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THEMA: Doppelspalt

Doppelspalt 26 Aug 2018 13:39 #40991

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Im Physikunterricht in der Schule haben wir an Hand der auftretenden Maxima am Schirm die Wellenlänge des Lichts berechnet.
So weit, so gut. Doch das Interferenzmuster ergibt sich auch, wenn immer nur jedes Photon einzeln auf den Schirm geschossen wird.
Man lernt, dass es gar nicht die Lichtwellen sind, die da interferieren, sondern Wahrscheinlichkeitswellen, die etwas über die
Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Photonen aussagen. Aha. Dann kann man aber nicht aus den Maxima auf die Wellenlänge der
Photonen schließen - es sei denn die Wellenlänge der Wahrscheinlichkeitswellen ist gleich der der Photonen...?

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Doppelspalt 26 Aug 2018 15:15 #40996

Schickt man Photonen durch einen Doppelspalt, dann ergibt sich ein charakteristisches Intensitätsverteilungsmuster. Dises ist abhängig von der Geometrie der Versuchsanordnung (z.B. Spaltbreiten, Abstand der Spalte und Abstand des Schirms) und der Wellenlänge des Lichts. Daher kann man aus dem Muster die Wellenlänge des Lichts ermitteln. Siehe z.B. de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment .

Diese Intensitätsverteilung erhält man, unabhängig davon, ob man viele Photonen "gleichzeitig" oder einzeln nacheinander losschickt. Das Muster ergibt sich daher nicht aus einer Wechselwirkung der Photonen miteinander.

Dieses Experiment liefert mit Teilchen wie z.B. Elektronen analoge Ergebnisse. Hier entspricht die Wellenlänge der De-Broglie-Wellenlänge (siehe z.B. de.wikipedia.org/wiki/Materiewelle#Die_De-Broglie-Wellenlänge ).

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Doppelspalt 26 Aug 2018 17:21 #41003

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Merci, Claus.
Das wollte ich auch gerade anmerken. Die Sache liese sich ja recht einfach überprüfen; man wiederholt man das Experiment eben mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge und siehe da, wikipedia sagt:
" Eine Änderung der Wellenlänge λ wirkt sich sowohl auf die Hüllkurve als auch auf die Intensitätsverteilung des Doppelspalts aus
→ Je größer die Wellenlänge, desto breiter werden Hüllkurve und die Interferenzabstände des Doppelspalts"
\(I(\alpha)=I_{0} \cdot (\frac{sin (\frac{k}{2} \cdot b \cdot sin \alpha)}{\frac{k}{2} \cdot b \cdot sin \alpha})^2 \cdot cos^{2}( \frac{k}{2} \cdot a \cdot sin \alpha)\) wobei \(k=\frac{2\pi}{\lambda}\) und da haben wir sie schon, die Wellenlänge.

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Doppelspalt 26 Aug 2018 19:04 #41012

Hallo Wil,

wenn dich das Thema interessiert, könnte der Thread Doppelspaltexperiment hilfreich sein.
Darin haben verschiedene Teilnehmer das Experiment von verschiedenen Seiten betrachtet, Missverständnisse ausgeräumt und Teilaspekte genauer beleuchtet. Es geht zwar etwas drunter und drüber, aber letztlich hat alles zum Verständnis beigetragen, denke ich.

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Doppelspalt 26 Aug 2018 20:09 #41020

DeltaTee schrieb: Hallo Wil,

wenn dich das Thema interessiert, könnte der Thread Doppelspaltexperiment hilfreich sein.
Darin haben verschiedene Teilnehmer das Experiment von verschiedenen Seiten betrachtet, Missverständnisse ausgeräumt und Teilaspekte genauer beleuchtet. Es geht zwar etwas drunter und drüber, aber letztlich hat alles zum Verständnis beigetragen, denke ich.


... solange man nicht jede Aussage darin für die physikalische Wahrheit hält.

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Doppelspalt 27 Aug 2018 12:11 #41045

ClausS schrieb: ... solange man nicht jede Aussage darin für die physikalische Wahrheit hält.

Natürlich sollte klar sein, dass hier Laien nach einem besseren Verständnis suchen. Dies ist ein Forum, kein Standard-Nachschlagewerk.
Man sollte dem interessierten User schon zutrauen, das zu unterscheiden.

Physikalische Wahrheit hier im Forum oder sonstwo zu finden, dürfte ohnehin schwer sein.

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Doppelspalt 27 Aug 2018 18:53 #41081

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Hallo, ich bin neu in diesem Forum, grüße alle ganz herzlich und bitte erstmal um Nachsicht, wenn mir manches noch nicht so gut gelingt.

Ich antworte auf dieses Thema, weil es mich u.a. schon sehr lange beschäftigt.
Mit ein paar Ideen dazu würde ich die Diskussion gern beleben:

Könnte es nicht unterhalb eines Symmetriebruches, im Bereich der Planckskala, eine beschränkte Anzahl von drei Dimensionen geben?
Diese wären dann zunächst der Impuls und die Energie eines (vorläufig) masselosen Teilchens oder besser, Wellenpaketes. Zu diesen beiden
Dimensionen kommt dann, in einer festen, zunächst untrennbaren Verbindung von Raum und Zeit, als dritte Dimension die Lichtgeschwindigkeit
hinzu. Mit dem Auftreten von Materie, deren Masse, laut Peter Higgs, mit dem Widerstand der Materie durch ein Feld beschrieben wird,
entsteht etwas, das sich langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Erst jetzt können die beiden Komponenten der Raumzeit, nämlich Raum und Zeit, getrennt betrachtet und vermessen werden.

Könnte das nicht zu einem besseren Verständnis des Doppelspalterxperimentes und des weiterführenden von Archibald Wheeler 1978 ersonnenen
und 2007 durchgeführten Experimentes führen?

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Doppelspalt 03 Sep 2018 20:58 #41558

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Hallo, heute möchte ich meine vor ein paar Tagen geäußerten Ideen etwas genauer beschreiben und im Zusammenhang mit dem Doppelspaltexperiment
betrachten. Ich bin ein großer Bewunderer von R.Feynman und Anhänger der Feynman-Methode. Die Zusammenhänge, so wie sie sich mir darstellen, werde
ich also so einfach wie möglich und ohne Fachbegriffe erklären. Im Übrigen stammen die Ideen fast ausschließlich nicht von mir, sondern von namhaften
Physikern, die sich manchmal nach ihrem physikalischen Gefühl geäußert haben, ohne eine mathematische Formulierung liefern zu können. Diese Äußerungen wurden deshalb eher als philosophische Betrachtungen von der Fachwelt abgetan. Ein paar dieser Bemerkungen werde ich hier zitieren. Ich bin schon davon überzeugt, dass am Ende der Entwicklung einer Theorie eine mathematische Formulierung stehen muss, aber der Weg dorthin scheint mir nicht über den bekannten Formalismus zu gehen.

Ich möchte mich den Worten Abdus Salams anschließen: "Die Natur ist einfach, wenn wir sie in der richtigen Weise betrachten." Mit dem nächsten
Zitat von A.Salam komme ich zurück zum Doppelspaltexperiment: "So glaube ich z.B., dass Gott nur zwei Dimensionen geschaffen hat: Eine Dimension des
Raumes und eine der Zeit. ... Zwei Dimensionen bilden den innersten Kern dieser Theorie [Stringtheorie] und keine einzige mehr."

Da z.B. eine elektromagnetische Welle (Photon) sehr wohl eine räumliche Dimension hat, nämlich die Energie (Kraft x Weg), und auch eine zeitliche
Dimension, nämlich den Impuls (Kraft x Zeit), habe ich den Eindruck, dass es sich hier vielleicht um diese beiden grundlegenden Dimensionen handelt. Raum und Zeit bilden als untrennbare Raumzeit in Form der Lichtgeschwindigkeit eine untrennbare Verbindung mit der Einheit Meter/Sekunde. Für noch wahrscheinlicher halte ich es, dass A.Salam die drei Raumdimensionen als eine einzige begreift und als zweite Dimension die Zeit meint. Die Lichtgeschwindigkeit ist im quantenphysikalischen Bereich sowohl im Impuls als auch in der Energie enthalten also eher noch fundamentaler ("der innerste
Kern") als Impuls und Energie.

So gesehen, bewegt sich das Photon zwar durch einen räumlichen Bereich der aufgrund seiner Beschaffenheit (Doppelspalt) Interferenzbildung ermöglicht,
aber ich darf keine Frage damit verbinden, wo das Photon durchgegangen ist, weil die Dimension zur Beantwortung dieser Frage (die Dimension Raum) nicht vorhanden ist! Das Photon ist mit Lichtgeschwindigkeit (oder annähernd) durchgegangen, das kann ich sagen, aber eine Lokalisierung in Raum oder Zeit geht nicht.
Eigentlich bleiben Raum und Zeit auch in unserer makroskopischen Welt untrennbar verbunden, aber dadurch, dass wir es im gewöhnlichen Alltag mit
Inertialsystemen relativ zueinander bewegter Körper zu tun haben, die sich weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit zueinander bewegen, können wir die
Raumzeit nach räumlichen und zeitlichen Anteilen getrennt beobachten. Ein Photon (im Vakuum) jedoch bewegt sich vollständig durch meinen Raum und nicht durch meine Zeit (aus meinem Inertialsystem heraus betrachtet).

Über eine Einschätzung meines Beitrages durch die anderen Forenteilnehmer würde ich mich freuen.

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Doppelspalt 03 Sep 2018 21:51 #41560

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Sorry, ich muss noch einen Nachtrag machen, da offenbar mal wieder ein eingegebener Textteil verschwunden ist.

In diesem Zusammenhang scheint es mir bemerkenswert, dass sowohl die fünf Grundgrößen der Planck-Einheiten, als auch die vierzehn
abgeleiteten Größen in ihren Termen ausnahmslos Potenzen von c (Lichtgeschwindigkeit) enthalten. Voneinander getrennte räumliche (Meter)
oder zeitliche (Sekunde) Einheiten treten dort nicht auf.
Michael Green: "In einer wirklich grundlegenden Formulierung der Theorie [Stringtheorie] muss der Begriff der Dimension in Bezug auf die Raumzeit neu
gefasst werden."
Lewis Carroll Epstein drückt es sehr schön aus: "Sie bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit durch die Zeit- schneller gehts nicht".
Die Raumzeitmenge die ich durchschreite bleibt immer die gleiche. Aus der Sicht des Inertialsystems von Raum und Zeit, das ich mit mir herumtrage,
ist diese Raumzeitmenge durch die Lichtgeschwindigkeit gegeben, mit der ich mich durch meine Zeit bewege. Ich bewege mich also immer durch die
Zeit und nicht durch den Raum. Erst wenn ich meine Relativbewegung durch Beschleunigung ändere und mich weiterhin aus dem unbeschleunigten Inertialsystem betrachten Könnte, würden sich die Raumzeitanteile verschieben, so dass ich nun mehr Raum und weniger Zeit durchmessen würde.

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Doppelspalt 04 Sep 2018 13:14 #41587

NRS schrieb: Könnte es nicht unterhalb eines Symmetriebruches, im Bereich der Planckskala, eine beschränkte Anzahl von drei Dimensionen geben?
Diese wären dann zunächst der Impuls und die Energie eines (vorläufig) masselosen Teilchens oder besser, Wellenpaketes. Zu diesen beiden
Dimensionen kommt dann, in einer festen, zunächst untrennbaren Verbindung von Raum und Zeit, als dritte Dimension die Lichtgeschwindigkeit
hinzu. Mit dem Auftreten von Materie, deren Masse, laut Peter Higgs, mit dem Widerstand der Materie durch ein Feld beschrieben wird,
entsteht etwas, das sich langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Erst jetzt können die beiden Komponenten der Raumzeit, nämlich Raum und Zeit, getrennt betrachtet und vermessen werden.

Soweit ich Dich verstehe, hast Du keine fundierten Physikkenntnisse. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Konstante und eine Konstante kann keine Dimension bilden.
Impuls und Energie sind ziemlich eng verwandt und daher kaum geeignet, getrennte Dimensionen aufzuspannen.

Das Forum ist zwar auch für Laien aber nicht für Phantasien. Die Rubrik "alternative Weltbilder" wurde deshalb erst kürzlich abgeschafft. Konkrete Fragen werden hier gerne beantwortet, doch nicht derartige Ideen.

Deine beiden weiteren Posts habe ich noch nicht gelesen.
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Doppelspalt 04 Sep 2018 13:25 #41588

NRS schrieb: In diesem Zusammenhang scheint es mir bemerkenswert, dass sowohl die fünf Grundgrößen der Planck-Einheiten, als auch die vierzehn
abgeleiteten Größen in ihren Termen ausnahmslos Potenzen von c (Lichtgeschwindigkeit) enthalten. Voneinander getrennte räumliche (Meter)
oder zeitliche (Sekunde) Einheiten treten dort nicht auf.

Dies ist kaum verwunderlich, denn die gefundenen Naturkostanten sind c, G und h und von diesen wird dann erst die Sekunde etc abgeleitet.

Es geht aber durchaus, den anderen Weg zu gehen. Planck hat dazu die Plancksekunde tP, den Planckmeter lP und das Planckilogramm mP festgelegt, davon lassen sich dann c, G und h ableiten.
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Doppelspalt 04 Sep 2018 13:37 #41591

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Hallo ra-raisch,
natürlich habe ich keine fundierten Physikkenntnisse, und ich bedanke mich für die Klarstellungen.

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Doppelspalt 04 Sep 2018 13:48 #41592

gut,
dass die gfundenen Naturkostanten c, G und h sind, nebst ein paar anderen, könnte natürlich dazu anregen, über den Aufbau der Natur zu sinnieren. Womöglich könnte man daraus auch neue Dimensionen (Geschwindigkeit, Drehimpuls, und G?) ableiten, die nicht unmittelbar mit unseren Sinnen (3D+Zeit, Masse) korrespondieren. Hinsichtlich der Ladung bietet sich die Ladung e des Elektrons an, doch hat Planck bzw seine Nachfolger hier einen anderen Weg gewählt. Interessant ist es auch, die dimensionslosen Konstanten vor allem die Feinstrukturkonstante α zu ergründen.

Mit dem Doppelspaltexperiment dürfte das alles jedoch recht wenig zu tun haben.

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Doppelspalt 08 Sep 2018 12:06 #41783

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Wenn sich dazu weiter niemand äußern möchte, würde ich gern noch eine andere Stimme zu Wort kommen lassen. In der gedruckten Ausgabe der
Brockhaus Enzyklopädie von 1972 steht unter dem Stichwort Dimension folgendes: "Physik: ursprünglich die abgekürzte Mitteilung der eine
Größe definierenden Meßvorschrift. Zum Beispiel definiert man Geschwindigkeit als Länge dividiert durch Zeit; also hat die Geschwindigkeit v die
Dimension [v]= L / T ( .....) Die mit L und T bezeichneten Größen (Länge und Zeit) nennt man Grunddimensionen, auf die sich die Dimension der
abgeleiteten Größe bezieht. Die Dimension einer Größe ist also ein Potenzprodukt der Dimensionen der Grundgrößen. Insbesondere sind sämtliche
relativen Größen dimensionslos. ......

Unter dem Stichwort: "physikalische Konstanten, Naturkonstanten, in den physikalischen Gesetzen vorkommende Konstanten, z.B. die Lichtgeschwindigkeit c
das Plancksche Wirkungsquantum h, die Ladung e des Elektrons, die Gravitationskonstante u.a. Während die genannten Beispiele dimensionsbehaftet sind,
also Zahlenwerte haben, die von den zugrunde gelegten physikalischen Maßeinheiten abhängen, gibt es auch dimensionslose physikalische Konstanten,
wie die Feinstrukturkonstante ... ."
Ich möchte mit diesen Zitaten niemandem einen Fehler unterstellen, schon gar keinem Physiker und du, ra-raisch bist sicher einer. Ich habe größten Respekt
vor Leuten die dieses anspruchsvolle Fachgebiet studiert haben. Ich möchte die Zusammenhänge lediglich besser verstehen. Sollte ich da grundsätzlich etwas falsch verstehen, so bitte ich um Aufklärung.

Die Frage, ob die Lichtgeschwindigkeit dimensionsbehaftet ist oder nicht, soll nun aber nicht mein Hauptanliegen sein. Vielmehr möchte ich meine kühne
Annahme, dass es im Bereich quantenphysikalischer Bereiche, wo offenkundig "unlogische" experimentelle Ergebnisse vorliegen, keine räumlich und zeitlich
getrennten Betrachtungen geben darf, weil die isolierte Raumdimension oder die isolierte Zeitdimension nicht existiert. Raum und Zeit existieren nur als
Raumzeit und im Bereich der Planckskala nur in der Lichtgeschwindigkeit.
Diese, meine Vermutungen könnten bei der Interpretation der Ergebnisse des Doppelspaltexperimentes und des von A.Wheeler vorgeschlagenen und inzwischen durchgeführten Experimentes sehr wohl eine Rolle spielen.
Über respektvolle Kritik jeder Art freue ich mich.

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Doppelspalt 08 Sep 2018 12:28 #41787

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NRS schrieb: Wenn sich dazu weiter niemand äußern möchte, würde ich gern noch eine andere Stimme zu Wort kommen lassen. In der gedruckten Ausgabe der Brockhaus Enzyklopädie von 1972 steht unter dem Stichwort Dimension folgendes: "Physik: ursprünglich die abgekürzte Mitteilung der eine Größe definierenden Meßvorschrift. Zum Beispiel definiert man Geschwindigkeit als Länge dividiert durch Zeit; also hat die Geschwindigkeit v die Dimension [v]= L / T ( .....) Die mit L und T bezeichneten Größen (Länge und Zeit) nennt man Grunddimensionen, auf die sich die Dimension der abgeleiteten Größe bezieht. Die Dimension einer Größe ist also ein Potenzprodukt der Dimensionen der Grundgrößen. Insbesondere sind sämtliche relativen Größen dimensionslos. ......
Unter dem Stichwort: "physikalische Konstanten, Naturkonstanten, in den physikalischen Gesetzen vorkommende Konstanten, z.B. die Lichtgeschwindigkeit c das Plancksche Wirkungsquantum h, die Ladung e des Elektrons, die Gravitationskonstante u.a. Während die genannten Beispiele dimensionsbehaftet sind, also Zahlenwerte haben, die von den zugrunde gelegten physikalischen Maßeinheiten abhängen, gibt es auch dimensionslose physikalische Konstanten, wie die Feinstrukturkonstante ... ."

Ich möchte mit diesen Zitaten niemandem einen Fehler unterstellen, schon gar keinem Physiker und du, ra-raisch bist sicher einer. Ich habe größten Respekt vor Leuten die dieses anspruchsvolle Fachgebiet studiert haben. Ich möchte die Zusammenhänge lediglich besser verstehen. Sollte ich da grundsätzlich etwas falsch verstehen, so bitte ich um Aufklärung.

Tja, das Problem ist, dass das Wort "Dimension" mehrere Bedeutungen hat.
Siehe hier .
Es kann also eine Größenordnung , eine Kategorie einer physikalischen Größe, bzw. eine Längenangabe sein.
Aber auch die Anzahl von Freiheitsgraden eines mathematischen Objekts sein.
Und wenn man von Raumzeitdimensionen spricht, meint man Zweiteres.
Du hast im vorigen Thread hingegen Ersteres hier als Gegenargument genannt.

Nun, über welches der beiden Definitionen möchtest Du diskutieren?

MfG
WL01

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MfG
WL01

Doppelspalt 08 Sep 2018 14:44 #41794

NRS schrieb: keine räumlich und zeitlich
getrennten Betrachtungen geben darf, weil die isolierte Raumdimension oder die isolierte Zeitdimension nicht existiert. Raum und Zeit existieren nur als
Raumzeit

Ich habe zwar nicht Physik studiert aber kann Dir in diesem Bereich sicher antworten.

Die Raumzeit bildet sicherlich in diversen Grenzbereichen (ART, Quantenwelt) ein einheitliches Ganzes. Dennoch ist es niemandem verwehrt, einzelne Dimensionen in einer speziellen Situation gesondert zu benennen zB Breite, Höhe, Zeit, Radius, Tangentialfläche etc. Im Alltag bewährt sich eine Unterschiedung von Raum und Zeit. Auch in der ART hat die Zeit immer noch die Sonderstellung eines anderen Vorzeichens. In der Quantenwelt kenne ich mich bisher kaum aus.

NRS schrieb: Raum und Zeit existieren nur als Raumzeit und im Bereich der Planckskala nur in der Lichtgeschwindigkeit.

Die Geschwindigkeit wird in Graphiken durchaus als "Dimension" genutzt, jedes Koordinatensystem spannt Dimensionen auf, die Wahl ist vollkommen frei. Aber wie ich schon sagte, ist die Lichtgeschwindigkeit die Skala (Maximalwert) und nicht die Dimension. Die Dimension der Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit oder Strecke/Zeit oder Impuls/Masse ... die Auswahl der Grunddimensionen ist grundsätzlich frei. Natürlich kann man die Gechwindigkeit nach der Lichtgeschwindigkeit skalieren, also in Einheiten von c angeben, damit wird dann c zur Einheit.


Und wie wl01 sagte, das Wort Dimension ist vieldeutig. Es kann zB auch einfach nur Größenordnung bedeuten, zB ein Faktor 10, oder es kann auch speziell nur von Raumdimensionen die Rede sein.

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