Seit einigen Jahren gibt es in meinem Blog ja die Rubrik Fragen zur Astronomie. Dort kann man alle Fragen stellen die man eben so stellt. Früher habe ich es noch geschafft, eine Frage pro Woche ausführlich mit einem Artikel zu beantworten. Mittlerweile hat mich der Zeitdruck genötigt, diese Rubrik ein wenig zu vernachlässigen. Aber im Kommentarbereich findet sich meistens für jede Frage eine kurze Antwort. Und ich bemühe mich, auch wieder öfter mal ausführlich per Artikel zu antworten!

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Fragen zur Astronomie sind zwar immer gut, aber es gibt ja durchaus noch mehr, was man über die Wissenschaft wissen wollen könnte. Deswegen gibt es bei ScienceBlogs.de seit einiger Zeit auch eine eigene Rubrik die sich “Ihre Frage” nennt. Per Mail an ihrefrage.scienceblogs@gmail.com kann man Fragen einschicken und das gesammelte Wissen der Bloggerinnen und Blogger und der Leserschaft bemüht sich dann um eine Antwort. Bis jetzt ging es dort (ein wenig überraschend) vor allem um Teetassen und Metallbecher. Aber auch fundamental kosmologisches war schon dabei. Also: Wenn ihr was wissen wollt – fragt einfach!

Kommentare (55)

  1. #1 Peter
    Berlin
    15. August 2018

    Ich würde gern wissen, ob das Messergebnis bei den Gravitationswellen 10^-17 einen Ort und eine Zeit hat – wie es also gelingt, ein makrokosmisches Ereignis (die Verschmelzung zweier schwarzer Löcher) subatomar abzubilden. Ist das nicht die Vereinigung von Unschärferelation und Allgemeiner Relativitätstheorie? Und wenn nicht, warum nicht?

  2. #2 Bullet
    15. August 2018

    Ich habe diese Frage nicht verstanden. Wieso sollte man eine Sternkollision “subatomar abbilden” (was immer das heißen soll…)?
    Kannst du deine Frage vielleicht noch einmal etwas anders formulieren?

  3. #3 Peter
    Berlin
    15. August 2018

    @ Bullet: Die Frage wurde hier ja auch schon andiskutiert und genauer erklärt: die Ursache ist makrokosmisch, das Messergebnis subatomar. Wo ist das Messergebis? Hat das Messergebnis Ort & Zeit gleichzeitig – was laut Unschärferelation beides zugleich im subatomaren Bereich ausgeschlossen werden kann? Wo und wie funktioniert die “Brücke” zwischen ART und subatomarem Messergebnis? Hier sei an Einsteins Einwände gegen die Quantenphysik/Unschärferelation erinnert, die – ich glaube von Bohr – mit genau dem selben Argument – nur umgekehrt – abgewiesen wurden.

    Bitte auch um Verzeihung, aber nach dem, was ich hier von “Bullet” lesen konnte, wäre mir eine Antwort von einem, der oder die sich mit Naturwissenschaft auskennt, lieber.

  4. #4 Florian Freistetter
    15. August 2018

    @Peter: “Wo ist das Messergebis?”

    Das Messergebnis sind Gravitationswellen, die bei dem Ereignis erzeugt wurden und sich dann ausbreiten bis sie gemessen werden. Du misst kein “subatomares Ereignis”, genau so wenig wie du den exakten Ort eines Steines misst, der irgendwo am Boden eines Sees liegt – sondern du registrierst die Wellen, die ans Ufer schwappen und die verursacht wurden, als der Stein ins Wasser geworfen wurde.

    Lies dir mal durch was Gravitationswellen sind: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2016/02/11/was-koennen-und-wozu-braucht-man-gravitationswellen/

    Man misst Gravitationswellen die AUF DER ERDE registriert werden. Und kann daraus schließen, wo sie erzeugt wurden. Abgesehen davon beobachtet man (per Definition) nie das “eigentliche” schwarze Loch – da wissen wir ja auch nicht, was das sein soll – sondern den ausgedehnten Ereignishorizont.

  5. #5 Braunschweiger
    15. August 2018

    Das Problem mit “Ihre Frage” ist, dass man auf der Startseite von Scienceblogs.de die Existenz dieser Rubrik gar nicht an einem Hinweis oder Eingangslink erkennen kann (zumindest ich nicht). Abgesehen natürlich davon, wenn Jürgen Schönstein einen der bisher 4 Artikel eingestellt hat.

    Dann erhält man durch den Haupttext zunächst keine Antwort, sondern diese ergibt sich in den Antworten von Kommentatoren, die ich vielleicht nicht kenne und deren Glaubwürdigkeit ich möglicherweise nicht beurteilen kann. Es ist etwas völlig anderes als ein “Frag den Lesch”, und immer noch wesentlich anders als “Fragen zur Astronomie” oder Fragen in Alderamins Blog.

  6. #6 Peter
    Berlin
    15. August 2018

    @ Florian Freistetter: vielen Dank für die Antwort. Du schreibst:

    “Du misst kein “subatomares Ereignis”, genau so wenig wie du den exakten Ort eines Steines misst, der irgendwo am Boden eines Sees liegt – sondern du registrierst die Wellen, die ans Ufer schwappen und die verursacht wurden, als der Stein ins Wasser geworfen wurde.”

    So richtig komme ich leider nicht dahinter, auch mit Deiner Antwort: denn die “Wellen” – ich glaube, es waren bisher 3 einzelne, die man gemessen hat – sind doch subatomar auf der Erde und sie werden auch gemessen – wie sollte sonst eine Größe von 10^-17 das Ergebnis sein … ? Man misst also klar ein subatomares Ereignis hier auf der Erde.

  7. #7 Florian Freistetter
    15. August 2018

    @Peter: Ich kann dir nur nochmal empfehlen, den vorhin verlinkten Artikel über LIGO zu lesen. Da wird genau erklärt, wie der Detektor funktioniert. Oder, wenn du nicht lesen willst, dann schau dir dieses Video an: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2018/06/14/warum-das-mit-diesen-gravitationswellen-so-enorm-kompliziert-ist/

    Es geht um Interferometrie von Laserlicht; damit kann man sehr kleine Distanzen messen; kleiner als der Durchmesser eines Protons. Und genau das muss man messen, wenn man Gravitationswellen nachweisen will (weil die “Wellen” die der “Stein” verursacht eben so winzig sind).

  8. #8 alex
    15. August 2018

    @Peter
    Auch mit deinen Erläuterungen verstehe ich die Frage nicht wirklich.

    Zunächst einmal: Beziehst du dich auf das Experiment oder die Theorie? Ich glaube nicht, dass bei den bisherigen Beobachtungen von Gravitationswellen Quanteneffekte der Gravitationswellen selbst relevant sind. Einfach weil die beteiligten Massen und Energien so dermaßen groß sind.

    Und was die Theorie angeht: Wir haben ja keine fertige Theorie der Quantengravitation. Wie ART und Quantenmechanik zusammenpassen wissen wir nicht wirklich. Um dieser Schwierigkeit aus dem Weg zu gehen: Ist deine Frage (die ich wie gesagt nicht wirklich verstehe) spezifisch für Gravitationswellen, oder könnte man sie auch für Licht stellen? Denn für Licht haben wir ja eine ziemlich gute Quantentheorie…

    Hat das Messergebnis Ort & Zeit gleichzeitig – was laut Unschärferelation beides zugleich im subatomaren Bereich ausgeschlossen werden kann?

    Eine solche Unschärferelation ist mir nicht bekannt. Die Ortsoperatoren und der Zeitoperator (in Formulierungen der Quantenmechanik in der die Zeit ein Operator ist) vertauschen miteinander, also können sie gleichzeitig scharf gemessen werden.

  9. #9 Mars
    15. August 2018

    @Peter
    ich kann es ein wenig nachvollziehen
    evt sieht man den wald vor lauter bäumen nicht immer

    die GW sind ein sehr grosses ereignis im/mit dem raum, der irgendwann die erde trifft und diese ‘erschüttert’
    gemessen wird aber mit kleinsten messwerten
    es ist der orbitante hebel von ganz gross zu ganz klein
    der es ermöglichen soll die rückschlüsse in richtiger weise und genau genug zu ermitteln

    wenn nun in diesen kleinen bereichen von … hoch-17
    eine gewisse messungenauigkeit (durch quantenunschärfe) da wäre, würde die in die rechnung eingehen und das ergebnis ebenfalls mit diesem dann grossen hebel verfälschen.
    … hab ich das so richtig verstanden

  10. #10 Peter
    Berlin
    15. August 2018

    @ Alex: “… also können sie gleichzeitig scharf gemessen werden.” – das ist nicht Stand der Wissenschaft: im subatomaren Bereich können Sie entweder Geschwindigkeit, oder Ort eines “Teilchens” bzw. “Welle” bestimmen. Oder, um es mit Brian Greene auszudrücken: “Der Akt der exakten Positionierung stört die Geschwindigkeit des Elektrons.” (Stoff, Kosmos, S. 121 ff.)

    @ Mars: es geht gar nicht um “Messungenauigkeit” – es geht um die Lösung eines alten Rätsels und um das EPR-Experiment, das bekanntlich letztlich von John Bell widerlegt wurde. Seitdem ist die Welt “nicht lokal”. Und “nicht lokal” ist alles, was im subatomaren Bereich stattfindet, und, wie wir vermuten müssen, auch darüber hinaus (die berühmte Frage nach dem Mond und ob er da ist, wenn man nicht hinschaut). Die gemessene Welle findet im subatomaren Bereich statt und sie verbindet faszinierender Weise die ART mit diesem subatomaren Bereich. Auch, wenn man diesen Bereich mit einem Interferometer und Laserlicht “misst”, bleibt er subatomar. 10^-17 ist wirklich sehr sehr klein. Herr Freistetter wählte den Vergleich eines Haares zwischen Sonne und dem Sirius, glaube ich.

    Entweder also man hat eine Brücke zwischen ART und Unschärferelation gefunden, die GUT – was ich vermute und hoffe – oder aber, man hat eine Messung gemacht, deren Ergebnis der Unbestimmtheit unterliegt und – die Größenordnung betrachtet – eigentlich gar nicht “da” ist.

    Angesichts der Bedeutung dieser Messungen möge man entschuldigen, wenn ich es genau nehme.

    @ Florian Freistetter: bevor ich mich traue, so eine Frage zu stellen, kannst Du davon ausgehen, dass ich Video & Posts gelesen, bzw. gesehen habe: ich finde aber nicht, dass dort irgendwie auf meine – meines Erachtens berechtigte – Frage eingegangen wird.

  11. #11 wereatheist
    15. August 2018

    Bei den Gravitationswellenmessungen wurden die relativen Positionen von etliche Kilogramm schweren an Quarzfäden aufgehängten Spiegeln auf ca. 10 ^ -15 m genau bestimmt. Die Impulsunschärfe ist gerade klein genug, die Messung nicht wesentlich zu stören.

  12. #12 alex
    15. August 2018

    @Peter
    Ja, für Ort und Geschwindigkeit (bzw. Impuls) gibt es eine Unschärferelation. Aber nicht für Ort und Zeit.

  13. #13 Dampier
    15. August 2018

    Super Idee. Da fällt mir doch gleich eine Frage ein, mit der ich mich seit einiger Zeit herumschlage. Ist aber etwas komplexer, ich werde das mal ausformulieren …

    @Florian, darf man Bilder mitschicken? Es geht um die Interpretation einer Grafik.

  14. #14 Crazy Eddie
    15. August 2018

    Wurde die Entstehung unseres Planetensystems durch die nahe Passage eines anderen Sterns beeinflußt?

  15. #15 Alderamin
    15. August 2018

    @Crazy Eddie

    Möglicherweise. Könnte ich was drüber schreiben (wenn’s Florian nicht tut).

  16. #16 Florian Freistetter
    15. August 2018

    @Peter: ” ich finde aber nicht, dass dort irgendwie auf meine – meines Erachtens berechtigte – Frage eingegangen wird.”

    Das Problem an der Sache ist: Ich (und vermutlich auch die anderen) verstehe die Frage nicht. Die Messung von Gravitationswellen hat nichts mit einer großen Vereinheitlichten Theorie zu tun. Auch nicht mit der Unschärferelation. Wenn du schreibst “Die gemessene Welle findet im subatomaren Bereich statt” dann ist das nicht richtig. Eine Gravitationswelle ist kein subatomares Phänomen; ganz im Gegenteil! Die AUSWIRKUNGEN die so eine Welle auf die Erde hat sind aber so enorm winzig, das wir extrem genau Messinstrumente brauchen, um sie messen zu können. Und LIGO ist so ein Messinstrument.

  17. #17 Florian Freistetter
    15. August 2018

    @Dampier: Ich betreibe die Fragen-Seite ja nicht; insofern kann ich das schwer beantworten. Aber ich wüsste nicht, wieso. Das Bild sollte halt eines sein, das man auch veröffentlichen kann (also mit entsprechender Quelle und Lizenz versehen sein). Am besten einfach an Jürgen schicken und der wird schon Bescheid sagen, was geht und was nicht 😉

  18. #18 Florian Freistetter
    15. August 2018

    @Alderamin: Du kannst gerne auch was schreiben, wenn ich das tue 😉 Zwei unterschiedliche Blicke auf ne interessante Sache schaden ja nicht. Da ich aber die nächsten 2 Wochen von der IAU-Tagung in Wien berichten werde, stehen die Chancen eher schlecht, das ich noch die Zeit finde, diese Geschichte aufzugreifen.

  19. #19 Alderamin
    15. August 2018

    @Florian

    Ich weiß das, aber ich habe so viele Themen auf der Liste, da wär’s schade um die ganze Arbeit, ausgerechnet über eines zu schreiben, dass Du schon behandelst.

    Das Paper hatte ich mir schon vorgemerkt. Kommt dann aber mit etwas Verzögerung, erst kommen zwei andere Artikel.

  20. #20 Alderamin
    15. August 2018

    @Peter

    Wir hatten das Thema doch neulich schon einmal in einem anderen Thread diskutiert und konnten Dich da nicht überzeugen, dass man mit Interferometrie Auslenkungen im subatomaren Bereich messen kann. Interferometrie misst aber gerade immer winzige Wegunterschiede, dafür ist sie das Mittel der Wahl. Schon beim berühmten Versuch mit einem Einzelspalt sind die Gangunterschiede der Wellen, die von den beiden Außenseiten des Spalts verursacht werden, winzig.

    Bei LIGO wird die Basislänge durch die Spiegel in den Detektorarmen zigtausendfach verlängert, erst dadurch kann man den Gangunterschied messen, und auch nur in der Auslöschung der Wellen, die dann nicht mehr perfekt ist. Man misst dabei keine einzelnen Photonen, sondern sehr, sehr viele (der Strahl muss richtig viel Leistung haben, um so empfindlich zu sein). Das Interferenzmuster ist das Summenbild aus all diesen. Da greift die Statistik der großen Zahl. Immer, wenn Quanteneffekte mit großen Teilchenzahlen einhergehen, kann man sehr exakte Werte bestimmen.

  21. #21 tomtoo
    15. August 2018

    @Crazy Eddie #14
    Es gibt zumindest gedanken in.die Richtung.
    https://m.phys.org/news/2018-08-impact-stellar-intruder-solar.html

  22. #22 tomtoo
    15. August 2018

    @Alderamin
    Sry, hatte deine Antwort übersehen.

  23. #23 Florian
    Hier
    15. August 2018

    @Alderamin:
    Würde mich über einen Artikel sehr freuen.
    Ich habe das Paper schnell durchgelesen, wirklich interessant.
    Vielleicht kannst du genaueres bezüglich der Simulation recherchieren und auch noch Papers
    anderer Astronomen zum Thema einbauen?

  24. #24 Dampier
    15. August 2018

    @Florian, danke. Ist ne reine Geometriegrafik mit wenig Schöpfungshöhe. Ich werde sie zur Sicherheit nochmal selbst nachbauen.

  25. #25 Peter
    Berlin
    15. August 2018

    Vielen Dank, für diejenigen, die sich hier mit einer Antwort Mühe gegeben haben. Ich glaube, man muss es vielleicht nochmal ganz einfach sagen: 10^-17 ist subatomar. Dort gelten die Regel der Quantenmechanik. Danach gibt es dort entweder einen Ort, oder eine Zeit (@ alex: da Geschwindigkeit Weg/Zeit ist, läuft das auf´s gleiche hinaus). Wie immer dieses Ergebnis gesehen, gelesen, projiziert, vergrößert, verlängert oder – das gerade nicht? – gequantelt wird – es bildet eine Beobachtung im subatomaren Bereich ab, die durch ein makroskopisch gigantisches Fernereignis ausgelöst wurde. Ich glaube, man muss ein wenig philosophischer denken, um zu begreifen, was der Naturwissenschaft da gelungen ist. Vor allem aber wäre es jetzt von größter Bedeutung, diese Entdeckung adäquat in den Theorierahmen aufzunehmen und die Verbindung von ART und Quantendynamik auch in ein gemeinsames Formelwerk zu packen, kurz und elegant.

  26. #26 Crazy Eddie
    15. August 2018

    Danke für den Link. Ich frage mich nämlich, ob diese Fly-By Hypothese die Rare-Earth Annahme wahrscheinlicher macht.

  27. #27 alex
    15. August 2018

    @Peter

    Danach gibt es dort entweder einen Ort, oder eine Zeit (@ alex: da Geschwindigkeit Weg/Zeit ist, läuft das auf´s gleiche hinaus).

    Tut mir leid, aber das ist einfach nicht wahr. Die Quantenmechanik lässt sehr wohl Zustände zu, bei denen ein Teilchen zu einem beliebig genau bestimmten Zeitpunkt an einem beliebig genau bestimmten Ort lokalisiert ist. Der Zusammenhang zwischen Ort und Geschwindigkeit ist in der Quantenmechanik ein bisschen subtiler als “Geschwindigkeit = Weg/Zeit”.

  28. #28 Braunschweiger
    15. August 2018

    Ich korrigiere mal meine #5:
    Die Rubrik “Ihre Frage” ist jetzt sehr wohl auf der Eingangsseite in der rechten Spalte zu finden. Sehr löblich, und in einer früheren Version der Seite war das nicht so. :-).

  29. #29 Dampier
    15. August 2018

    So, jetzt bin ich mal gespannt :))

  30. #30 Patrick Mueller
    Vancouver
    15. August 2018

    @Peter
    Vielleicht kann man es anders erklaeren und damit zu einem besseren Verstaendnis beitragen. Wenn LIGO GW misst, dann ist das nicht eine Welle, sondern viele. DIese haben einen vergleichsweise breiten Wellengang. Also eine vergleichweise niedrige Frequenz. So niedrig zumindest, dass, wenn es Schallwellen waeren, man sie hoeren koentnte. Also weit ab von subatomar. Die Amplitude der Wellen ist aber winzig. Und das ist so, weil man sich die Raumzeit als extrem steif vorstellen kann. Die Wasserwellen halte ich daher auch fuer ein bedingt gutes Beispiel, weil hier die zu erwartenden Wellen in der Groessenordnung des Objektes liegen, dass ins Wasser faellt. Je steifer man aber Wasser macht, desto niedriger faellt aber die Amplitude aus. Wenn Du nun also das steifeste Material nimmst was Du dir (vermutlich nicht mehr) vorstellen kannst, dann sind die Amplituden winzig.
    Aber beim Schreiben ist mir aufgefallen, dass auch ich nun ins straucheln gerate. Da da man ja Laengenaenderungen im subatomaren misst. Hmm, irgendwo habe ich wohl was uebersehen. 😀

    FLORIAN! HELP!

  31. #31 Peter
    Berlin
    15. August 2018

    @ Alex: “Die Quantenmechanik lässt sehr wohl Zustände zu, bei denen ein Teilchen zu einem beliebig genau bestimmten Zeitpunkt an einem beliebig genau bestimmten Ort lokalisiert ist.” – sicher, aber dann kennen Sie seine Geschwindigkeit nicht:

    Nochmal Greene, dem ich hier Fachwissen zutraue, zu Heissenbergs Unschärferelation: “Je genauer Sie beispielsweise wissen, wo ein Teilchen ist, desto unpräziser muss notgedrungen Ihre Kenntnis seiner Geschwindigkeit bleiben. Entsprechend gilt: Je genauer Sie wissen, wie rasch ein Teichen sich bewegt, desto weniger können Sie wissen, wo es ist.” (Stoff, Kosmos, S.120)

  32. #32 alex
    15. August 2018

    @Peter
    Ja, das ist die bekannte Unschärferelation zwischen Ort und Impuls (siehe mein Kommentar #12). Du schriebst aber (Kommentare #3, #25) von einer Unschärferelation zwischen Ort und Zeit. Und eine solche gibt es einfach nicht.

  33. #33 Florian Freistetter
    15. August 2018

    @Peter: Es existiert ein ganz fundamentales Missverständnis in dieser Diskussion. Die Frage die du die ganze Zeit stellst, macht in der Form keinen Sinn. Da stecken so viele kleine falsche Vorstellungen über Quantenmechanik, Physik, etc drin, das es enorm schwer ist, das alles so aufzudröseln, um die Frage für dich zufriedenstellend beantworten zu können. Mir fällt keine schnelle Möglichkeit ein, das zu tun. Ich glaube, das gehört zu den Dingen, die im Kommentarbereich meines Blog nicht zu leisten sind. Man müsste ganz zurück an den Anfang gehen und mit der Erklärung der Quantenmechanik (und LIGO) ganz von vorne anfangen. So lange, bis wir bei auf dem gleichen Stand sind, von den gleichen Dingen reden und die gleichen Dinge verstehen, wenn wir über dieses Problem reden. Aber das ist etwas, was ich nicht so einfach leisten kann…

  34. #34 Reggid
    15. August 2018

    @Peter

    niemand zweifelt hier die Unschärferelation an.

    nur das was du zu glauben scheinst was die unschärfereation aussagt hat halt nichts mit eben dieser (also mit der echten) zu tun.

    sie besagt dass bei einem quantenmechanischen zustand ort und impuls nicht beide gleichzeitig beliebig genau bestimmt sein können (ähnliches gitl für andere paare von observablen. nicht aber für ort und zeit, wie andere schon gesagt haben). das ist es auch was Greene in seinem buch schreibt, wenn du das von dir angeführt zitat nochmal liest.(wenn man ein bisschen schlampig impuls durch geschwindigkeit ersetzt).

    nur aus der aussage: “impuls und ort eines zustands können nicht gleichzeitig beliebig scharf bestimmt sein, für das produkt ihrer unschärfe gibt es eine untere grenze” (korrekte aussage) machst du “Danach gibt es dort entweder einen Ort, oder eine Zeit” (eine aussage ohne jeden sinn. ich weiß nicht mal es es bedeuten soll dass es einen “ort gibt” oder eben nicht).

    dass das absolut nicht dasselbe ist sollte dir schon auffallen.

  35. #35 Alderamin
    15. August 2018

    @Peter

    Nochmal Greene, dem ich hier Fachwissen zutraue, zu Heissenbergs Unschärferelation: “Je genauer Sie beispielsweise wissen, wo ein Teilchen ist, desto unpräziser muss notgedrungen Ihre Kenntnis seiner Geschwindigkeit bleiben.

    Erstens: genau wie Alex sagt gibt es eine Unschärfebeziehung zwischen Ort und Impuls (Geschwindigkeit * Masse), aber nicht zwischen Zeit und Impuls.

    Zweitens: das Gesagte gilt für ein Teilchen. Aber nicht für eine große Zahl davon. Das ist ja genau der Grund, warum die makroskopische Welt sich nicht quantenmechanisch verhält. Quantenmechanisch heißt nämlich nicht, dass es keinerlei Gesetze gibt. Es gibt Wahrscheinlichkeiten für Ort und Impuls.

    Nochmal der Spalt als Beispiel: Bei einem Photon, das durch den Spalt geht, ist sein Ort im Moment des Spaltdurchgangs scharf bestimmt. Das “dankt” uns das Photon damit, dass seine Geschwindigkeit unscharf wird. Natürlich ist das Photon immer mit c unterwegs, aber die Geschwindigkeit hat auch eine Richtung, und die wird vollkommen zufällig. Das Photon bricht zur Seite aus und niemand kann vorhersehen, wohin. Aber es gibt wahrscheinlichere und weniger wahrscheinlichere Orte. Wenn man viele Photonen durch den Spalt schickt, entsteht auf einem Schirm hinter dem Spalt ein Streifenmuster, ein Beugungsbild. Bei bestimmten Ablenkungswinkeln bleibt es dunkel, bei anderen wird es hell. Die Winkel und die Helligkeit (= Häufigkeit, dass ein Photon da einschlägt) kann man exakt ausrechnen, und je mehr Photonen man hat, desto schärfer wird das Bild. Das ist wie beim Würfeln: einen einzelnen Würfelwurf kannst Du nicht vorhersagen, aber wenn Du tausende Male würfelst, dann wird ziemlich genau 1/6 der Würfe eine 1 ergeben, 1/6 eine 2 usw.

    Beim LIGO-Interferometer arbeitet man ebenfalls mit sehr vielen Photonen. Das ist exakt dasselbe Prinzip. Was ein einzelnes Photon tut, ist völlig irrelevant, es kommt darauf an, was die Masse der Photonen tut. Je mehr man hat, desto genauer kann man messen. Das ist kein Widerspruch zur Unschärferelation. In großen Mengen verhalten sich Quantenteilchen vorhersagbar, weil man die Wahrscheinlichkeiten ihres Verhaltens kennt und diese sehr genau bestimmt sind.

  36. #36 wereatheist
    16. August 2018

    @Peter:
    Die Unschärferelation, die hier wichtig ist, lautet

    Δx⋅Δp ≥ h

    d.h. das Produkt aus Orts- und Impulsunschärfe eines Quantenobjekts ist mindestens so groß wie das Plancksche Wirkungsquantum.
    Das “Quantenobjekt” ist hier kein Teilchen, sondern ein makroskopisches, massives Ding, nämlich ein Spiegel.
    Für die Ortsunschärfe 10^-17m eingesetzt ergibt sich eine Impulsunschärfe von ca. 10^-16Ns. Ein Spiegel von 1kg Masse bewegte sich mit 10^-16m/s, also in einigen zehn Millisekunden ein bißchen zu weit.
    Die Spiegel, die die Lichtweglänge bei LIGO bestimmen, sind aber deutlich schwerer als 1kg, aus gutem Grund.

  37. #37 wereatheist
    16. August 2018

    Und natürlich kann man Intensitätsänderungen bei Licht in der Nähe einer auslöschenden Interferenz nur vernünftig messen, wenn man verdammt viele Photonen in das Interferometer ‘reinsteckt.
    Wie @Alderamin sagt.

  38. #38 Peter
    Berlin
    16. August 2018

    @ Florian Freistetter: “Die Frage die du die ganze Zeit stellst, macht in der Form keinen Sinn.”

    Na, vielleicht ist das so – ich bin auch völlig damit einverstanden, wenn man hier zur nächsten Frage übergeht. Allerdings sind folgende Einwände am Thema vorbei:

    @ Alderamin: für Brian Greene ist es völlig in Ordnung, “Geschwindigkeit und Ort” zu schreiben – wie er betont – weil der Begriff “Impuls” die Geschwindigkeit enthält und Geschwindigkeit Weg/Zeit ist. (S.120 ff. “Der Stoff, aus dem der Kosmos ist).

    Ihr Einwand, es handele sich um eine große Zahl von Teilchen, ist nicht zutreffend: wie viele “Teilchen” passen in 10^-17 ? – man spricht von 1/1000 der Durchmessers eines Protons. Möglicherweise verwechseln Sie das Zustandekommen der Messung mit ihrem Ergebnis.

    “Aber es gibt wahrscheinlichere und weniger wahrscheinlichere Orte.” Das ist bekannt. Wo ist der Ort für 10^-17 – wahrscheinlich oder unwahrscheinlich? Dem Ergebnis der Messung kann es egal sein, mit wie viel tausend Photonen der Laser arbeitet: es ist nämlich selbst so winzig, dass vielleicht kein einziges reinpasst. Wenn also das Ergebnis größenordnungsmäßig der Unschärferelation unterliegt, wir aber trotzdem ein eindeutiges Ergebnis haben, so kann ich mir das nicht anders erklären, als dass wir vor einer wissenschaftlichen Revolution stehen: es ist gelungen, Gravitation zu quanteln, denn ein makrokosmisches Ereignis wurde mikrokosmisch so abgebildet, dass die Gesetze der Quantenphysik hier greifen.

  39. #39 Florian Freistetter
    16. August 2018

    @Peter: “so kann ich mir das nicht anders erklären”

    Ich glaube, das ist das Problem. Bzw. auch ein Problem. Wenn du schon vorab davon ausgehst, dass es nur diese eine Erklärung gibt, dann ist es schwierig, deine Fragen zu beantworten. Denn das sind ja dann keine “Fragen”. Könntest du dir prinzipiell vorstellen, dass du irgendwo unterwegs nen Denkfehler gemacht hast? Oder bist du auf “LIGO hat Quantengravitation nachgewiesen!” so festgelegt, das nur erklärt haben willst, wie das funktioniert anstatt auch die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass das eben nicht passiert ist (Findest du es nicht ein wenig seltsam, dass – laut dem was du behauptest – DAS größte Problem der modernen Physik gelöst wird; das Problem an dem Generationen von Wissenschaftlern gearbeitet haben und arbeiten: Und niemand sagt was dazu; niemand erzählt das den Medien; niemand freut sich darüber?)

  40. #40 Peter
    Berlin
    16. August 2018

    @ Florian Freistetter: ich sage ja nur, ich kann es mir nicht anders erklären – andere vielleicht schon. Damit ist keine grundsätzliche Aussage verbunden. Hier zumindest habe ich bislang keine wirkliche Erklärung gefunden – vielmehr scheint es nötig, die Frage zu verteidigen, als wäre ohnehin alles klar.

    Was die Physik allgemein betrifft, bin ich mir seit einiger Zeit nicht mehr so sicher, ob Physiker wirklich Leute sind, die sich fundamentalen Fragen unvoreingenommen stellen. Es scheint da doch auch Gruppenzwang zu geben – die Angst vielleicht, sich lächerlich zu machen. Manchmal ist ein Blick von “außen” hilfreich.

    Ich würde vorschlagen, wir beenden einfach die Erörterung und gehen zur nächsten Frage über.

  41. #41 Ingo
    16. August 2018

    Zur Diskusion um Peters “Subatomare Frage”:

    Kann es sein, dass hier aneinander vorbeigeredet wird?
    Letztendlich ist die Frage von Peter ja so “Laengenunterschiede von 10^-17 sind so klein, dass ein Atom vergleichsweise gross ist. Wie kann man solche Laengenunterschiede messen?”

    Ich glaube die Frage kann man auch anders aufstellen: “Wie funktioniert die Reflektion des Laserlichts an dem Spiegel”

    Der Spiegel besteht natuerlich auch nur aus Atomen,- und ist damit keine perfekte ebene Flaeche (jedenfalls wenn wir solche kleinen Lichtlaufzeitlaengenunterschiede feststellen wollen)

    Noch anders formuliert: “Wird das Ergebnis der Lichtlaufzeitmessung nicht dadurch verfaelscht, dass der Spiegel nicht eine perfekte Ebene ist,- jenachdem wo genau das Photon reflektiert wird, wird es entweder einen laengeren Weg oder einen kuerzeren Weg zuruecklegen, und damit die Messung verfaelschen”

    @Peter: Ist das Deine Frage?

    Um dies zu beantworten muss man sich das Laserlicht nicht als Folge von geschossenen Murmeln (Photonen) vorstellen, sondern als Welle.
    Die Messung findet nicht am Spiegel statt,- sondern dann wenn das Licht wieder zurueck am Detektor angekommen ist und mit dem Referenzstrahl interferiert.

    Dann wuerde die Frage lauten “Wird die Lichtwelle nicht verschmiert, wenn sie am Spiegel reflektiert, da dieser nicht zu 100% Eben ist, sondern auch nur aus (kugelfoermigen) Atomen besteht?”

    Also wieder die Ursprungsfrage “Wie funktioniert die Reflektion an einem Spiegel im Teilchen- oder Quantenmodell”

  42. #42 Ingo
    16. August 2018

    oder noch anders formuliert:

    “Warum bleibt die Kohaerenz eines Laserstrahls erhalten, wenn es an einem Spiegel reflektiert wird der nicht 100% eben ist, sondern nur aus kugelfoermigen Atomen zusammengesetzt ist”

    @Peter: (nach den ausformulierungen meines letzten Posts) Ist das Deine Frage?

  43. #43 Peter
    Berlin
    16. August 2018

    @ Ingo: ich melde mich hier ein letztes Mal – und will auch gar nicht irgendwie Recht haben. Bitte zur nächsten Frage! Nur dies: die Frage lautet nicht: “Wie kann man solche Längenunterschiede messen?” – es ist ja klar, dass das gemessen wurde. Sondern: sind Längenunterschiede der Größenordnung 10^-17 solche Längenunterschiede, dass man weiss, wo sich die Längenunterschiede befinden – oder kennt man nur die Größe des Unterschieds – aber weiß nicht, wo der Längenunterschied sich genau aufhält? Da es sich um weniger, als ein Atom handelt, fällt wohl auch eine statistische Bestimmung flach. Wenn es aber gelungen ist – und daran zweifle ich nicht – einen solchen subatomaren Längenunterschied dingfest zu machen, dann muss man – so nur meine persönliche Schlussfolgerung ohne Anspruch auf irgendwas – eine Brücke vom Makrokosmos zum Mikrokosmos, von der Quantenphysik zur Allgemeinen Relativitätstheorie gefunden haben.

    Während Herr Freistetter wenigsten “Das größte Problem der modernen Physik” beim Namen nennt, scheinen andere Kommentatoren noch nicht mal anzuerkennen, dass es da überhaupt ein Problem gibt – die ganze Bandbreite ist ja hier vertreten.

  44. #44 Alderamin
    16. August 2018

    @Peter

    für Brian Greene ist es völlig in Ordnung, “Geschwindigkeit und Ort” zu schreiben – wie er betont – weil der Begriff “Impuls” die Geschwindigkeit enthält und Geschwindigkeit Weg/Zeit ist.

    Impuls und Geschwindigkeit ist ok, ich (und andere) sagten, es gibt keine Unschärfe zwischen Zeit und Geschwindigkeit. Das kannst Du auch in Wikipedia nachlesen. Es gibt lediglich noch eine Unschärfe zwischen Zeit und Energie (je kürzer das betrachete Intervall, desto unschärfer ist die Energie eines Teilchens).

    Ihr Einwand, es handele sich um eine große Zahl von Teilchen, ist nicht zutreffend: wie viele “Teilchen” passen in 10^-17 ? – man spricht von 1/1000 der Durchmessers eines Protons. Möglicherweise verwechseln Sie das Zustandekommen der Messung mit ihrem Ergebnis.

    Ich rede von den Laserphotonen, die zur Messung benutzt werden. Es werden sehr viele Photonen von sehr vielen Spiegelatomen reflektiert (man bedenke, dass der Spiegel ja auch nicht subatomar glatt sein kann – normalerweise sind 10nm Rauigkeit schon extrem präzise). Beim Messvorgang ist nirgends nur ein einzelnes Teilchen im Spiel, für das die Unschärferelation relevant sein könnte.

    Du störst Dich doch eigentlich nur am kleinen Ausschlag des Spiegels. Es gibt aber keine prinzipielle physikalisch motivierte untere Grenze für die räumliche Genauigkeit einer Längenmessung (bestenfalls die Plancklänge, von der sind wir hier aber noch so viele Größenordnungen entfernt wie die Protonen von unserer Welt). Die Unschärfe wird kleiner, wenn die betrachtete Masse größer und die betrachteten Teilchen mehr werden. Sie kann beliebig klein werden. Die Unschärferelation sagt darüber gar nichts aus, sie betrifft Eigenschaften von einzelnen Teilchen, nicht den Raum an sich. Der Raum ist nicht unscharf. Nicht in dieser Größenordnung.

    Wo ist der Ort für 10^-17 – wahrscheinlich oder unwahrscheinlich?

    Da, wo der Gangunterschied zwischen den beiden LIGO-Armen exakt 1/2 Wellenlänge ist, ist sie unwahrscheinlich. Umso unwahrscheinlicher, je schmalbandiger das Laserlicht ist.

    Dem Ergebnis der Messung kann es egal sein, mit wie viel tausend Photonen der Laser arbeitet: es ist nämlich selbst so winzig, dass vielleicht kein einziges reinpasst.

    Wir reden hier von Lichtwellen, nicht von kugelförmigen, ausgehnten Photonen. Wir reden hier von 10^-14 m Versatz, weil das mehrtausendfache Durchlaufen der Röhren zwischen den Spiegeln den Versatz entsprechend vervielfältigt. Und wir reden von Wellenlängen von 10^-6 m, die der Laser hat. Es ist dann eine Wellenlängenverschiebung von 10^-8 zu messen. Das ist kein Pappenstil, aber es geht so gerade eben noch.

    Wenn also das Ergebnis größenordnungsmäßig der Unschärferelation unterliegt,

    Das tut es nicht. Mitnichten tut es das. Keinesfalls. Wegen der Statistik. Versuchen Dir hier 4-5 Leute einmütig zu erklären.

    Ich meine, was soll das ganze Zweifeln, es hat ja nun funktioniert – man hat die Wellen an mehreren Orten unabhängig voneinander nachgewiesen, konnte den Ort lokalisieren und im Falle der kollidierten Neutronensterne fand man auch den Explosionsrest bei anderen Wellenlängen.

    so kann ich mir das nicht anders erklären, als dass wir vor einer wissenschaftlichen Revolution stehen: es ist gelungen, Gravitation zu quanteln, denn ein makrokosmisches Ereignis wurde mikrokosmisch so abgebildet, dass die Gesetze der Quantenphysik hier greifen.

    Das wäre vielleicht der Fall, wenn man fände, dass die Amplituden der Gravitationswellen gequantelt sind, aber das findet man nicht. Was die Quantengravitation mit der eben gerade nicht der Unschärferelation unterliegenden Messgenauigkeit zu tun haben soll, verstehe ich nicht.

  45. #45 Alderamin
    16. August 2018

    Was die Physik allgemein betrifft, bin ich mir seit einiger Zeit nicht mehr so sicher, ob Physiker wirklich Leute sind, die sich fundamentalen Fragen unvoreingenommen stellen. Es scheint da doch auch Gruppenzwang zu geben – die Angst vielleicht, sich lächerlich zu machen.

    Ähem. Sehr schlaue Physiker haben aufgrund der Erkenntnisse der Physik eine Maschine entworfen und gebaut, die funktioniert und etwas messen kann, was Einstein sich noch nicht vorstellen konnte, dass wir es jemals messen können. Die brauchen wirklich keine Angst zu haben, sich lächerlich zu machen.

  46. #46 Metalgeorge
    16. August 2018

    @Peter
    zum Abschluss und als Ergänzung zu @Aldemarins Erwähnung der Statistik.
    Man korrigiere mich wenn ich falsch liege.
    Quantenmechanik und die zugehörigen Aussgagen, wie zum Beispiel die Schrödingergleichung, gelten bei der Betrachtung von Ort und Impuls von einzelnen bis mehreren kleinster Teilchen und Ereignissen.(Quanten).
    Wir betrachten hier aber nicht einzelne Quanten.
    Beim LIGO werden zur Messung eines relativ lang andauernden Ereignisses, 10^-18 bis 10^ 4 Herz, sehr sehr viele Photonen (Lichtwellen) verwendet.

    Der Wert an sich ist dann, übertragen gesehen als statistischer Mittelwert sehr vieler unscharfer Ereignisse, eine ausreichend genaue Aussage über den Messwert.
    Unscharf in diesem Zusammenhang heißt ja nicht immer falsch, wie du vielleicht vermutest, sondern mal so oder mal so. Eine Verteilung von Wahrscheinlichkeiten eben.

  47. #47 alex
    16. August 2018

    @Peter

    sind Längenunterschiede der Größenordnung 10^-17 solche Längenunterschiede, dass man weiss, wo sich die Längenunterschiede befinden – oder kennt man nur die Größe des Unterschieds – aber weiß nicht, wo der Längenunterschied sich genau aufhält?

    Der Längenunderschied hält sich nirgendwo bestimmtes auf. Oder anders gesagt, er ist über die gesamte Strecke zwischen den Spiegeln verteilt. Eine Gravitationswelle streckt/staucht jede (parallele) Strecke um den selben Faktor.

    Ich weiß nicht was genau du mit den “10^-17” meinst die du ständig wiederholst. Eine relative Längenänderung um den Faktor 10^-17, oder eine absolute Längenänderung um 10^-17 Meter, oder … ?

    Soweit ich das sehe hat man beim ersten beobachteten Ereignis GW150914 relative Längenänderungen im Bereich von 10^-21 gemessen. D.h. ein 4km langer LIGO-Arm wurde um rund 4000m * 10^-21 = 4*10^-18m verlängert/verkürzt. Und zwar so, dass jeder einzelne Kilometer des Arms um 10^-18m, jeder Meter um 10^-21m, jeder Milimeter um 10^-24m, etc. verlängert/verkürzt wurde. (Strenggenommen müsste man noch hier dazu sagen, wie man die Endpunkte der Strecken definiert.)

    Vielleicht als Nebenbemerkung: Um zu beschreiben wie sich ein Elektron/Proton/Atom/… im Feld einer schwachen Gravitationswelle verhält, deren Frequenz und Energiedichte gering sind (aber so, dass man es nicht mit einzelnen Gravitonen zu tun hat), braucht man keine Quantengravitation. Denn die Gravitationswelle kann man in diesem Fall problemlos klassisch (also nicht-quantenmechanisch) beschreiben. Die bekannte Schrödinger- oder Dirac-Gleichung für das Elektron mit ein paar Zusatztermen reicht vollkommen aus. Aus Sicht des Elektrons ist die Gravitationswelle dann einfach eine weitere Kraft die von außen auf es einwirkt.

    Insbesondere kann man die Quantisierung der Gravitationswelle, das Gravitationsfeld des Elektrons, und die Wechselwirkung der Gravitationswelle mit sich selbst in extrem guter Näherung vernachlässigen.

  48. #48 Florian Freistetter
    16. August 2018

    Der “Ort einer Längenänderung” ist ja an sich schon ein unklares Konzept. Wenn ein Kind in einem Monat 1,20 groß ist und im nächsten dann 1,21 m, dann fragt man ja auch nicht, WO genau es um diesen einen Zentimeter gewachsen ist. Den Zentimeter hat das Kind ja nicht an der Fußsohle oder der Nasenspitze dazu bekommen… Eine Längenanderung ist ja auch eine dimensionslose Zahl und keine Länge!

  49. #49 Ingo
    17. August 2018

    Irgendwie geht mir die Frage “warum behaellt ein Laserstrahl seine Koherenz, wenn er an einem Spiegel reflektiert” nicht aus dem Kopf.

    Daher stelle ich die Frage jetzt :-)

    Wie funktioniert ueberhaupt die Reflektion auf tiefer Ebene. Wieso kommt das Photon zurueck? Wieso wird die Welle nicht aufgeweicht (dekoherent) wenn sie an einen nicht 100% ebenen Spiegel reflektiert. Der Laserstrahl ist ja nicht derart fokosiert, dass er immer am gleichen “spiegel-atom” reflektiert wird.

  50. #50 Dampier
    17. August 2018

    Juhu, meine Frage ist online. Bitte um freundliche Beachtung!

    http://scienceblogs.de/ihrefrage/2018/08/17/mittelalterliche-navigationsmethoden/

  51. #51 Metalgeorge
    18. August 2018

    @Ingo
    auch bei Spiegelung an einem unebenen Spiegel
    bleibt die räumliche Kohärenz von monochromatischem Licht erhalten, da die Phasenbeziehungen der einzelnen
    Wellenzüge erhalten bleiben.
    https://physik.wissenstexte.de/kohaerenz.htm

  52. #52 Metalgeorge
    18. August 2018

    @myself #51
    gilt natürlich nur bei Lasern mit ursprünglich parallelen Wellenzügen.

  53. #53 Ingo
    19. August 2018

    At metalgeorge
    Dass es so ist sehe ich auch. Aber WARUM bleibt sie bei einer reflektion erhalten

  54. #54 beefjerky
    nrw
    19. August 2018

    Hallo Florian,
    bald steht wohl wieder eine interessante Begegnung an. Am 1. 1. 2019 soll / wird die Sonde New Horzons am Objekt 2014 Mu69 in ca. 6.5 Milliarden km vorbeifliegen und seine Eindrücke zur Erde schicken.
    Würde mich freuen, wenn du dieses Thema etwas “beleuchte” könntest.
    Bis dann
    beefjerky

  55. #55 beefjerky
    nrw
    19. August 2018

    Hallo nochmal,
    habe bei genauerem Suchen eine Artikel zum 2014 Mu69/Neujahr2019 – Event gefunden.
    bin sehr gespannt.
    Danke Florian
    LG
    Beefjerky