Einstein: Physiker und Philosoph, Teil 13

 Einsteins Auffassung von der Realität

Teil 4: Orte und Impulse liefern Bahnen?

Ganz deutlich wird die unterschiedliche Realitätsauffassung in der Quantenmechanik QM.

Ein wichtiges Kriterium ist die Einfachheit:

Nach Einstein ist die beste Beschreibung der Welt auch die einfachste.

Beispielsweise ist die damals durchaus alle Beobachtungen beschreibende Epizykeltheorie der Planetenbewegung durch die einfacherer heliozentrische Theorie ersetzt worden.

Die QM macht nun wesentlich kompliziertere Annahmen als die klassische Mechanik. Deswegen hat Einstein die Entwicklung der QM immer kritisch betrachtet.

Zuerst versuchte er ihr innere Widersprüche nachzuweisen, er hielt die QM für falsch. Das gelang ihm nicht, später sah er die QM nur noch als unvollständig an.

Was fehlt ihr zur Vollständigkeit?

Klassische Beschreibung der Realität:

Jedes Objekt hat Ort und Geschwindigkeit im Sinne eines Besitzens, als eigene innere Eigenschaft. Ort und Geschwindigkeit eines Objektes sind real, deshalb gibt es auch die Bahnen längs denen sich die Objekte bewegen.

Quantenmechanische  Beschreibung der Realität:

Es gibt keinen Hinweis darauf, dass Objekte der QM  Ort und Geschwindigkeit als innere Eigenschaften besitzen. Es gibt nur mögliche Orte x und mögliche Geschwindigkeiten v. Die QM gibt nur Wahrscheinlichkeiten dafür an, dass aus bestimmten Möglichkeiten für x und v bestimmte Fakten werden, also bestimmte Werte für x und v gemessen werden.

Diese Wahrscheinlichkeiten sind das Höchstmaß an Information über x und v, die in der Natur vorliegen! Und mehr als vorliegt können wir nicht bestimmen.

Das führt zur Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation UBR: 

Ort und Geschwindigkeit (eigentlich der Impuls p = m*v) lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmen. Sie sind "unscharf", weil sie als Eigenschaften nicht einem Mikroobjekt innewohnen, sondern erst durch eine Messapparatur oder einen Beobachter existent und damit real werden.

Somit existieren auch die Bahnen von Objekten der QM nicht, denn eine Bahn ist eine Linie im sechsdimensionalen Phasenraum. Im Rahmen der QM macht es also keinen Sinn nach dem Weg zu fragen, auf dem ein Quant von A nach B kommt...ja noch nicht mal A und B als Anfangs- und Endpunkt existieren....

Es gibt viele moderne Antworten auf dieses 100 Jahre alte Problem. 1970 hat Zeh das Dekohärenzmodell entwickelt, dass sich seit 20 Jahren immer mehr durchsetzt.

Aber auch junge Menschen haben eigene Lösungsansätze...darüber werde ich sicher in einigen Monaten hier ausführlicher berichten können.

Aber was sagt nun Einstein dazu?

Mehr im nächsten Post...

Aus der Traum...

 Im September wird der Betrieb des einzigen fliegenden IR-Teleskops SOFIA endgültig eingestellt. Die NASA hat sich an die Vorgabe  der Academy of Sciences, Engineering and Medicine gehalten, die den wissenschaftlichen Output bei jährlichen Betriebskosten von  86 Millionen Dollar für nicht ausreichend hält.

20% der Betriebskosten sind von Deutschland über DLR und DSI (Deutsches SOFIA Institut) übernommen worden. Dafür durften deutsche Forschende 30 Flüge im Jahr gestalten.

Der Regelbetrieb begann 2014, zunächst waren nur 5 Jahre vorgesehen. Dann wurde 2019 für weitere drei Jahre verlängert. Und nun ist im September Schluss.

Insgesamt sind etwa 800 Forschungsflüge durchgeführt worden, die meisten von der NASA Basis im Palmdale, aber auch von Neuseeland und einige wenige von Deutschland aus.

Bei 0,25% aller Flüge war ich dabei. Das Einstellen des Programms wertet für mich diese Erinnerungen besonders auf.

Es gibt dazu einen eigenen Blog (übrigens mein erster...):

SOFIA Blog

https://sofia-sfn.blogspot.com/

Einen Dokumentarfilm, den man noch in der Mediathek des Offenen Kanals ansehen kann...

SOFIA - Film

https://www.mediathek-hessen.de/medienview_15355_Klaus-Peter-Haupt-OK-Kassel-SOFIA--Das-fliegende-IR-Teleskop.html

und letzte besondere Erinnerungen, die ich in meinem Blog "Erinnerungen" auf meiner Homepage www.natur-science-schule.info teile: "KP - warst Du im Weltall?"

Besondere Erinnerungen an SOFIA

https://www.natur-science-schule.info/post/kp-warst-du-im-weltall

Auch in diesen Blog hier habe ich viel über SOFIA gepostet. Man kann sich diese Posts über den Label "SOFIA" zusammenstellen.

Die Venus kommt immer näher...

 Ich hatte Glück. Am Morgen war fast der gesamte Himmel bedeckt, aber im  Osten war ein schmaler Streifen wolkenfrei.

Gegen 5.03 Uhr tauchte Venus über den Bäumen auf. Rechts sehen wir Mars.

Um 5.06 Uhr war schließlich auch Jupiter zu sehen.

Die beiden Aufnahmen sind mit 40 mm gemacht (0,8 sec, ISO 400, Blende 3,2), entsprechen also etwa dem Anblick mit freiem Auge.

Die dritte Aufnahme ist um 5.12 Uhr entstanden, mit leichtem Tele (80 mm, 0,6 sec, 400, 3,5).

Schwarzwaldhimmel

 Am Donnerstag um 22.15 Uhr habe ich unterhalb des Feldberges am Rand der Zufahrtsstraße den Himmel Richtung Osten fotografiert. Links der beiden Yed-Sterne, fast genau über Osten, da sollten morgens Venus und Jupiter auftauchen.

Ein doch recht leicht erreichbarer Beobachtungsstandort, zumindest ohne Sumpfgefahr...

Annäherung Venus an Jupiter

 Ich kann nun die Geschichte vom Abend  weiter erzählen. Nach kurzer Nachtruhe, vor 5.00 Uhr rappelte der Wecker und kurze Zeit später fuhr ich einen Feldweg auf einen Berg hoch, von dem aus ich hoffte, die vier Planeten Mars, Venus, Jupiter und Saturn zu sehen.

Schemenhaft tauchte Venus zwischen Bäumen auf. Querfeldein gehend, versuchte ich einen besseren Blick zu bekommen. Dabei übersah ich, die Sumpflandschaft, durch die ich ging...erst als ich mit dem Stiefel tief im Sumpf stecken blieb, merkte ich was...

Aber ich bekam Stiefel und Fuß frei und bald hatte ich auch einen halbwegs guten Blick:

Zumindest Jupiter und Venus konnte ich sehen und fotografieren.

Für die anderen beiden Planeten war es einmal schon ein bisschen zu hell und zum anderen ließen sich so schnell keine Holzfäller organisieren, die mir den Blick frei machten.

So entstanden gegen 5.25 Uhr die beiden Aufnahmen von Jupiter (links) und Venus (rechts). Die erste Aufnahme zeigt etwa den Anblick mit freiem Auge, bei der zweiten habe ich leicht herangezoomt.

Venus wird sich weiter dem Jupiter nähern (auch Jupiter läuft etwas auf Venus zu). Am Samstag werdne sie so dicht beieinander stehen, dass man sie kaum mit freiem Auge trennen kann.

Leider sind die Wetterprognosen für hier nicht gut...

Die nächtliche Bergbesteigung vorher, das Wassertreten am Morgen, dass macht Hunger...

Im kleinen Ort Altglashütten hatte um 6.00 Uhr neben der Kirche schon ein Bäcker geöffnet...

Wo ist Merkur?

 In Kassel kenne ich genau die Stellen, an denen Planeten wie Merkur oder Venus dicht über dem Horizont auftauchen.

Am Mittwoch bin ich vom Parkplatz in 1200 m Höhe auf den knapp 1500 m hohen Feldberg gestiegen.

Schon vom Vorgipfel aus 1400 m Höhe hat man einen Rundumblick bis fast auf den Horizont.

Also: Ideal, um abends den Merkur bei Beginn seiner Abendsichtbarkeit zu fotografieren.

Mit Kamera und Stativ ging es gegen 20.15 Uhr erneut nach oben....Schon vor 21.00 Uhr suchte ich den noch sehr hellen Horizont auf. Es war zwar total klar, aber im Westen, also über dem Rheintal stand Dunst und Nebel, der einige Grad nach oben ragte. Und auch der eigentliche Gipfel des Feldbergs war als leichte Erhebung im Weg.

Fotografieren war erschwert...es war zwar nicht sooo kalt (ca. 3°C), aber es kam sturmartiger Wind auf. Der bläst jede Wärme aus einem raus...

Trotz kurzer Belichtungszeit waren die Bilder wegen des Windes verwackelt. Ich stellte m ich in den schmalen Windschatten eines nahestehenden Sendeturmes und fotografierte von dort den gesamten Horizont ab...

Auf keinem Bild habe ich Merkur gesehen.

Gegen 21.30 Uhr stieg ich im immer stärker werdenden Sturm nach unten...

Besonders heiße Jupiter

 Aus Daten von  600 Stunden Beobachtungszeit mit dem Hubble Space Teleskop HST und 400 Stunden mit dem Spitzer Weltraumtelekop haben Forschende vom University College London 25  Exoplaneten der Sorte "Heiße Jupiter (Hot Jupiter)"  gefunden, von denen Bedeckungen durch ihren Stern beobachtet werden konnten  (2/3 von ihnen zeigte auch Transits, d.h. liefen vor dem Stern her).

Heiße Jupiter sind Exoplaneten der Masse etwa unseres Jupiters, die aber statt - 110°C eine Atmosphärentemperatur von über 600°C haben. Die Ursache ist ein sehr geringer Abstand von ihrem Stern (nur 0,05 AE statt 5 AE bei Jupiter, AE: Astronomische Einheit = Entfernung Erde-Sonne))

Bei Bedeckungen und Transits kann man über die Spektren Informationen über die Planetenatmosphären gewinnen.

Es zeigte sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Metalloxiden (TiO, VO) und Metallhydriden (FeH, H-) und einer besonders heißen oberen Schicht der Atmosphäre von über 2000°C.

Diese genannten Verbindungen sind bei den hohen Temperaturen noch stabil und können besonders gut die Strahlung des Sternes absorbieren. Dadurch heizen sie die oberen Schichten der Atmosphären direkt auf.

In besonders heißen Hot Jupiter Exoplaneten, in denen diese Verbindungen nicht vorkommen, wird auch keine besondere  Aufheizung der oberen Schichten beobachtet.

Ein vergleichbarer Aufheiz-Effekt tritt in der Erdatmosphäre durch die Ozonschicht auf.

Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung der Hot Jupiter...

credit: NASA/ESA/HST/Bartmann

Morgengruß aus dem Schwarzwald

 Heute morgen sollte die sehr schmale Mondsichel unterhalb der Venus dicht über dem Horizont zu sehen sein. Ich war gestern Abend in meiner Ferienwohnung im Schwarzwald angekommen. Es war bewölkt. Somit hatte ich nur eine grobe Orientierung zu den genauen Himmelsrichtungen. 

So entschloss ich mich um 4.30 Uhr auf den 10 km entfernten 1200 m hohen Feldberg zu fahren. Ich war noch nie dort, versuchte in der Nacht einen Standort mit freier Horizontsicht nach Osten zu finden...

Vergeblich...Als auch noch Nebel aufzog (der Himmel war eh bewölkt) gab ich auf und fuhr zurück.

Kurz nach Sonnenaufgang klarte es komplett auf...Nun wurde mir klar, dass ich von der Terrasse meiner Wohnung aus  den besten Blick bis fast zum Horizont herunter habe...allerdings stören einige Bäume...

In den nächsten Tagen hoffe ich so, wenigstens die Konjunktion Jupiter/Venus verfolgen zu können.

Am Tag der größten Annäherung (Samstag) soll es hier aber vormittags regnen.

Jetzt wartet aber ein sonniger Tag im Hochschwarzwald auf mich...Bilder dazu gibt es in meinen Instagram und Faecbook Kanälen.

Ein Hauch von Galaxie

 Ultra-diffuse Galaxien sind kaum wahrnehmbar, obwohl sie die Ausdehnung unserer Galaxis haben.

Sie zeigen keinerlei Sternentstehung mehr, haben sehr viele alte Sterne in Form von Kugelsternhaufen.

Ihre Massen sind gering, sie liegen bei einigen 100 Millionen Sonnenmassen.

Manche von ihnen zeigen Anzeichen von sehr wenig Dunkler Materie, andere scheinen große Mengen davon zu haben.

Es ist unbekannt, wieso diese Galaxien so sind, vielleicht haben sie in frühen Entwicklungsstadien ihre interstellare Materie durch Wechselwirkung mit anderen Galaxien vollständig verloren.

Die 4 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie GAMA 526784 gehört zu ihnen. Das Bild vom HubbleSpaceTeleskop wurde jetzt von der NASA veröffentlicht.

credit: NASA/ESA/HST

Einstein: Physiker und Philosoph, Teil 12

 Einsteins Auffassung von der Realität

Teil 3: Gibt es absoluten Raum und absolute Zeit?

Für Newton waren Raum und Zeit objektiv. Das hat auch Kant so gesehen: Raum und Zeit sind a priori, d.h. sie sind gegebene Formen unserer Anschauung, vor jeder Erfahrung.

Einstein hat in der SRT gezeigt, dass Raum und Zeit subjektiv sind, also vom Beobachter und dessen Bezugssystem BS abhängen.

Das soll jetzt etwas erläutert werden.

Die klassische Physik geht von einer für alle Beobachter gültigen absoluten Zeit aus. Wechselt man das BS, so bleibt das Symbol t, das die Zeit beschreibt, in allen BS gleich, in allen Gleichungen bleibt t als t stehen. Diese Annahme geht auf Newton zurück:

"Die Zeit ist absolut und von ihrem Wesen her gleichmäßig, sie fließt ohne Beziehung zu etwas äußerem."

Einstein dagegen definiert Zeit als etwas relatives, durch eine Messvorschrift, bei der er Uhren miteinander vergleicht: "Zeit ist das, was eine Uhr misst.".

Die Synchronisation dieser Uhren und der Vergleich der jeweiligen Zeigerstellungen kann nur mit Lichtsignalen geschehen, die sich mit endlicher, aber in allen BS gleichen, Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

Dadurch sieht ein ruhender Beobachter an einer relativ zu ihm bewegten Uhr einen langsameren Zeitablauf, es muss ja auch die Lichtlaufzeit berücksichtigt werden.

Das ist die Zeitdilatation, die man durchaus auf die besondere Messvorschrift zurückführen könnte.

Einstein aber geht einen wesentlichen Schritt weiter: Für ihn ist das Messergebnis der Ausdruck einer realen Veränderung des Zeitablaufs im bewegten BS.. Die als langsamer ablaufende beobachtete Zeigerbewegung der bewegten Uhr identifiziert er mit einem Element der Realität, nämlich der Zeit im bewegten BS.

Scheinbare Paradoxien, die dadurch entstehen, wie das Uhren- oder Zwillingsparadoxon, lassen sich inzwischen aber mit sorgfältiger Analyse der BS leicht auflösen.

Aus einer Gleichung, die etwas über die Zeitmessungen  in bewegten BS aussagt, folgert Einstein also auf das physikalische Verhalten der Uhren und damit der Zeit. Er macht aus einer Theorie der Messung eine Theorie des Seins.

Die Zeitdilatation findet auch ohne Messung statt, sie ist für Einstein ein Ausdruck eines Elementes der Realität.

Die Gleichung für die Zeitdilatation war schon vor Einstein bekannt. Sie wurde aber nur als Rechentrick ohne physikalische Bedeutung angesehen. Erst Einstein stellte den Bezug zur Realität her.

Inzwischen kann man die Zeitdilatation an bewegten Uhren direkt ablesen, usnere Navigationssysteme beruhen auf ihrer realen Existenz.

Ob aber schnell bewegte Lebewesen wirklich langsamer altern, wird sich vermutlich immer unserer Überprüfung entziehen.

Für die aus dem Kosmos kommenden Elementarteilchen Myonen gilt dies aber...

wird fortgesetzt...

Die Beobachtung von Starburst Galaxien

 Im frühen Universum war die Sternentstehungsrate in Galaxien sehr hoch, dann ist sie schnell auf ein niedriges aber konstantes Maß gesunken.

Alte Galaxien, also solche, die ihre Gasanteile verloren oder aufgebraucht haben, können keine neuen Sterne mehr bilden.

Die Graphik (NASA/DSI/DLR) zeigt eint typisches Spektrum einer Galaxie mit intensiver Sternbildung (weiße Linie). Zusätzlich ist die Lage vieler wichtiger Emissionslinien u.a. von Wasserstoff und organischen Molekülen eingezeichnet.

Darunter sieht man die Wellenlängenbereiche, die vom fliegenden IR-Teleskop SOFIA, dem JWST und ALMA abgedeckt werden können.

Ganz unten sehen wir die Durchlässigkeit der Erdatmosphäre, einmal für SOFIA in 14 km Höhe und dann für ALMA in 5,1 km Höhe. In fast allen Bereichen kann SOFIA besser aus der Erdatmosphäre hinaussehen.

Freitags-Vorträge

 In den letzten Monaten haben wir jeden Freitag einen Vortrag gestreamt, immer live, manchmal sogar mit Beobachtungen. Nur Heiligabend und Silvester haben wir vorher aufgezeichnet.

Ich habe mal die Themen von Oktober bis April zusammengestellt.

Alle Streams hat Mark in einer Playlist zusammengestellt:

https://www.youtube.com/playlist?list=PLJWxm2yBpirgbNv_EqMwpXTg1fzTnwMT1

Playlist Freitagsstreams

Dort sind sogar noch frühere Live-Streams mit Beobachtungen eingestellt.

Hier nun die Übersicht:

1.10.: Jupiter,  Mark

8.10. Eine zweite Dunkle Energie,  KP (10500)

15.10. Leben in einem Eismond, Mark

22.10. Mini-Urknall in Genf ,  KP  (5250)

29.10. Ein Teleskop mit 85 Mrd. km Brennweite , Mark

5.11. Bekommt Jupiter bald einen fünften hellen Mond?, KP

12.11.  Warum wandert die Sonne eine „8“ am Himmel ab?,  Mark

19.11. Sterne helfen beim Zähneputzen, KP

26.11.: Was sind Messierobjekte und wie beobachtet man sie?, Mark

3.12. Astrovorschau für Dezember, KP

10.12. Das Ende Der Raumfahrt?, Tereza, Lisa

17.12. Wie Aliens Weihnachten feiern, KP

24.12. Gedanken zum Kosmos am Heiligabend, Mark, KP, Tereza, Johannes, Jason, Ilian

31.12. Philosophische Gedanken: Die Zeit vor der Zeit, Mark, KP, Tereza, Johannes, Jason  (1600)

7.1.: Alkohol im All: Wie und wieviel?, KP

14.1. Teleskop zu Weihnachten bekommen? So benutzt Du es,  Mark

21.1. Über ein Lichtecho an die Grenzen des Kosmos,  KP

28.1. Forscher gefragt: Was macht Infrarotastronomie interessant? Mark und KP im Gespräch mit den Wissenschaftlern  Giesen, Fuchs, Fricke und Krabbe

4.2. Enceladus doch ohne Ozean und andere News,  KP

11.2. Myonen und ein neues Netzwerk, KP im Gespräch mit David, Jannis, Eva und Max

18.2. Die (korrigierte) Geschichte der Astronomie,  Mark im Gespräch mit Dr. Gaulke, P.Leich, T.Christie

25.2. Was ist ein Planet, Mark

4.3. Vom Frühlingspunkt und dem Unsinn der Astrologie,   KP

11.3. Wie der Mond uns am Leben erhält,  Lisa, Tereza

18.3. Astronomie muss in die Schulen,  KP im Gespräch mit Mark, Jason und Tereza

25.3. Die Probleme der Kosmologie KP, (1500)

1.4. Neues vom James Webb Teleskop, mit Aprilscherz , KP und Mark

 Einige Streams wurden besonders oft angeklickt (>1000), diese Zahlen habe ich in Klammern angegeben.

Blick in die Vergangenheit unserer Milchstraße

 Am 23.3. ist in Nature eine Arbeit von Xiang und Rix erschienen, die uns eine bessere Rekonstruktion der Entwicklung unserer Milchstraße ermöglicht.

Sie haben das Alter von 250 000 Unterriesen anhand ihrer Photosphärentemperatur bestimmt, den Ort und die chemische Zusammensetzung.

800 Millionen Jahre nach dem Urknall entwickelte sich eine Vorgängerin unserer Galaxis durch die Verschmelzung vieler kleiner Galaxien, die dabei auch durch nichtsymmetrischen Einfang die Rotation erzeugten.

Dadurch bildete sich eine Scheibe aus, die wir heute noch als 6000 Lichtjahre dicke äußere Sternenscheibe wahrnehmen können.

Das Gas in dieser Scheibe wurde ständig durchmischt, deshalb haben alle zur gleichen Zeit entstandenen Sterne die gleiche chemische Zusammensetzung. Das ist eher unerwartete, denn normalerweise sammeln sich schere Elemente weiter innen an.

Durch weitere Verschmelzungen mit Galaxien bildete sich das Halo der Galaxis. 

Nachdem sich der Wasserstoff der dicken Scheibe fast vollständig in Sterne umgewandelt hat, beschränkte sich die Sternbildung auf eine dünnere, nur 2000 Lichtjahre dicke innere Scheibe, die durch später einfließendes Gas gebildet wurde.

Dieser ganze Prozess hörte etwa vor 5 Milliarden Jahren auf, die Struktur unserer Galaxis war fertig.

Das Bild stammt aus einer anderen Arbeit (ESA/GAIA/DPAC). Es zeigt oben die Helligkeitsverteilung und die Farben der Milchstraße, in der Mitte die Sterndichte und unten die Verteilung des Staubes.

Eine Balkenspirale im Haar der Berenice

 Die Aufnahme der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Balkenspirale M 91 ist vom Hubble Space Teleskop HST am 22.2.2022 gemacht  und vor wenigen Tagen veröffentlicht worden.

M 91 hat eine Ausdehnung von 170 000 Lichtjahren und enthält ein supermassives Schwarzes Loch mit einer Masse zwischen 10 und 40 Millionen Sonnenmassen im Zentrum.

Die Masse der Galaxie liegt bei 100 Milliarden Sonnenmassen.

Jubiläumsfeier 50 Jahre AAK

 50 Jahre  und 4 Monate nach der Gründung

Aktualisiertes  Programm für Sa, 16. Juli 2022:

11.30 Uhr Treffen Schulhof der ASS, Besichtigung SFN und Sternwarte auf dem SFN

13.00 Uhr Kleiner Mittagsimbiss auf der Dachterrasse

13.30 Uhr Mitgliederversammlung: Vorstandswahlen, Kassenprüfer

14.30 Uhr Abfahrt zur Sternwarte Calden 

15.00 Uhr Lost Place in Calden

15.45  Uhr Rückfahrt nach Kassel 

16.15 Uhr Stopp am Hermann-Schafft-Haus

17.00 Uhr Besichtigung Future Space

18.00 Uhr Astronomievortrag, wird auch gestreamt: Den Vortrag werde ich selbst halten, vermutliches Thema: Warum sind Gravitationswellen und Lichtwellen gleich schnell?

19.30 Uhr Bilder von früher (im FutureSapce)

20.00 Uhr Besuch eines Lokals in der Innenstadt, gemeinsames Abendessen

22.00 Uhr Sternwarte auf dem SFN (bei schönem Wetter)

Wer schon am Freitagabend in Kassel eintrifft: Ab 20.00 Uhr kann man in die Sternwarte auf dem SFN kommen.

Wer noch am Sonntag in Kassel ist: Man könnte ja eine Vorführung im Planetarium besuchen

Einstein: Physiker und Philosoph, Teil11

 Einsteins Auffassung von der Realität

Teil 2: Ist die Raumkrümmung real?

In der ART ist die Krümmung der Raum-Zeit eine Eigenschaft der innewohnenden (intrinsischen) Geometrie. In unserer Vorstellung (d.h. in unserer Wirklichkeit) sehen wir eine Krümmung immer nur bei einer Einbettung in eine höhere Dimension: Eine Kugeloberfläche erscheint uns aus dem Raum heraus (der dritten Dimension) als gekrümmt. Wir stellen uns deshalb vor, dass man eine Krümmung nur aus diesen höheren Dimensionen aus feststellen kann.

Das stimmt nicht. Mit dem Riemanschen Krümmungstensor beschreibt Einstein die Krümmung als innere Eigenschaft des Raumes:

Man denke sich eine kleine "Schleife"  um einen Raumpunkt herum. Wenn man nun einen  Vektor (Pfeil) längs dieser Schleife so verschiebt, dass er seine Richtung relativ zur Schleife nicht verändert, dann kommt er gedreht wieder am Ausgangspunkt an, aber nur wenn innerhalb der Schleife der Raum "gekrümmt" ist. Die Animation aus wikipedia veranschaulicht das.

Das kann man auch sehr schön mit einem Bleistift auf einem Globus nachmachen:

Er muss immer so längs von Breiten-und Längenkreis verschoben werden, dass er zu sich parallel bleibt.

Geht man bei A tangential vom Äquator los, dann muss man diese Richtung ab B beibehalten, das wäre dann aber senkrecht zum Längenkreis. Am Nordpol N geht das in ein Parallelsein zum anderen Längenkreis über,  angekommen bei A, hat der Pfeil seine Richtung geändert, eben wegen der Krümmung der Erde.

                                                                      Wikipedia common

Auf diese Art kann man aber die Krümmung einer Linie (eindimensionales Gebilde) nicht aus dem Inneren heraus beschreiben, denn auf einer Linie kann man keine Schleife aufbauen ohne die Linie zu verlassen.

Die Raumkrümmung ist also eine reale Eigenschaft der inneren Struktur des Raumes, die wir in unserer Wirklichkeit als Phänomen einer Einbettung in höhere Dimensionen interpretieren. Das ist eben menschengemacht.

Und auch der Spruch: In der Nähe großer Massen kannst Du durch die Raumkrümmung Deinen Arsch von vorne sehen, aber ganz schön gequetscht...

Einstein fordert aber, dass eine Beschreibung der Realität objektiv ist, also nicht vom Beobachter und seinem Bezugssystem bestimmt ist.

wird fortgesetzt...

Engelsflügel

 Wenn die Verschmelzung zweier Galaxien sehr symmetrisch abläuft, dann können solche Bilder entstehen: galaktische Flügel....

Das System VV689 besteht aus zwei miteinander kollidierenden Galaxien. Die Aufnahme ist eine Überlagerung einer IR-, einer UV-  und einer optischen Aufnahme.

credit: ESA/HST/NASA/Keel

Sonnenfinsternis der besonderen Art

 Am 2.April ist vom Standort des Perseverance Rovers im Krater Jezero der Marsmond Phobos vor der Sonne vorbeigezogen...eine seltsame Sonnenfinsternis:  ein Gesteinsbrocken wandert vor der Sonne her....

Die MastCam-Z Kamera ist mit einem Sonnenfilter ausgestattet. Deswegen konnte sie das Ereignis filmen.

Da die Umlaufszeit des Phobos nur knapp 8 Stunden dauert, ist die SoFi auf dem Mars nach 30 Sekunden vorbei...

Phobos läuft auch nur etwa 6000 km über der Marsoberfläche her, deswegen kann man seine unregelmäßige Form trotz der geringen Größe von etwa 11 km sehr schön erkennen.

Das ist nicht die erste Phobos-Mars-SoFi, aber die mit der besten Fotografie/Video.

Ein Galaxien-Meeting, mitten im Nichts...

 Das HubbleSpaceTeleskop HST hat dieses Bild von 5 Galaxien gemacht, die so nahe zusammenstehen, dass sie sich in etwa 1 Milliarden Jahren treffen. Schon jetzt ist das Gebiet um "Hickson Compact Group 40"  nur unwesentlich größer als unsere Galaxis. Dort aber stehen 3 Spiralgalaxien, eine elliptische und eine linsenförmige Galaxie.

Wie Radiountersuchungen zeigen, haben alle Galaxien supermassive Schwarze Löcher in den Zentren.

Diese Galaxienansammlung steht nicht im Zentrum eines Galaxienhaufens, da wäre es eher so zu erwarten.

Wieso sich diese fünf Galaxien so nahe gekommen sind, kann man nur erahnen. Sind sie von riesigen Mengen Dunkler Materie umgeben?

credit: NASA/HST

Breaking News: Erstmalig Mikro-Nova beobachtet

 Embargo bis 20.4., 17.00 Uhr

Heute erscheint in Nature eine Arbeit einer Gruppe um Simone Scarings, Durham University.

Erstmals wurde eine Mikro-Nova beobachtet.

Novae und Mikro-Novae sind beides Explosionen an der Oberfläche von Weißen Zwergen, bei denen Wasserstoff zu Helium verschmilzt.

Das geht nur in einem engen Doppelsternsystem. Der erdgroße Weiße Zwerg zieht von einem nahen Begleiter (Riesenstern) Materie ab, die mit hoher Geschwindigkeit auf ihn herunterfällt und dabei so extrem erhitzt wird, dass Wasserstofffusion einsetzen kann.

Bei einer Nova passiert dies an der ganzen Oberfläche des Weißen Zwerges, der dadurch für Wochen extrem hell leuchtet.

Zu einem Mikro-Nova-Ausbruch kommt es, wenn starke Magnetfelder die einfallenden Plasmen vom Riesnestern an die Pole des Weißen Zwerges lenken.

Dann kann auch  nur lokal an den Polen Wasserstofffusion einsetzen, die wir nur für wenige Stunden beobachten können, wenn durch die Rotation einer der Pole Richtung Erde zeigt (fast so wie bei einem Pulsar).

Da die Energiefreisetzung nur im eng begrenzten polaren Bereich stattfindet, ist die Energieausbeute bei einer Mikro-Nova nur ein Millionstel der einer Nova. Trotzdem sind es 20 Trillionen kg Wasserstoff, die hier an der Fusionsreaktion beteiligt sind.

Entdeckt wurden Mikro-Noave als Lichtblitze bei der Suche nach Exoplaneten. Mit dem VLT in Chile konnte jetzt durch Spektren die Ursache für dieses stundenweise Aufleuchten gefunden werden.

Übrigens: Eine Supernova ist keine super Nova...Bei einer Supernova explodiert ein ganzer Stern, auch das kann ein Weißer Zwerg sein...aber der ist anschließend weg...

Bild 1: Künstlerische Darstellung einer Mikro-Nova

Bild 2: Künstlerische Darstellung der Explosion an einem Pol

Video: Künstlerische Darstellung des gesamten Ablaufs, der zur Helligkeitssteigerung führt

credit: ESO/Kornmesser/Calcada/Garlich

Abendstimmung am See der Träume

 vielleicht irgendwann mal ein beliebter Ort zum Entspannen vom hektischen Leben auf der Erde?

Um 1.20 Uhr in der  Nacht zum Mittwoch tauchte der Mond im SO über den Häusern auf, nicht all zu hell, stark gefärbt..

MINT Sommer Camp in Nordhessen

In den ersten beiden Wochen der Sommerferien findet das MINT Sommercamp statt. 

Wir haben Kapazität von 70 bis 80 Jugendlichen ab 12 Jahre.

Am 1.8. besucht die  Hessische Ministerin für Digitale Strategie und Entwicklung, Prof. Dr. Kristina Sinemus, das Camp in Kassel.

Ich hoffe, dass es uns gemeinsam gelingt, viele junge Menschen in das Camp zu bringen. Aus dem Camp im letzten Jahr sind immerhin 3 Landessieger - Teams bei JuFo/SchüEx hervorgegangen, 

Wichtig in solch einem Camp ist die persönliche Begegnung, die individuelle Förderung und Zuwendung, aus der dann eine Bindung und letztlich tolle Teams entstehen.

Corona hat nicht mehr so eine einschränkende Wirkung, aber das sollte nicht  die Bedeutung solcher Camps schmälern.

Uns ist es auch gelungen, eine neue Kooperation "MINT-Sommercamps Hessen" ins Leben zu rufen.  In Fulda, Marburg, Gelnhausen, Darmstadt, Bergstraße und Heppenheim finden weitere Camps statt.

Zur Zeit planen wir gemeinsame Aktionen (im Online-Vernetzen sind wir ja inzwischen geübt), eventuell wird es auch ein Hessen-Finale zum Quiz "Wer weiß denn sowas?" geben.

Die Idee der MINT Sommercamps in Hessen hat sich fast schon verselbstständigt, im kommenden Jahr wird auch das Senckenberg-Museum für Frankfurt dabei sein.

Mit  Vertretern von Jugend forscht erkunden wir die Möglichkeit diese Sommer-Camp-Idee auf ganz Deutschland auszubreiten.

Im Kasseler Camp haben wir 50 Workshop-Angebote im Camp, 22 Teamer stehen bereit! Die Veranstaltungen sind sowohl im SFN als auch im FutureSpace.

Und die legendäre Nachtwanderung auf dem Dörnberg ist auch wieder geplant.

Aus dem ausführlichen Programmangebot (erscheint im Juni):

Startveranstaltung am Montag, 25.7.:

Wir öffnen das SFN um 13 Uhr.

Die Startveranstaltung ist nur im SFN.

Um spätestens 14.00 Uhr startet dann unser Programm mit der Einwahl und Vorbesprechung.

Man kann sich dann endgültig  in mehreren Gruppen einwählen und dann den Umfang und die Zeiten mit den Teamleitern vereinbaren.

Wir, insgesamt  22 (ehemalige)  Lehrer, Studenten, Schüler/innen, freuen uns mit euch unvergessliche gemeinsame Tage verbringen zu dürfen!

 

Wir kooperieren mit 6 anderen Camps in Marburg, Fulda, Gelnhausen, Darmstadt, Bergstraße und Heppenheim, werden vielleicht auch gemeinsame Konferenzen anbieten. Vielleicht gibt es auch ein hessenweites Finale zum Quiz!

 

Philipp, Mark, Moritz, Leon, Leo,  Luna,  Rico, Joschi, KP, Till,  Manfred, Luca, Jonah, Jannik, Heike, Wilfried, Justin, Jonas, Max, Guido, Carina, Charly

Mitmachen - Weitergeben -Dabei sein... 

Anmelden unter: anmeldung@futurespace.org

Die Nacht bricht im Meer der Gefahren ein...

 Meer der Gefahren wird das Mare Crisium im Deutschen auch genannt. Die Aufnahme mit 600 mm Tele und Nachvergrößerung entstand in der Nacht vom Montag auf Dienstag um 1.00 Uhr.

Die Hälfte des rund 560 km großen Lavabeckens liegt jetzt hinter der Schattengrenze.

Vom Krater Petavius sind man nur noch die Ost-Wand in der Abendsonne, beim Rheita-Tal ist später Nachmittag...

Blick über den Rammelsberg an den Nordhimmel

 Bevor der Mond aufgeht und den Himmel noch mehr aufhellt, habe ich einmal den Nordhimmel mit etwa 13 sec Belichtung, ISO 400 um 22.10 Uhr fotografiert.

Außerhalb des Bildes, links oben steht Capella im Fuhrmann und rechts oberhalb von Deneb war Venus zu sehen.

h+chi ist ein Doppelsternhaufen.

Die Kamera stand auf der Fensterbank in meinem Schlafzimmer.

Die Suche nach Jupiter und der aufgespießte Mond, Teil 2

 Nun, warum habe ich die Venus noch nicht gesehen? Sie ist zwar Morgenstern, aber steht recht dicht an der Sonne, nicht sonderlich viel höher, d.h. sie geht erst knapp vor der Sonne auf.

Um 5.30 Uhr war es noch dunkel genug für die beiden Planeten Mars und Saturn.

Alle drei stehen leicht unterhalb der Jahresbahn der Sonne, der Ekliptik.

Nur Jupiter war nicht zu sehen, ich war mir sicher, dass er von der Hauswand am linken Bild bedeckt wurde.

Also warten...aber es wird auch immer heller...

Doch um 6.02 Uhr konnte ich Venus mit Jupiter fotografieren.

Die beiden Planeten wandern in den nächsten Tagen aufeinander zu: Jupiter geht immer früher auf, wandert von der Sonne weg und Venus nähert sich der Sonne. Jupiter ist schneller, deshalb treffen sich beide Planeten fast da, wo jetzt Venus steht. Für mich also gut zu beobachten.

Am 30.4. und 1.5. werden die beiden Planeten in der Morgendämmerung so dicht aneinander vorbeilaufen, dass man sie mit freiem Auge nicht mehr gut trennen kann.

Die Suche nach Jupiter und der aufgespießte Mond, Teil 1

 Es war ein wolkenfreier Morgen am Ostermontag angekündigt...also Wecker um 5.15 Uhr gestellt..

Vier Planeten sollten in einer Reihe am Himmel stehen...

Auf den Balkon...keine Venus zu sehen...

Also erst einmal den Mond fotografieren...Er stand im SW kurz vor dem Untergang.

Die Luft war ruhiger als beim Mondaufgang am Abend...man kann durch Vergleich der beiden Bilder (letzter Post), immerhin 8 Stunden Abstand, deutlich erkennen, wie die Schattengrenze weiter ins Mare Crisium gewandert ist. Die Aufnahme entstand um 5.40 Uhr.

Die Gelegenheit war günstig...5 Minuten später stand der Mond genau über der Spitze des Turms der Christuskirche.

Der Stern neben dem Mond ist der 46 Lichtjahre entfernte Zubenelgenubi im Sternbild Waage, ein alter Bekannter aus früheren Posts...

Blick über Harleshausen auf den aufgehenden Mond

 Von der Rasenallee aus kann man gut über Kassel sehen. Hier habe ich um 21.50 Uhr den aufgehenden Mond unterhalb des Sternbildes Jungfrau aufgenommen.

Am welligen Mondrand bei der Teleaufnahme merkt man die große Luftunruhe. Aber man erkennt, dass einem Tag nach Vollmond die Schattengrenze sich dem Mare Crisium nähert.

Es kommt was auf uns zu...

 Auf der Rückseite der Sonne hat sich ein hochaktives Gebiet entwickelt, das nun am Sonnenrand aufgetaucht ist und schon heute morgen ein Flare erzeugt hat, dessen Röntgenstrahlung schon zu einem Radio-Blackout in manchen Teilen der Erde geführt hat.

Dieses Flare sieht man hier in einem Kurzvideo des SDO-Observatoriums.

Das zweite Bild zeigt die Sonne im weißen Licht, die zum Aktivitätsgebiet gehörende Fleckengruppe ist oben links am Rand zu sehen.

Bild 3 zeigt die Sonne ebenfalls heute morgen bei 28,4 nm Wellenlänge (Extremer UV-Bereich). Hier erkennt man auch die Strahlung aus 2 Millionen Kelvin heißen Gebieten der Korona.

Und zum Schluss ein Zeitraffervideo der Sonnenaktivität der letzten Wochen...

Da ist ganz schön was los...

Der Ostervollmond geht auf

Ostern ist nach dem ersten Vollmond nach Frühlingsanfang

das war ganz knapp heute um 20.55 Uhr! 

Bild 1: Um 20.23 Uhr kommt der Vollmond gerade aus dem Horizontdunst hervor. Der obere Rand des Erdschattens und das rötliche Leuchten durch das noch durch die Atmosphäre kommende Sonnenlicht sind gut zu sehen.

Bild 2: Aufnahme um 20.24 Uhr

Bild 3: Der Mond ist nun über dem Dunst, die Aufnahme um 20.51 Uhr ist fast zum Zeitpunkt des Vollmondes gemacht. Schön sieht man die Kraterwände von Aristarchus als hellste Stelle und den Boden von Grimaldi als dunkelste Stelle des Mondes.

Einstein: Physiker und Philosoph, Teil 10

Einsteins Auffassung von der Realität

Teil 1: Wirklichkeit und Realität

Man kann bei Einstein keine Definition von dem finden, was man Realität nennt. 

Er spricht immer von Wirklichkeit, meint damit aber die Realität.

Was ist der Unterschied: Die Wirklichkeit ist das Bild der Welt, was uns unser Gehirn als wirklich konstruiert. Es ist auf Grund der Sinneseindrücke, der gelernten und ererbten Vorstellungen ein konstruiertes Bild der Welt, das uns das Handeln, Entscheiden und die Orientierung ermöglicht.

Die Wirklichkeit gibt es nur in unseren Köpfen. Jedes Lebewesen hat eine eigene Wirklichkeit.

Dem steht die Realität gegenüber, das, was objektiv unabhängig von unserer Wahrnehmung da ist. Ob es die Realität gibt und wie sie "aussieht", entzieht sich unseren Kenntnissen.

Schon Einstein hat diesen Unterschied klar erkannt:

Für ihn ist die Welt objektiv, d.h. sie existiert unabhängig vom (menschlichen) Beobachter. Wir Menschen erfahren diese Welt durch unsere Sinneseindrücke nur indirekt. Unsere physikalische Theorien müssen diesen Wahrnehmungen immer wieder angepasst werden.

Einstein unterscheidet klar zwischen einer real existierenden "Außenwelt", deren Wahrnehmung durch einen Beobachter und unseren Begriffen zu diesen Wahrnehmungen.

Er ist Gegner der Ansicht, dass physikalische Theorien die Realität kopieren. 

Das wird an einem einfachen Beispiel deutlich:

Mathematiker können über verschiedene Axiomensysteme verschiedene Geometrien aufbauen. Erst wenn sich das Vorliegen einer dieser Geometrien durch Beobachtung bestätigt hat, ist ein Kontakt zur Realität, eher eine Wirklichkeit,  hergestellt. Diese Beschreibung muss dann objektiv, d.h. vom Menschen unabhängig sein.

Warum drücke ich mich so vorsichtig aus?

In der Nähe großer Massen liegt eine nichteuklidische Geometrie vor. Aber was steckt real dahinter? Eine echte Krümmung des Raumes in eine höhere Dimension oder einfach eine Änderung der Metrik, d.h. einer inneren Struktur des Raumes? Die Wirklichkeit erweist sich als nichteuklidisch, aber was in der Realität dahinter steckt, bleibt offen: eine innere mathematische Struktur oder eine Einbettung in höhere Dimensionen?

Spannender ist die letzte Interpretation: Und so reden alle von der Raumkrümmung in der Nähe von Massen.

Einstein selbst hat diese einseitige Interpretation kritisiert und abgelehnt, auch wenn er sie selbst in Gesprächen mit Journalisten verwendet hat.

wird fortgesetzt...

Bild: Einstein schreibt den Krümmungstensor an die Tafel

Ein Blick auf die Rückseite der Sonne: Da kommt was auf uns zu

 Über die Wellenlängenänderungen (Dopplereffekt) kann man Vertikalbewegungen und Schwingungen der Sonnenphotosphäre registrieren.

Das ist so, als würde man Sonnenbeben messen, so wie Erdbeben auf der Erde. Man spricht auch von Helioseismologie.

Seit etwa 12 Jahren gibt es ein neues Verfahren, das verbesserte Darstellungen, fast wie Bilder ermöglicht:

Es ist die Zeit-Abstands-Helioseismologie.

Man bestimmt die Laufzeiten seismischer Wellen auf der Sonne. Laufen sie auf der Rückseite durch aktive Gebiete, so treten zeitliche Verzögerungen ein. Registriert man die Phasen der auf der Vorderseite ankommenden Wellen, so kann man "Bilder" der Aktivitätsgebiete auf der Rückseite der Sonne konstruieren.

Am 14.4. kam ein Aktivitätsgebiet (schwarze Fläche) an den Sonnenrand und erzeugte einen koronalen Massenauswurf (CME), der für verstärkte geomagnetische Aktivitäten auf der Erde sorgen wird.

Im Bild (Standford University)sieht man dieses Aktivitätsgebiet als schwarzen Fleck auf der Sonnenrückseite (links, rechts die Magnetfeldstrukturen auf der Vorderseite), in dem ersten Video, wie es "nach vorne" kommt und anwächst und dann im zweiten Video (SDO/NASA) den Massenauswurf hinter dem Sonnenrand.

46 Stunden vor dem Ostervollmond...

 ...taucht der Krater Grimaldi auf. Sein Boden ist die dunkelste Stelle des Mondes. Heute ist das wenig ausgeprägt, da der Kraterboden noch im Schatten liegt.

Aufnahmen um 23.17 Uhr, 600 mm Tele, nachvergrößert

Schwarze Löcher lauern überall...

 ...auch in alten Datensätzen...

Bei der erneuten Durchmusterung alter Daten vom Hubble Space Teleskop und anderen bodengebundenen Observatorien wurde anhand des Spektrums ein Objekt identifiziert, das mit hoher Sicherheit ein Schwarzes Loch (SL) auf seinem Weg zu einem supermassiven Schwarzen Loch ist.

Die Wirtsgalaxie sehen wir etwa 750 Millionen Jahre nach dem Urknall. Zu dieser Zeit haben sich frühe Galaxien gebildet, mit hohen Sternentstehungsraten. In den Zentren gibt es die ersten SL, die durch Aufsammeln weiterer Materie schnell wachsen.

Das Objekt mit dem Namen GNz7q steht am Übergang von einer Starburst-Galaxie zu einem Quasar. Das SL ist von dichten Staubwolken einer Akkretionsscheibe umgeben. Das Spektrum passt sehr gut zu den Modellrechnungen für das frühe Universum.

Damit ist es gelungen, das am weitesten entfernt stehende SL nachzuweisen.

Bild 1: Bild von GNz7q (roter Lichtpunkt rechts)

Bild 2: Künstlerische Darstellung

Video: ZOOM-In Video mit Start beim Großen Wagen

credit: NASA/ESA