Science Fiction - Wissenschaft & Theorie in Filmen

[Gast]

Vor allem das Genre Science-Fiction bildet die Grundlage für wissenschaftliche Ankerpunkte in Filmen, die natürlich nicht alleine nur in diesem Genre zu finden sein muss. Immer wieder gibt es Filme mit vielen fantastischen Begriffen, Theorien und jeder Menge Fragen. Ob DIE ZEITMASCHINE, STAR TREK, ZURÜCK IN DIE ZUKUNFT oder ein Film wie INTERSTELLAR - es gibt einiges zu bereden. 

 

Und schon sind wir bei unserer ersten Frage und Physiker jedes Faches sind gerne dazu eingeladen, sich hier auszubreiten. Ebenso aber auch jeder andere, der Fragen oder eigene Thesen hat, denn das ist das wunderbare an diesem Genre, bei dem Träumen ausdrücklich erlaubt ist.

 

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Und schon haben wir eine erste Frage, die im Zusammenhang mit INTERSTELLAR aufgekommen ist: 

 

Was ist Quantenmechanik? 

 

Vorweg: Ich bin kein Experte (weshalb das alles nur Halbwissen ist), aber ich versuche es trotzdem mal (man möge mich dringend berichtigen, wenn ich daneben liege!):

 

Unter der Quantenmechanik versteht man einen theoretischen Rahmen, der zum Verständnis der Eigenschaften des Universums im Mikrobereich dienen soll. Also im Bereich von Atomen und darunter. Es werden also kleinste Teilchen untersucht und damit letztendlich vor allem auch Materie. Es wird also untersucht, warum Teilchen im atomaren oder subatomaren Bereich überhaupt tun, was sie tun. Beispielsweise wie sich ein Atomkern oder seine umfliegenden Teilchen verhalten.

 

Zwei Dinge gibt, die bei der Quantenmechanik so erstaunlich sich:

1. Es scheint, als wenn im Mikrobereich unseres Universums vollkommen andere Gesetze vorherrschen, als wir es bisher mit unserer gängigen Naturwissenschaft für möglich gehalten haben (ok, ist auch schon über 100 Jahre her). Alles scheint dort anders, verwirrend und nicht klar greifbar. Beispielsweise auch das eigentlich leicht nachzuvollziehende Prinzip von Ursache und Wirkung, das hier nicht zu gelten scheint. So umfasst die Quantenmechanik vor allem auch das Prinzip der Wahrscheinlichkeiten, denn es kann teilweise nicht vorherbestimmt werden, wo ein Teilchen als nächstes erscheint, sondern nur die Wahrscheinlichkeit dafür. Dennoch gehen die meisten Formeln mit diesen Wahrscheinlichkeiten auf, ohne das man aber genau weiß, woran das im subatomaren Bereich liegen würde. Die normalen Naturgesetze scheinen nicht zu gelten und es war von Anfang an problematisch, die Worte der bisherigen Naturvorgänge auch hier zu verwenden.

Man stelle sich ein Glas mit Eiswürfeln vor. Das Eis ist Materie, das Glas ist Materie und plötzlich geht das Eis durch das Glas hindurch. Normalerweise nicht möglich. Im subatomaren Alltag aber schon und damit ein ordentlicher Schock für die bisherige Sicht auf die Welt.

 

2. Man kann ziemlich gut die Quantenmechanik im Gegensatz zur Relativitätstheorie anschauen, denn diese schaut nicht auf den kleinsten Bereich, sondern auf den großen, dort wo es große Massen und hohe Geschwindigkeiten gibt. So wissen wir seit Einstein, dass Raum und Zeit zusammengehören. Eine große Masse krümmt den Raum so, dass davon auch die Zeit beeinflusst wird. Die Erde selbst bildet eine Masse, die den Raum krümmt. Daraus entsteht die Gravitation. Wenn wir einen Apfel loslassen, fällt er also eigentlich nicht runter, sondern wird von der Masse angezogen. Die Gravitation ist auf der Erde eine andere als beispielsweise neben einem schwarzen Loch, weshalb die Zeit an beiden Orten unterschiedlich schnell verläuft. Aber das muss gar nicht auf Orte bedingt sein, denn wenn ein Raumschiff eine sehr hohe Geschwindigkeit annimmt, entsteht ebenfalls eine Masse, sodass die Zeit langsamer vergeht. Das sind also faktisch - und theoretisch ohne Probleme möglich - Zeitreisen (wenn man so will).

Der Clou an der Sache: Im Bereich der Formeln und Vorhersagen ist die Quantenmechanik ebenso schlüssig wie die Relativitätstheorie. Das Problem aber: Beide sind nicht miteinander vereinbar, als würde es zwei unterschiedliche Arten von Naturgesetzen geben, was so ziemlich allem widerspricht, was der Mensch sonst so im Sinn hat.

 

Die Relativität spielt in INTERSTELLAR die größere Rolle, da durch sie eben die Zeiten unterschiedlich verlaufen, eben vor allem an den Orten in der Nähe des schwarzen Lochs (ein schwarzes Loch hat einen Kern mit so hoher Anziehungskraft, dass nicht einmal Licht entkommen kann). Die Theorie im Film ist also, dass Gravitation nutzbar gemacht werden kann, wenn Relativität und Quantenmechanik miteinander verbunden werden können. Und die entsprechenden Daten dafür werden letztendlich im schwarzen Loch gefunden, sodass die Theorie vollendet werden kann.

Zum Ende des Films dient die Nutzung der Gravitation den Menschen, um damit eine Kraft zu haben, mit der sie nicht mehr an die Erde gebunden sind. Beispielsweise sichtbar anhand der großen Raumstation, auf der es auch Felder gibt. Sie müssen sich also nicht mehr mit Raketen von der Erde abstoßen, sondern können eigene Gravitation im hohen Masse nutzen, die wesentlich mehr Kraft als jede Rakete hat.

 

 

Wie gesagt: Man möge mich bitte berichtigen und es geht sicherlich alles noch viel kürzer und eleganter, aber das dürfte zumindest eine Art von Einblick auf Quantenmechanik und Relativitätstheorie sein (was im Film gar nicht so kompliziert wie hier dargestellt wird, da die Quantenmechanik nicht wirklich eine Rolle spielt. Für den Film bzw. die Theorie im Film ist nur wichtig, dass beide Theorien vereint werden sollen, was nur durch die Daten im schwarzen Loch geschehen kann).

 

 

[Sebastian Schwittay]

Unter der Quantenmechanik versteht man....

 

Die Frage sollte eigentlich nur unterstreichen, wie wenig Grundlagenwissen ich im naturwissenschaftlichen Bereich habe. Dass Raum und Zeit nicht voneinander zu trennen sind, erschließt sich mir zum Beispiel nicht. Raum kann ich in allen Richtungen durchschreiten, Zeit nicht.

 

 

Nun zu INTERSTELLAR. Eine Frage, die sich mir stellt, ist zum Beispiel:

 

Wieso kommt Cooper in der Nähe des Saturn wieder aus dem schwarzen Loch heraus? In Saturn-Nähe war das Wurmloch, durch die die Crew in die andere Galaxie gelangt ist, nicht das schwarze Loch Gargantua.

[Gast]

Die Frage sollte eigentlich nur unterstreichen, wie wenig Grundlagenwissen ich im naturwissenschaftlichen Bereich habe. Dass Raum und Zeit nicht voneinander zu trennen sind, erschließt sich mir zum Beispiel nicht. Raum kann ich in allen Richtungen durchschreiten, Zeit nicht.

 

Das ist ja die abgefreakte Sache, weshalb Einstein - unter anderem - heute auch so bekannt ist. Er hat das grundlegende Verständnis unserer Wirklichkeit ins rechte Licht gerückt, auch wenn man das im Alltag kaum wahrnimmt. Das Raum und Zeit fest miteinander zusammenhängen, ist wirklich eine schwer nachvollziehbare Idee.

Stell dir eine Comicfigur auf einem Blatt Papier vor. Für die Figur ist die Welt 2-dimensional. Wir wissen aber, dass sich die Figur (sofern sie sich denn bewegen kann) sehr wohl auch in unserem 3-dimensionalen Raum bewegt. Eine Figur, die sich auf einem Blatt Papier von Koordinate X1,Y1 zu X4,Y4 bewegt, bewegt sich faktisch auch 3-dimensional von X1,Y1,Z1 zu X4,Y4,Z1 (Nachträgliche KORREKTUR: Z1, nicht Z4 - jetzt ist es richtig).

Und genauso gibt es eben über der dritten Dimension auch eine vierte Dimension, die ebenso wie Z zu X und Y dazu gehört. Der 4-dimensionale Raum ist also nicht abstrakt oder irgendwie ungebunden, sondern fest verankert und verbunden.

Theoretisch kannst du auch Zeit in alle Richtungen durchschreiten. Allerdings war es Einstein ja, der bereits bemerkte, dass beim rückwärts gehen eine so hohe Energie aufgebracht werden muss, dass es faktisch nicht möglich ist. Die Comicfigur kann sich zwar auch nicht auf der Linie Z bewegen, aber sie ist dennoch da. Im Film ist es ja dann so, dass die Wesen/Menschen in eine 5-Dimension vorrücken, die also noch einmal über der Zeitdimension liegt, womit also eine Art von Zeitreisen möglich werden.

 

Nun zu INTERSTELLAR. Eine Frage, die sich mir stellt, ist zum Beispiel:

 

Wieso kommt Cooper in der Nähe des Saturn wieder aus dem schwarzen Loch heraus? In Saturn-Nähe war das Wurmloch, durch die die Crew in die andere Galaxie gelangt ist, nicht das schwarze Loch Gargantua.

 

Nachdem Cooper seiner Tochter die Daten aus dem schwarzen Loch gemorst hat, verschwindet das Zimmer ja um ihn herum. Kurz darauf erscheint Cooper im Wurmloch. Das ist der Moment, in dem er quasi die Raum-Zeit berührt, was Brand bei der Durchreise durch das Wurmloch bemerkt und die Hand rein hält. Und vor dem Wurmloch befand sich Saturn.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob es Cooper war, der sich absichtlich dorthin bewegt hat. Vermutlich waren es aber die 5D-Menschen der Zukunft, die ihn dort einfach problemlos durch die fünfte Dimension hin gebracht haben. Das wird ja durch den Zwischenschritt durch das Wurmloch und der Begegnung mit Brand offensichtlich. Die Zukunftsmenschen hätten ihn ja auch überall sonst rausbringen können, sie sind ja nicht mehr an die normale Raum-Zeit gebunden.

[Sebastian Schwittay]

Nachdem Cooper seiner Tochter die Daten aus dem schwarzen Loch gemorst hat, verschwindet das Zimmer ja um ihn herum. Kurz darauf erscheint Cooper im Wurmloch.

 

Wie kann er denn aus dem schwarzen Loch ( Punkt A ) zum Wurmloch ( Punkt B ) gelangen? Wo ist die Verbindung zwischen beiden Löchern?

[Gast]

Das ist ja das schöne daran, wenn man irgendwann in 5D agieren kann: Es muss keine direkte Verbindung geben. Er wurde einfach so dorthin gebracht, der Raum wurde einfach überwunden (ob nun als Strecke ohne Zeitverlust oder direkt durch Krümmung des Raums ist natürlich eine Frage für Physiker oder Tüftler ;-) ). Genauso wir er ja auch schon zuvor Raum und Zeit überwunden hat (als er mit seiner Tochter kommunizierte), war das jetzt zumindest eine einfache Nutzung des Raums. Er hätte überall erscheinen können.

[Sebastian Schwittay]

Das ist dann aber eine Schwachstelle des Films - nein, eigentlich sogar eine recht unverschämte Verarschung des Publikums. Da fünfdimensionaler Raum eh nicht konkret erfassbar ist, kann man die Nebulösität des Konzepts nutzen, um jeden erdenklichen Sachverhalt zu inszenieren. Letztlich hätte er sich auch zu Mickey Maus verwandeln können, irgendwie möglich wäre das auch gewesen.

[Gast]

Nicht unbedingt. Im Film wird relativ deutlich, dass es beim 5-dimensionalen Raum eben um die Überwindung von Raum und Zeit geht, nicht aber unbedingt mehr. Eine Verwandlung, also Veränderung der Materie, wäre also keinesfalls möglich gewesen. Höhere Dimensionen darf man sich gar nicht zu abstrakt vorstellen, zumindest in diesem Kontext. Ein 3D-Raum kann einen lebenden 1D Punkt ja auch nicht einfach in irgendetwas anderes verwandeln. Gleiches gilt für 5D zu 3D.

Der Film macht ja sehr wohl deutlich, dass es für Cooper und TARS auch Grenzen gibt, sodass beispielsweise der Raum für sie auch erstellt wurde, damit sie ihn fassen können. Darüber hinaus wurde ja nichts gemacht bzw. ist nichts passiert, was durch das 5D noch erklärt wurde.

 

Und ein wichtiger Aspekt des Films ist ja auch das bekannte Zeitreise Paradoxon. Man könnte sich also auch fragen, warum Cooper noch einmal seiner jungen Tochter Nachrichten geschickt hat oder warum er sich selbst die Koordinaten gesendet hat. Eine mögliche Antwort: Weil es schon passiert ist.

Also auch wenn es abgespaced wirkt, so heißt 5D nicht Narren- sondern eher mehr Bewegungsfreiheit. Einen Hasen aus dem Hut kann man damit auch nicht zaubern (es sei denn, es ist ein Trick).

[BVBFan]

 

2. Man kann ziemlich gut die Quantenmechanik im Gegensatz zur Relativitätstheorie anschauen, denn diese schaut nicht auf den kleinsten Bereich, sondern auf den großen, dort wo es große Massen und hohe Geschwindigkeiten gibt. So wissen wir seit Einstein, dass Raum und Zeit zusammengehören. Eine große Masse krümmt den Raum so, dass davon auch die Zeit beeinflusst wird. Die Erde selbst bildet eine Masse, die den Raum krümmt. Daraus entsteht die Gravitation. Wenn wir einen Apfel loslassen, fällt er also eigentlich nicht runter, sondern wird von der Masse angezogen. Die Gravitation ist auf der Erde eine andere als beispielsweise neben einem schwarzen Loch, weshalb die Zeit an beiden Orten unterschiedlich schnell verläuft. Aber das muss gar nicht auf Orte bedingt sein, denn wenn ein Raumschiff eine sehr hohe Geschwindigkeit annimmt, entsteht ebenfalls eine Masse, sodass die Zeit langsamer vergeht. Das sind also faktisch - und theoretisch ohne Probleme möglich - Zeitreisen (wenn man so will).

Der Clou an der Sache: Im Bereich der Formeln und Vorhersagen ist die Quantenmechanik ebenso schlüssig wie die Relativitätstheorie. Das Problem aber: Beide sind nicht miteinander vereinbar, als würde es zwei unterschiedliche Arten von Naturgesetzen geben, was so ziemlich allem widerspricht, was der Mensch sonst so im Sinn hat.

 

 

 

Da komme ich absolut nicht mehr mit. Wieso krümmt Masse die Zeit? Was heißt "krümmen" in diesem Fall?

Außerdem verstehe ich den Zusammenhang zwischen Zeit und Gravitation nicht. Wenn ich einen Apfel auf dem Saturn auf den Boden fallen lasse fällt er vieleicht langsamer als auf der Erde. Aber deswegen werde ich doch nich langsamer älter oder?

 

Und in wie weit sind denn diese ganzen Relativitätstheorien und Quantenmechaniken bewiesen? Sind alles "nur" Theorien oder? Kam eigentlich damals was bei diesem Teilchenbeschleuniger in der Schweiz raus? Da ging es doch um Quantenmechanik.

[HamburgerSchueler]

Da gibts dieses anschauliche Modell der "Gummimatte".

Diese Matte nimmt in dem Modell den Platz der Raumzeit ein und unterschiedliche Massen krümmen ebendiese. Hab eben nicht die Zeit um da näher drauf einzugehen (experte bin ich auch bei weitem keiner, aber interessiere mich ungemein für diese Themen) aber ein nettes kleines Video gefunden.

 

 

 

 

Zum Thema Theorien. Das Wort wird ja in der Naturwissenschaft anders verwendet als im alltäglichen Sprachgebrauch.

So ist das Wort Theorie des "Alltags" eher mit der Hypothese gleichzusetzen. Die Hypothese ist eben erst eine Annahme die empirisch überprüft wird.

 

Wikipedia beschreibt das etwas besser:

 

 

"In positivistischen wissenschaftstheoretischen Strömungen ist die Hypothese eine Vorstufe einer Theorie, zu der sie durch verifizierende Beobachtungen werden kann. Anders als im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet „Theorie” in der Wissenschaft also im Unterschied zur Hypothese eine Aussage oder eine voneinander abhängige Gruppe von Aussagen, die durch empirische Erfahrungen bestätigt wurden (z. B. Relativitätstheorie, Gravitationstheorie, Evolutionstheorie). Eine Behauptung oder ein Leitsatz, der durch wissenschaftliche Beweisführung bewiesen oder widerlegt werden soll, heißt These (z.B. „Wirtschaften an sich ist frei von moralischem Gehalt”)."

 

 

http://de.wikipedia.org/wiki/Hypothese

http://de.wikipedia.org/wiki/Theorie

[BVBFan]

Da gibts dieses anschauliche Modell der "Gummimatte".

Diese Matte nimmt in dem Modell den Platz der Raumzeit ein und unterschiedliche Massen krümmen ebendiese. Hab eben nicht die Zeit um da näher drauf einzugehen (experte bin ich auch bei weitem keiner, aber interessiere mich ungemein für diese Themen) aber ein nettes kleines Video gefunden.

 

 

 

 

Zum Thema Theorien. Das Wort wird ja in der Naturwissenschaft anders verwendet als im alltäglichen Sprachgebrauch.

So ist das Wort Theorie des "Alltags" eher mit der Hypothese gleichzusetzen. Die Hypothese ist eben erst eine Annahme die empirisch überprüft wird.

 

Wikipedia beschreibt das etwas besser:

 

 

http://de.wikipedia.org/wiki/Hypothese

http://de.wikipedia.org/wiki/Theorie

 

Danke für deinen Versuch. Aber meine Frage nach dem Zusammenhang zwischen Zeit und Gravitation beantwortet das Video leider nicht. Da wird einfach behauptet das die beiden zusammenhängen. Aber ich suche immer noch nach dem Warum und dem Wie!

Kann es mir eventuell jemand an meinem Apfelbeispiel von oben erläutern?

[Gast]

[Edit]: Oh, da war HamburgerSchueler schneller. 

 

Da komme ich absolut nicht mehr mit. Wieso krümmt Masse die Zeit? Was heißt "krümmen" in diesem Fall?

Außerdem verstehe ich den Zusammenhang zwischen Zeit und Gravitation nicht. Wenn ich einen Apfel auf dem Saturn auf den Boden fallen lasse fällt er vieleicht langsamer als auf der Erde. Aber deswegen werde ich doch nich langsamer älter oder?

 

Zur Krümmung des Raums:

Stell dir ein Bettlaken vor (bekanntestes Beispiel), das irgendwo horizontal aufgespannt wurde. Dieses Bettlaken ist nun unserer Raum. Als nächstes legst du einen Tennisball darauf (als Planet mit einer Masse). Was passiert? Der Tennisball drückt das Laken ein. Der Raum (also das Laken) wird gekrümmt. Legst du jetzt eine größere Masse (z.B. eine Bowlingkugel [wobei die Masse nichts mit der Größe an sich zu tun hat]) auf das Laken, dann wird der Raum sogar noch stärker gekrümmt.

 

Stellen wir uns das Laken noch einmal ohne Masse vor, dann kannst du darauf eine gerade Linie zeichnen. Sobald neben der Linie aber eine Masse den Raum krümmt, wird auch die Linie gekrümmt. Wenn nun etwas auf dieser Linie verläuft und in den Trichter der Krümmung gerät, dann rutscht es natürlich automatisch in Richtung der Masse. Etwa eine Murmel, die du versuchst an dem Tennisball vorbeizurollen. Durch die Masse und Krümmung des Raumes wird die Murmel nicht gerade am Tennisball vorbei, sondern durch die Krümmung um den Tennisball herumrollen.

 

Zur Zeit:

Zeit als physikalische Größe wird als Einheit für die Abfolge von Ereignissen angesehen. Wenn das Universum immer stets gleich wäre und es keine einzige Veränderung gäbe, dann wäre demnach auch nicht diese Zeit vorhanden. Es muss also zwei unterschiedliche Zustände geben und diese können durch Zeitpunkte und eine Zeitdifferenz voneinander unterschieden werden. Als Beispiel könnte man sich eine Zeigeruhr vorstellen. Wenn die Zeiger sich nicht bewegen, dann ist die physikalische Zeit auch nicht vorhanden bzw. überhaupt nicht ablesbar.

 

Nun zur Verbindung von Raum und Zeit:

Wie du schon sagst, fällt ein Apfel auf dem Saturn in einer anderen Geschwindigkeit, was auch mit der Anziehungskraft zusammenhängt. Aber genauso wie der Apfel, der Materie ist, würde ja auch die Mechanik einer Uhr oder unsere Zellen sich in einer anderen Geschwindigkeit bewegen. Die selbe Kraft, die auf den Apfel wirkt, wirkt ja auch auf alle andere Materie, selbst wenn es nicht nur ums Fallen geht. Je höher nun die Gravitation, desto langsamer vergeht die Zeit, also die Spanne zwischen mindestens zwei Ereignissen (ob nun in der Uhrenmechanik oder in unseren Zellen).

 

Der Grund dafür ist der, dass Raum und Zeit eben zusammengehören. Hawking hat es mal so ausgedrückt (wie es auch einige Physiker sagen): Es gab ebenso wenig eine Sekunde vor dem Urknall, wie es einen Punkt auf der Erde 1km über dem Nordpol gibt. Raum und Zeit sind demnach gleichzeitig entstanden und hängen fest miteinander zusammen. Zeit ist also kein einfacher linearer Strahl, sondern eine Einheit zwischen den Ereignissen. Anders ausgedrückt: Dass sich überhaupt etwas verändert, macht es erst möglich, Zeit wahrzunehmen.

 

 

Was die Beweise angeht:

Im Grunde gibt es in der Wissenschaft keine endgültigen Beweise, sondern immer nur Annäherungen. Eine Theorie kann erhärtet werden. Wenn 1.000 mal ein Experiment ein Ergebnis gebracht hat, nimmt man also an, dass dahinter eine Theorie steht, die dadurch aufgestellt oder eben "bewiesen" wurde. Mit der Relativitätstheorie wurden auch ältere physikalische Gesetze auf den Kopf gestellt. Heute gilt sie als wahrscheinlich bis zum "Beweis" des Gegenteils. Theorien werden also aufgestellt, um die Naturgesetze zu erklären und wenn sie es widerspruchsfrei schaffen, gelten sie erst einmal als richtig.

Durch zeitgemäße Techniken kann man den Effekt aber messen, sodass das durchaus als Beweis für die Theorie herangeführt werden kann. So kann man bei Uhren, die einmal in einem Tal und einmal in der Erdumlaufbahn sind, durchaus im minimalen kleinsten Bereich Abweichungen feststellen.

 

Die Quantenmechanik ist erst einmal nur eine Umschreibung der wissenschaftlichen Disziplin. Aber auch hier wurden längst Theorien aufgestellt, die sich durch Beobachtungen haben erhärten lassen. Daraus folgt nicht, dass die Theorien schon exakt die Naturgesetze wiedergeben, aber das ist auch nicht der Anspruch.

Der erste "Beweis" für die Rotation der Erde, auch wenn man es vorher schon theoretisch annahm, kam auch erst im 19. Jahrhundert. Ein Beweis ist es also ungefähr dann, wenn praktische Versuche die Theorie bestätigen, was in beiden Fällen durchaus der Fall ist. Wenn Newton also 1.000 Äpfel fallen lässt, dann könnte das als "Beweis" dafür gelten, dass es einen Grund dafür gibt, dass der Apfel zu Boden fällt, auch wenn er die Gravitation selbst gar nicht messen kann.

Es gibt in der Physik im Grunde nichts anderes als Theorien, wie auch in allen anderen Wissenschaften. Die Mathematik ist davon ausgenommen.

 

Teilchenbeschleuniger sind dafür da, um eben kleinste Teilchen zu untersuchen. Die Größe dieser Dinger hat auch damit zu tun, dass hohe Energien erzeugt werden. Wie wir ja leider seit den Atomwaffen wissen, stecken in kleinsten Teilchen größte Energien. Man kann also nicht einfach zwei Teilchen miteinander verbinden, sondern muss hohe Energien (Geschwindigkeiten) aufbringen, damit man da ein paar interessante Ergebnisse erzielt. Das hat mit Quantenmechanik zu tun, aber frag mich nicht nach Details. ;-)

 

Wie gesagt: Ich bin da absoluter Laie und sehr weit davon entfernt, die Details zu verstehen. Daher bitte ich um Nachsicht, dass ich vermutlich die einfacheren Dinge dieser Sache so kompliziert und lang darstelle und ansonsten vermutlich auch noch ein Haufen holpriger Fehler drin habe. Aber zumindest im Groben bin ich mir sicher, dass die Theorien ungefähr so aufgefasst werden können. 

(Im besten Fall lieber Alpha Centauri Videos mit Harald Lesch anschauen, der das wesentlich eleganter und anschaulicher als ich macht).

[BVBFan]

[Edit]: Oh, da war HamburgerSchueler schneller. 

 

 

Zur Krümmung des Raums:

Stell dir ein Bettlaken vor (bekanntestes Beispiel), das irgendwo horizontal aufgespannt wurde. Dieses Bettlaken ist nun unserer Raum. Als nächstes legst du einen Tennisball darauf (als Planet mit einer Masse). Was passiert? Der Tennisball drückt das Laken ein. Der Raum (also das Laken) wird gekrümmt. Legst du jetzt eine größere Masse (z.B. eine Bowlingkugel [wobei die Masse nichts mit der Größe an sich zu tun hat]) auf das Laken, dann wird der Raum sogar noch stärker gekrümmt.

 

Stellen wir uns das Laken noch einmal ohne Masse vor, dann kannst du darauf eine gerade Linie zeichnen. Sobald neben der Linie aber eine Masse den Raum krümmt, wird auch die Linie gekrümmt. Wenn nun etwas auf dieser Linie verläuft und in den Trichter der Krümmung gerät, dann rutscht es natürlich automatisch in Richtung der Masse. Etwa eine Murmel, die du versuchst an dem Tennisball vorbeizurollen. Durch die Masse und Krümmung des Raumes wird die Murmel nicht gerade am Tennisball vorbei, sondern durch die Krümmung um den Tennisball herumrollen.

 

Zur Zeit:

Zeit als physikalische Größe wird als Einheit für die Abfolge von Ereignissen angesehen. Wenn das Universum immer stets gleich wäre und es keine einzige Veränderung gäbe, dann wäre demnach auch nicht diese Zeit vorhanden. Es muss also zwei unterschiedliche Zustände geben und diese können durch Zeitpunkte und eine Zeitdifferenz voneinander unterschieden werden. Als Beispiel könnte man sich eine Zeigeruhr vorstellen. Wenn die Zeiger sich nicht bewegen, dann ist die physikalische Zeit auch nicht vorhanden bzw. überhaupt nicht ablesbar.

 

Nun zur Verbindung von Raum und Zeit:

Wie du schon sagst, fällt ein Apfel auf dem Saturn in einer anderen Geschwindigkeit, was auch mit der Anziehungskraft zusammenhängt. Aber genauso wie der Apfel, der Materie ist, würde ja auch die Mechanik einer Uhr oder unsere Zellen sich in einer anderen Geschwindigkeit bewegen. Die selbe Kraft, die auf den Apfel wirkt, wirkt ja auch auf alle andere Materie, selbst wenn es nicht nur ums Fallen geht. Je höher nun die Gravitation, desto langsamer vergeht die Zeit, also die Spanne zwischen mindestens zwei Ereignissen (ob nun in der Uhrenmechanik oder in unseren Zellen).

 

Der Grund dafür ist der, dass Raum und Zeit eben zusammengehören. Hawking hat es mal so ausgedrückt (wie es auch einige Physiker sagen): Es gab ebenso wenig eine Sekunde vor dem Urknall, wie es einen Punkt auf der Erde 1km über dem Nordpol gibt. Raum und Zeit sind demnach gleichzeitig entstanden und hängen fest miteinander zusammen. Zeit ist also kein einfacher linearer Strahl, sondern eine Einheit zwischen den Ereignissen. Anders ausgedrückt: Dass sich überhaupt etwas verändert, macht es erst möglich, Zeit wahrzunehmen.

 

 

Was die Beweise angeht:

Im Grunde gibt es in der Wissenschaft keine endgültigen Beweise, sondern immer nur Annäherungen. Eine Theorie kann erhärtet werden. Wenn 1.000 mal ein Experiment ein Ergebnis gebracht hat, nimmt man also an, dass dahinter eine Theorie steht, die dadurch aufgestellt oder eben "bewiesen" wurde. Mit der Relativitätstheorie wurden auch ältere physikalische Gesetze auf den Kopf gestellt. Heute gilt sie als wahrscheinlich bis zum "Beweis" des Gegenteils. Theorien werden also aufgestellt, um die Naturgesetze zu erklären und wenn sie es widerspruchsfrei schaffen, gelten sie erst einmal als richtig.

Durch zeitgemäße Techniken kann man den Effekt aber messen, sodass das durchaus als Beweis für die Theorie herangeführt werden kann. So kann man bei Uhren, die einmal in einem Tal und einmal in der Erdumlaufbahn sind, durchaus im minimalen kleinsten Bereich Abweichungen feststellen.

 

Die Quantenmechanik ist erst einmal nur eine Umschreibung der wissenschaftlichen Disziplin. Aber auch hier wurden längst Theorien aufgestellt, die sich durch Beobachtungen haben erhärten lassen. Daraus folgt nicht, dass die Theorien schon exakt die Naturgesetze wiedergeben, aber das ist auch nicht der Anspruch.

Der erste "Beweis" für die Rotation der Erde, auch wenn man es vorher schon theoretisch annahm, kam auch erst im 19. Jahrhundert. Ein Beweis ist es also ungefähr dann, wenn praktische Versuche die Theorie bestätigen, was in beiden Fällen durchaus der Fall ist. Wenn Newton also 1.000 Äpfel fallen lässt, dann könnte das als "Beweis" dafür gelten, dass es einen Grund dafür gibt, dass der Apfel zu Boden fällt, auch wenn er die Gravitation selbst gar nicht messen kann.

Es gibt in der Physik im Grunde nichts anderes als Theorien, wie auch in allen anderen Wissenschaften. Die Mathematik ist davon ausgenommen.

 

Teilchenbeschleuniger sind dafür da, um eben kleinste Teilchen zu untersuchen. Die Größe dieser Dinger hat auch damit zu tun, dass hohe Energien erzeugt werden. Wie wir ja leider seit den Atomwaffen wissen, stecken in kleinsten Teilchen größte Energien. Man kann also nicht einfach zwei Teilchen miteinander verbinden, sondern muss hohe Energien (Geschwindigkeiten) aufbringen, damit man da ein paar interessante Ergebnisse erzielt. Das hat mit Quantenmechanik zu tun, aber frag mich nicht nach Details. ;-)

 

Wie gesagt: Ich bin da absoluter Laie und sehr weit davon entfernt, die Details zu verstehen. Daher bitte ich um Nachsicht, dass ich vermutlich die einfacheren Dinge dieser Sache so kompliziert und lang darstelle und ansonsten vermutlich auch noch ein Haufen holpriger Fehler drin habe. Aber zumindest im Groben bin ich mir sicher, dass die Theorien ungefähr so aufgefasst werden können. 

(Im besten Fall lieber Alpha Centauri Videos mit Harald Lesch anschauen, der das wesentlich eleganter und anschaulicher als ich macht).

 

Okay. Damit kann ich schon mal sehr viel anfangen. Gib mir noch etwas Zeit zum nachdenken dann bin ich vieleicht drin.

Super Erklärung! Vieleicht solltest du Astronomielehrer werden

Allerdings muss ich jetzt schon sagen das Nolan dem Publikum einiges zumutet. Denn wenn man gar keine Ahnung hat dann ist der Film natürlich viel zu schnell. Aber sowas muss ja auch erlaubt sein. Regt immerhin an darüber nach zu denken. Wenn ich den Film das nächste Mal schaue bin ich schlauer.

[Gast]

(experte bin ich auch bei weitem keiner, aber interessiere mich ungemein für diese Themen)

 

So geht es mir auch. Einmal reingeschnuppert, lässt mich das nicht mehr so richtig los! :-)

 

Okay. Damit kann ich schon mal sehr viel anfangen. Gib mir noch etwas Zeit zum nachdenken dann bin ich vieleicht drin.

Super Erklärung! Vieleicht solltest du Astronomielehrer werden

 

Oh, lieber nicht. Wie gesagt: Das sind Eckpunkte, die Details (und mehr) sind natürlich wesentlich komplexer und brauchen sehr viel Zeit, bis man da irgendwie durchsteigt (sofern man nicht vom Fach ist). 

 

Ich finde übrigens, dass das auch einer der faszinierenden Punkte an INTERSTELLAR ist. Ich meine, es gibt ja mittlerweile genügend Filme, die einfach zu verstehen sind. Dieses Mal ist es (etwas) komplizierter/komplexer, aber da wirkt der Film auch wie Kunst, an der man wachsen kann. Der Film nimmt seine Zuschauer ernst, das mag ich - obschon es ein Blockbuster ist. Ich habe den Film schon zweimal gesehen und freue mich schon aufs nächste Mal. Aber genauso finde ich auch, dass der Film auch ohne die physikalischen Punkte sehr große Anknüpfungspunkte hat. Selbst wenn man die Theorien dahinter nicht versteht, dann kann man es ja immer noch als gegeben sehen und wunderbar darüber philosophieren, ob er beispielsweise die Erde verlassen sollte oder nicht etc. Für mich ist der Film deshalb so grandios, weil er mir wie eine Kulmination der bisherigen menschlichen Natur und Kultur vorkommt, also mit Emotionen, mit der Vernunft, mit den Definitionen des Menschen, der Liebe und vieles mehr.

Klar, man muss schon eine gewisse holistische (gesamtheitliche) Ader haben, um den Film nicht als weiteres Popcorn-Abenteuer zu betrachten (was man auch machen kann), aber die Argumente des Films lassen sich doch sehr deutlich aufzählen (was deutlich über normale Film-Rezis hinausgeht).

 

Hier übrigens eine sehr nette Dokumentation, in der es um Einstein und seine Theorie geht. Aufgebaut wird es aber mit vier seiner Vorgänger, die ihm quasi mit ihren Theorien den Weg geebnet haben. Die Doku ist auch filmisch aufgebaut und äußerst spannend zu schauen. :-)

 

http://www.youtube.com/watch?v=ztph9Rxmd-Y

[HamburgerSchueler]

In keiner Richtung auch nur irgendwie aufschlussreich aber das passt hier ganz gut rein denke ich.

 

http://derstandard.at/2000008016902/Die-Physiker-hinter-Interstellar

[Gast]

Hier noch etwas zur Physik in INTERSTELLAR:

http://www.zeit.de/wissen/2014-11/interstellar-physik

[Gast]