’) auf Seiten des physikalisch Sichten Bildenden“
    Tja, Teilchen sind Bilder.

    „Dieselben Geräte, mit denen WIMPs gefunden werden können, können auch supersymmetrische (SUSY) Partner zu den bekannten Elementarteilchen finden.“
    Finden Geräte Bilder ?

    Um was geht es hier ?

    Ich habe eine Tanzfreundin, sie ist Sozialpädagogin, jung und naturwissenschaftlich unbefangen, aber sie ist am Universum interessiert, und an den physikalischen Phänomenen, die dort beobachtet werden. Ich spreche gerne mit Ihr, weil sie immer sehr fasziniert zuhört. Dann habe ich über Symmetrien gesprochen, das hat sie noch verstanden und von Bosonen, den Teilchen, die Wechselwirkungen übertragen, und den WIMP´s, die eine Energieform darstellen, aber das war dann zuviel für Ihr Verständnis. Aber ich habe ihr erklärt, daß man die mathematischen Formeln der Theorie so erklären muss, als ob hier ein Teilchen etwas überträgt, und dass das nicht wörtlich zu nehmen ist, sondern bildlich zu verstehen sei. Sie meinte dann, dass Bild könne nicht passen, weil ein Teilchen ohne Feld nur durch Stoss wirken könne, und sonst garnicht, und wenn man ihm eine andere Wirkung, zum Beispiel eine anziehende zuschreiben würde, dass dann das Bild unpassend wäre, und es wäre auch unphysikalisch, man würde ja dem Teilchen eine physikalisch nicht mögliche Eigenschaft zuschreiben, was in die Transzendenz weist. Dann hat sie sich über die Physiker kaputtgelacht.

    Also wie soll ich ihr ein WIMP erklären ? Bin ich dazu zu blöd ? Oder ist sie zu blöd, das Bild zu kapieren ? Bilder hin und her: Soll ich Ihr sagen: das verstehst Du nicht, das ist höhere Physik ? Oder soll ich es mit Wittgenstein halten, der gesagt hat: über das, wofür du keinen Begriff hast, sollst Du besser schweigen ?

    Vielleicht ist es ja ein Fehler von mir, das Geheimnis des Begriffs des physikalischen Teilchens enthüllen zu wollen. Aber ich kann nicht anders, als mich beim Lesen Ihres schätzenswerten Beitrags (das meine ich wie es da steht) zu fragen: wovon redet der da überhaupt ?

    Es grüsst Sie herzlich
    Fossilium

    • Der Teilchenbegriff ist viel weniger problematisch als hier behauptet, denn es stimmt schlicht nicht dass man sich “bei Erwähnung dieses Begriffs [Teichen] unweigerlich (in klassischer Manier) Teilchen vorstellt – die es aber so gar nicht gibt”. Wer so etwas sagt hat keine physikalischen Probleme sondern sprachliche Probleme und sollte eine Sprachtherapie in Erwägung ziehen indem er einmal den Ulysses oder ein paar Bücher von Thomas Pynchon liest. Denn in Wirlichkeit sind sprachliche Begriffe und selbst Benennungen sehr offen, sonst gäbe es über den Begriff Quark nicht diese Geschichte:[Gell Mann] prägte auch den Namen Quark, den er aus dem Satz „Three quarks for Muster Mark” aus James Joyce’s Roman Finnegans Wake entnahm. Joyce hatte das Wort wiederum auf der Durchreise auf dem Bauernmarkt in Freiburg im Breisgau gehört, als Marktfrauen ihre Milchprodukte anboten. Das Interessante an der Begriffsgeschichte der Quarks ist ja, dass James Joyce mit “Three quarks for Muster Mark” ja viel mehr und etwas ganz anderes meinte als mit dem Wort Quark aus dem deutschen gemeint ist. Insbesondere handelt es sich um ein Wortspiel indem das Wort Quark durch die Verwendung in einer bestimmten Situation neu aufgeladen wird.

      • Zur Ergänzung eine Passage aus der Wikipedia über Finnegans Wake:

        Die Schwierigkeit der Entzifferung wird noch gesteigert durch eine Sprache, die ebenfalls aus Bruchstücken jeder Art besteht und diese Bruchstücke auf kreative Weise so zusammenfügt, dass der Eindruck einer lesbaren Sprache gerade noch erhalten bleibt, deren Entschlüsselung jedoch die größte Mühe bereitet. Und auch dies wird noch gesteigert, indem nämlich die sprachlichen Bausteine nicht nur aus dem Englischen stammen, wiewohl das Englische die Grundsprache bildet, sondern aus etwa vierzig weiteren Sprachen. Zum scheinbaren Chaos trägt außerdem bei, dass sich auch die Namen der vorkommenden Personen immer wieder verändern. T.S. Eliot schrieb 1951: “Ulysses war so epochemachend und endgültig, daß die Leute sich fragten, ob Joyce danach fähig sein würde, irgendetwas anderes zu schreiben … Und als 1927 Teile aus “Finnegans Wake” in einer Zeitschrift in Paris veröffentlicht wurden, schienen diese so verrückt und unverständlich, daß alle außer seine glühendsten Bewunderer sagten, Joyce sei zu weit gegangen” (nach [3], S. 169). Allgemein anerkannt ist mittlerweile jedoch, dass der Text wenig Zufälliges enthält, im Gegenteil sehr stark durchkonstruiert ist. Eine sehr große Anzahl von Themen, Gegenständen, Namen und Personen kommt immer wieder vor, und gewisse Strukturen ziehen sich wie ein roter Faden durch das Werk.

        Ist es bei physikalischen Begriffen und Gedanken nicht auch so:<gewisse Strukturen ziehen sich wie ein roter Faden durch das Gebiet, das aufgeklärt werden will. Wenn die menschliche Sprache so eindeutig wäre, wie bestimmte Leute glauben, hätten Dinge wie eine Quantenfeldtheorie nie entwickelt werden können, ja dann gäbe es gar keine moderne Wissenschaft.

    • Man könnte den ganzen Sinn des Buches etwa in die Worte fassen: Was sich überhaupt sagen läßt, läßt sich klar sagen; und wovon man nicht reden kann, darüber muß man schweigen.

      Normativ mag diese Aussage richtig sein, nicht aber empirisch.
      Es ist auch möglich (bspw. : physikalische) Unschärfen zu bereden oder ‘klar zu sagen’, mathematische oder formalwissenschaftliche Sprachlichkeit vorausgesetzt.
      Festzustellen, dass über das, worüber nicht geredet werden kann, nicht geredet (“geschwiegen”) werden kann, war Tautologie.
      Insgesamt, bei aller Bewunderung für das Aus-Sich-Herausgehen jungen Wittgensteins beim Tractatus, das auch ein wenig megaloman war, wie ein Versuch die Welt über (vs. ‘mit Hilfe der’) die Sprache zu verstehen eben sein muss, Old Wittgenstein hat dies dann auch genau so eingeräumt, wenn hier richtig verstanden worden ist, könnte über den Tractatus geschwiegen werden.
      OK, war jetzt eine Pointe, die Leistung sollte nicht herabgewürdigt werden als Minusleistung par excellence.

      MFG
      Dr. W

  7. Ach Herr Holzherr, was Sie da schreiben:

    “Ist es bei physikalischen Begriffen und Gedanken nicht auch so:<gewisse Strukturen ziehen sich wie ein roter Faden durch das Gebiet, das aufgeklärt werden will. Wenn die menschliche Sprache so eindeutig wäre, wie bestimmte Leute glauben, hätten Dinge wie eine Quantenfeldtheorie nie entwickelt werden können, ja dann gäbe es gar keine moderne Wissenschaft"

    können Sie mir das mal etwas genauer erklären ?

    Ist nun etwa nicht nur der Teilchenbegriff unbestimmt – ist alles unbestimmt (Ihr Text eingeschlossen) ? Alles irgendwie struktuell ? Ein roter Faden durch alles.

    Ich dachte immer es gibt in der Physik eine mathematische Formel, die etwas vorhersagt und die es zu interpretieren gibt, und zwar dahingegen, welche Strukturen in der Wirklichkeit sich in der Formel wiederspiegeln. Wenn Sie für diese Strukturen keinen anschaulichen Begriff haben, dann haben Sie keinen. So einfach ist das. Dann müssen sie von Zustand reden, dar bedeutet alles und nichts. Allenfalls können sich metaphorische Krücken bauen, und von Teilchen- und wellenförmigen Strukturen reden, weil die Formel etwas Teilchenartiges oder Wellenartiges beschreibt. Das ist dann eine metaphorisch umwölkte Beschreibung des Nichtwissens von einer Sache. Die Sache selbst bleibt unbestimmt, Sie gaukeln sich eine Bestimmtheit vor.

    Es ist in der Wissenschaft also genau umgekehrt, als wie Sie es beschreiben: nicht die Sprache ist per se unbestimmt, sondern die Sache, und eine per se bestimmte Sprache kann eine per se unbestimmte Sache nicht bestimmter machen.

    Vielleicht muss man einfach mal andere Wege gehen, als metaphorisch herumzuspekulieren.

    MFG Fossilium

    Die Deutung der Energiepeaks, die man mit den Teilchenbeschleunigern misst, ist nur eine metaphorische ?

    VG Fossilium

    • Es ist in der Wissenschaft also genau umgekehrt, als wie Sie es beschreiben: nicht die Sprache ist per se unbestimmt, sondern die Sache, und eine per se bestimmte Sprache kann eine per se unbestimmte Sache nicht bestimmter machen.

      Ist die Wissenschaft, also die moderne aufklärerische (Natur-)Wissenschaftlichkeit, eigentlich eine Sprache?

  8. Herr Holzherr, was ich noch sagen wollte:
    Sie haben eine unbestimmte Sache und machen sie mit einer unbestimmten Sprache bestimmt.
    Das ist Megawahnsinn.
    LG Fossilum

  9. Vor der Formel steht das Suchen und Denken und das ist in der Wissenschaft so offen wie das was in der Sprache alles möglich ist: Worte und Begriffe müssen eventuell umgedacht und neu interpretiert werden.

    • Die Sprache muss gepflegt werden, die Etymologie referenziert (“zurückträgt”) bspw. den Term, der als Satz, das “Herausscheinende” meinend, die Präfix “e(x)-” sei hier genannt, und die Suffix, die Logie, die Sprachlichkeit und im übertragenden Sinne die Folgerichtigkeit im Rahmen dieser Sprachlichkeit meinend.

      Prozedural [1], aber eben auch an Altvorderen [2] orientiert, nicht unbedingt oder gar nicht Moden folgend [3], sondern konstitutiv.
      Sprache schwierig, Kultur und so, aber primatenseits machbar.

      MFG
      Dr. W

      [1]
      Genau dies meint Habermas mit seinen Diskurstheorien, der alte Kollege müsste hier richtig liegen, auch wenn der Schreiber dieser Zeilen sein neomarxistisches “Gesamtkunstwerk” nicht gut zu finden hat, hier muss er richtig liegen.

      [2]
      Altvordere haben seinerzeit und unter harten Bedingungen, unter heutzutage sehr harten und fast unvorstellbar harten Bedingungen, Primaten bleiben gemeint, um sinnhafte Begrifflichkeit gerungen.

      [3]
      Modisch scheint es heutzutage oft nicht mehr Lexika, Enzyklopädien und anderen alten Texten zu folgen, wenn Begriffsbedeutung gemeint ist, sondern den “Linguisten an der Ecke“, dies bleibt nicht nur bundesdeutsch falsch.

  10. Herr Holzherr, oh Gott, Sie schreiben:
    Vor der Formel steht das Suchen und Denken und das ist in der Wissenschaft so offen wie das was in der Sprache alles möglich ist:

    Da kann ich nur den Kopf schütteln: vor der Formel stehen axiomatische Setzungen. Vor der Wissenschaft stehen ihre methodischen Prämissen. Da wird nicht gesucht und gedacht, da ist alles total fix. Lieber Herr Holzherr, das was sie meinen, das es das gäbe, dass alles offen ist, gibt es in der Wissenschaft nicht. Es wäre super toll, wenn es das gäbe, was Sie behaupten. Dann könnte man die methodischen Prämissen endlich hinterfragen. Das war genau das, worauf ich mit meiner Begriffskritik hinauswollte. Ich habs nur langsam entwickeln wollen. Auf die Beschränkungen im Denken, die die elenden Prämissen, die nicht hinterfragt werden dürfen, hervorrufen. Sie reden von offen, das ist totaler Quatsch. Die methodischen Grundlagen der Wissenschaft sind tabu.

    Naturwissenchaft treiben ist eine Methode zur Erkenntnisgewinnung, und diese Methode ist vor jeder Kritik erhaben. Wagen Sie es nicht, das zu hinterfragen, was vor der Aufstellung der Formeln vorausgesetzt wird. Es wird Sie der Bannstrahl der etablierten Naturwissenschaft treffen. Ich habs hier schon gemacht – was gab es für ein Aufheulen. Wie kommen Sie nur dazu, das als offen zu bezeichnen – das kann nur ein Witz sein.

    Sie haben das nicht ernst gemeint, oder ?

    LG Fossilium

    • Das Suchen und Denken sehe ich beispielsweise bei der Entwicklung der Quantenmechanik am Werk, wo Planck, Bohr und Sommerfeld mit klassischen Vorstellungen brachen und dabei Modelle schufen, die etwas Vorläufiges an sich hatten.
      Ich sehe das Offene aber auch bei der heute als abgeschlossen geltenden Quantenmechanik beispielsweise in der Interpretationsfrage (Kopenhagen, QBism, Many Worlds).
      Bei der Entwicklung von neuen Hypothesen (Stringtheorie, Spin-Netzwerke) befinden sich die Leute oft auf freiem Feld und in einem grossen Suchraum, wo es nur wenug Fixpunkte aber viele potenzielle Strukturen gibt, die für Ordnung aber auch für Verwirrung sorgen können.
      Zudem sind viele forschende Wissenschaftler in der gleichen offenen Situation in der sie ihr eigenes Denken hinterfragen müssen, denn selbst wenn nur etablierte Theorien zur Anwendung kommen gibt es viele Herangehensweisen. So kann ein Festkörperphysiker für das gleiche Problem eine ab-initio-Strategie verfolgen oder aber versuchen die Phänomene, die bei seinem Problem auftauchen, mittels eines ad-hoc Regelnetzwerks zu erfassen.

      • Verehrter Herr Holzherr,

        das Suchen und Denken, wie Sie es meinen, das Betreiben von Naturwissenschaft, fusst auf einer grossen Menge von Voraussetzungen, die von der Physik nicht hinterfragt werden, auch Planck, Bohr und Sommerfeld haben das nicht getan, und heute tut es erst recht keiner. Es handelt sich um Grundlagen philosophischer Art. Die Physik bedarf nun mal der Philosophie, um einen methodischen Rahmen und Grenzen zu haben. Sie bedarf der Metaphysik für ihre Gründung. Schon diese simple Tatsache wird ja schon oft geleugnet.

        Solche Voraussetzungen sind zum Beispiel: es gibt eine geistunabhängige Welt ausserhalb der beobachtenden Subjekte, sie existiert einfach ohne Genese, es gibt Zeit und Raum, es gibt Objekte in Zeit und Raum, es gibt Ordnung, Eigenschaften, Beziehungen, Gesetze (es gibt sie einfach !), es gibt eine Sprache, es gibt eine Mathematik, es gibt logische Verknüpfungen, es gibt geistige Fähigkeiten des Menschen, Ordnungen zu erkennen. Das ist noch lang nicht alles. Diese Voraussetzungen dürfen Sie nicht hinterfragen. Hier hört das Suchen und Denken auf – in der Physik. Muss auch. Es sind die Fundamente. Wenn Sie da anfangen zu bohren, wenn es da anfängt zu bröseln, dann könnte die heile Welt der Naturwissenschaften zusammenkrachen.

        Die Verletzung der Lokalität im Ergebnis von Experimenten kann man nicht erklären, weil physikalische Prozesse immer in Raum und Zeit stattfinden müssen. Das Wellen und Teilchenbild passen nicht zusammen (auch nicht durch Bilder der Quantenfeldtheorien), weil Physik sich mit Realität beschäftigt, aber nicht mit Potentialität (als physikalischen Beobachtungsbereich).

        Sie müssen zugeben, dass ein quantenmechanischer Zustand, der mathematisch als Vektor in einem unendlich dimensionalen Raum beschrieben wird, in seiner Existenzform unmöglich verstanden werden kann, wenn Sie als alleinige Existenzform von Realität Objekte im dreidimensionalen raumzeitlichen Kontinuums zulassen. Wenn Sie verstehen wollen, warum so ein Zustand bei einer Messung aufhört zu existieren, müssen sie aber seine Existenzform begreifen. Sonst – no Chance.

        Wenn Sie im Rahmen der Voraussetzungen bleiben, dürfen Sie suchen und denken. Das wird gemacht, da haben Sie Recht. Aber wehe, Sie behaupten, ein quantenmechanischer Zustand sei raumzeitlose Realität (Betonung liegt auf Realität). Auch wenn es nur ein Versuch ist, zu sehen, wie weit man damit kommt. Sie kommen damit nicht weit, weil Sie von allen Seiten Prügel kriegen. Und der Vorwurf, dass Sie nicht verstanden haben, was physikalische Realität ist, ist noch der geringste.

        Bei der Rede von WIMP´s entsteht immer der Eindruck, da würde man nach kleinen Bausteinchen suchen, aus denen sich das Grosse zusammensetzt. Tut man auch. Nur die Bausteinchen passen nur in ein Modell, in die Wirklichkeit passen sie nicht hinein, das hat meine Tanzfreundin mit ihrer unvoreingenommen Denkweise und ihrem hellen Kopf schon ganz gut gesehen, sie passen strukturell nicht hinein. Das Grosse muss strukturell anders sein, anders als das, was man mit den ununmstösslich vorgegebenen und in Stein gemeisselten Methoden der Physik prinzipiell erkennen kann.

        Man könnte es erschliessen, aber dann muss man die Physik aus ihren Begrenzungen entlassen. Das kann nur die Philosophie. Also müssten die Physiker die Philosophen bitten: gebt uns neue Grundlagen. Tja, dass sich die Physik auf diese Demut einlässt, kann ich mir nicht vorstellen. Also wird sie auf der Ebene der kleinsten Dinge weiter mit unverstandenen Begriffen an einer unverstandenen Sache herumspekulieren.
        VG Fossilium

        • Ihre Einwürfe was physikalische Bilder angeht zielen auf die Verbindung Philosophie+Metaphysik zur Naturwissenschaft. In der Tat wollen die meisten Physiker nicht viel davon wissen, weil sie glauben, dass sie sich das was sie aus der Philosophie brauchen auch selber zusammenstiefeln können und dass eine Diskussion mit Philosophen oft sinnlos sei, weil die Philosophen nicht wirklich verständen um was es gehe. Ich kann mich noch an Hans Primas, einen an philosophischen Fragen interessierten Zürcher Quantenchemiker erinnern, der meinte, ein Philosoph, der noch nie selbst eine quantenmechanische Rechnung durchgeführt habe, könne gar nicht mitdiskutieren, weil er schlicht nicht wisse um was es gehe.
          Aber auch ich denke, dass Pragmatismus oft hilft. Bei der quantenmechanischen Interpretationsfrage, um die es Ihnen oben ja geht, hilft folgender pragmatische Ansatz: Dinge, die wir reproduzierbar beobachten und gar messen können, sind reell, Dinge, die wir nur berechnen, aber nicht direkt messen können sind weniger reell, dürfen jedenfalls nicht auf die gleiche Stufe gestellt werden wie die ersteren. Reell ist aber auch das korrelierte Verhalten von verschränkten Objekten, wenn sie dieses Verhalten beobachten und messen. Wenn sie schreiben: “Die Verletzung der Lokalität im Ergebnis von Experimenten kann man nicht erklären, weil physikalische Prozesse immer in Raum und Zeit stattfinden müssen.” so übersehen sie, dass es Theorien gibt, die diese Verletzung erklären und dass es eben sogar makroskopische Phänomene geben kann, die sich nicht mit der klassischen, sondern nur mit der Quantenmechanik erklären lassen. Der Satzteil “weil physikalische Prozesse immer in Raum und Zeit stattfinden müssen.” verlangt sogar nach einer klassischen Erklärung wo es keine klassische Erklärung gibt. Wenn sie schreiben: “Das Wellen und Teilchenbild passen nicht zusammen (auch nicht durch Bilder der Quantenfeldtheorien), weil Physik sich mit Realität beschäftigt, aber nicht mit Potentialität (als physikalischen Beobachtungsbereich).”, so vergessen sie an dieser Stelle den Unterschied zwischen beobachtbarer Realität und Modellierung durch die Theorie: Bei der Messung (in der Realität) stellen wir eine teilchenartige oder aber eine wellenartige Wechselwirkung fest, in der Theorie hat das wechselwirkende Objekt Eigenschaften, die weder durch das Teilchen- noch durch das Wellenbild richtig wiedergegeben werden, Eigenschaften, die aber in gewissen Situationen Wechselwirkungen mit Teilchencharakeristik ergeben und Wechselwirkungen mit Wellencharakteristik in anderen Situationen.

          Fazit: Nicht alles mit dem sich die Physik beschäftigt ist gleich reell. Solange sie nichts messen sind sie nicht in der vollen Realität.

  11. Sehr geehrter Herr Holzherr,

    ich habe mich missverständlich ausgedrückt. Ich wollte sagen:
    “Die Verletzung der Lokalität im Ergebnis von Experimenten kann man nicht erklären, w e n n physikalische Prozesse immer in Raum und Zeit stattfinden müssen.”

    Sie schreiben:
    Bei der Messung (in der Realität) stellen wir eine teilchenartige oder aber eine wellenartige Wechselwirkung fest, in der Theorie hat das wechselwirkende Objekt Eigenschaften, die weder durch das Teilchen- noch durch das Wellenbild richtig wiedergegeben werden.

    Das versteh ich nicht. Das hört sich so an, als ob die Theorie nicht stimmt.

    LG Fossilium

  12. Die Theorie stimmt aber.

    Die Theorie (mathemat. Formalismus) lässt sich so interpretieren, dass gleich präparierte atomare und subatomare Objekte je nach experimentellen Randbedingungen bei Wechselwirkungen wellenförmiges oder teilchenförmiges Verhalten zeigen. Im Modell und für Vorhersagen, bei denen ja immer bestimmte Anfangs- und Randbedingungen vorgegeben sind, kann man damit gut umgehen.

    Diese Interpretation, die für praktische Zwecke also super geeignet ist, greift aber – wie jede Interpretation – gleichzeitig ins Metaphysische, indem sie behauptet, dass das gleiche Ding je nach Versuchsaufbau seine Seinsform ändert, weil es einmal wie ein Teilchen und ein andermal wie eine Welle daherkommt. Welle und Teilchen sind eben sich ausschliessende Idealformen, die dem gleichen Gegenstand nicht gleichzeitig zukommen können, und zwar aus logischen Gründen.

    Da hilft keine „halbe“ oder „ganze“ Realität, obwohl es ja schon mal ein Fortschritt ist, dass Sie den Realitätsbegriff irgendwie ausweiten wollen.

    Wenn Sie also die Ergebnisse von Experimenten interpretieren, die von Anfang bis Ende in der ganzen Realität stattfinden (und nicht in einer halben Realität), dann können Sie mit Welle und Teilchen nicht schlüssig erklären, was da in der ganzen Realität wechselwirkt. Sie müssen auch eine halbe Realität nicht bemühen. Sie müssen nur das Etwas, was da wechselwirkt, erst gar nicht mit einem Teilchen oder einer Welle identifizieren – ganz einfach.

    Wenn Sie das machen, wenn Sie den mathematischen Formalismus also anders interpretieren, führt das über kurz oder lang in den Abgrund des Denkens, in den ein Physiker sich ohne Strafe nie begeben darf.

    VG Fossilium

    • Der mathematische Formalismus der Quantenmechanik führt nicht in den Abgrund des Denkens wo sich unvereinbares vermählt, weil die sich überlagernden Zustände, deren zeitliche Entwicklung von der Schrödingergleichung beschrieben werden, gar nicht in der physikalischen Realität entwickeln, sondern in einem jeder Beobachtung unzugänglichen mathematischen Raum, der nur über eine Wahrscheinlichkeit mit der Realität verknüpft ist.
      In der Realität – bei Experimenten also – verschwinden die Überlagerungen und Verschränkungen. Zwei verschränkte Objekte, die sich an verschiedenen Orten befinden, verlieren ihre Verschränkung sobald man die Eigenschaft beobachten will, die verschränk ist, also von den beiden Objekten geteilt wird.

    • @fossilium: Ihre Probleme mit der Unvereinbarkeit von Wellen-und Teilchenbild und den philosophischen Implikationen, die das hat, haben zu mehr als 50 Posts von Ihnen allein in den letzten 5 Jahren geführt. Posts bei verschiedenen Blogthemen, nicht nur auf Quantenwelt. Frage: Wie sehen sie die Zukunft dieses Problems. Gibt es auf ihrer Seite eine Entwicklung oder könnte es in der Physik oder der Philosophie eine Entwicklung geben, die weiterführt?

      • Bei sich verfestigender und sich wiederholender Gegenrede in Inhalteeinheiten wie dieser, ist es oft eine Idee eigenen Inhalt im Web zu bereiten und sich so zu stellen.

  13. Hallo Herr Holzherr,
    50 Posts in 5 Jahren ist doch wirklich nicht viel, nicht man jeden Monat eins,
    Da bin ich eine Waisenknabe gegen Sie und den Webbaer.
    Ich poste auch aus Vergnügen und will niemanden missionieren. Aber nur Applaus in einem Kommentar finde ich langweilig. Mit ein bißchen Widerspruch, natürlich gut begründeten, ein bißchen kitzeln, ein bischen Pfeffer geben, und gerne Widerspruch ernten – das macht das Leben doch interessant ! Und erst dadurch kommen Ideen. Dinge mal von einer anderen Seite zu sehen, das kann nie verkehrt sein. Klar sind wir ein bisschen in eine bierernste Diskussion abgerutscht. Ist nun mal der Blog von Herrn Schulz, und er bestimmt, was hier läuft.
    Ich unterhalte mich aber gerne mit Ihnen weiter über E-Mail, wenn Sie interessiert sind – auch ganz andere Themen. Und auch über Ihre letzte Frage.
    Wie kommen Sie an die ? Weiss nicht, Ich muss sie jedenfalls immer angeben vor dem Abschicken. Vielleicht kriegen wir ein Tipp von Herrn Schulz.
    VG Fossilum

  14. Welche Indizien sprechen für dunkle Materie in unserem Universum? Denn empirisch sind WIMPs (im Titel des Beitrags) als Teilchen welche die dunkle Materie ausmachen umso mehr, je mehr Indizien es für sie gibt. Wenn es nur ganz wenig Indizien gibt, die einen Täter überfürhen können, dann kommen wir in die Situation wo nur noch der scharfe Verstand eines Sherlock Holmes diese Verbindung herstellen kann: “Wenn Du das Unmögliche ausgeschlossen hast, dann ist das, was übrig bleibt, die Wahrheit, wie unwahrscheinlich sie auch ist.”
    Umso weniger Indizien es gibt, umso mehr alternative Erklärungen stehen auch im Raum: Sternbewegungen, die durch die Anziehungskräfte von Massen in der Nähe des Sterns nicht erklärt werden können könnten ja auch darauf hindeuten, dass das Gravitationsgesetz oder damit in Zusammenhang stehende Gesetzte falsch sind. Deshalb ist es so wichtig alle Indizien am Tatort sicherzustellen. Wenn es aber um eine so grundsätzliche Frage wie die geht ob es im Universum dunkle Materie gebe, dann kommt das ganze Universum als Tatort in Frage und man überall danach suchen. Begonnen hat die Hypothese der dunklen Materie mit der Beobachtung, dass die Sterne in den Aussenbezirken von Galaxien zu schnell rotieren, als das dies die Anziehungskraft der Galaxie erklären könnte. Inzwischen gibt es aber weitere Beobachtungen, die die dunkle-Materie-Hypothese unterstützen. Als hilfreichstes Indiz hat sich der Gravitationslinseneffekt herausgestellt, die Tatsache also, dass Masse sich dadurch verrät, dass Lichtstrahlen die an der Masse vorbeiziehen, abgelenkt werden. Mit dem Gravitationslinseneffekt können ganze Galaxien und Galaxienhaufen “gewogen” werden. Inzwischen hat man mit dem Gravitationslinseneffekt sehr viele Stellen gefunden wo sich dunkle Materie befindet. Das ist praktisch ein Beweis, dass es dunkle Materie gibt – oder kommt einem Beweis sehr nahe. Ein modifziertes Gravitationseffekt ist nicht mehr nötig um die fehlende Masse zu erklären. Die Indizien für dunkle Materie häufen und verdichten sich – fast so wie sich die dunkle Materie häuft und den Raum verdichtet.

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