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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

687 Beiträge, Schlüsselwörter: Licht, Lichtgeschwindigkeit, Photonen

Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 17:59
Wikipedia: Kreiszahl#Offene_Frage_der_Normalität
Offene Frage der Normalität

Eine zurzeit besonders aktuelle mathematische Frage bezüglich π ist, ob sie eine normale Zahl ist, das heißt, ob sie zum Beispiel in einer binären (oder jeder anderen n-ären) Zahlendarstellung jede mögliche endliche Binär- bzw. sonstige Zifferngruppe gleichermaßen enthält – so wie es die Statistik erwarten ließe, wenn man eine Zahl vollkommen nach dem Zufall erzeugte.

In letzter Konsequenz würde das beispielsweise bedeuten, dass π alle bisher und zukünftig geschriebenen Bücher irgendwo in codierter Binärform enthalten muss (analog zum Infinite-Monkey-Theorem).

Bailey und Crandal zeigten im Jahr 2000 mit der oben erwähnten Bailey-Borwein-Plouffe-Formel, dass die Normalität von π zur Basis 2 auf eine Vermutung der Chaostheorie reduziert werden kann.

Physiker der Purdue Universität haben im Jahre 2005 die ersten 100 Millionen Dezimalstellen von π auf ihre Zufälligkeit hin untersucht und mit kommerziellen Zufallszahlengeneratoren verglichen. Der Forscher Ephraim Fischbach und sein Mitarbeiter Shu-Ju Tu konnten dabei keinerlei verborgene Muster in der Zahl π entdecken. Demnach sei nach Ansicht Fischbachs die Zahl π tatsächlich eine gute Quelle für Zufälligkeit. Allerdings schnitten einige Zufallszahlengeneratoren noch besser als π ab.

Bislang ist nicht einmal bekannt, ob nicht ab einer Stelle beispielsweise nur noch die Ziffern 5 und 6 auftreten.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:00
perttivalkonen schrieb:Offene Frage der Normalität
Wurde doch schon alles gesagt und auch verlinkt...


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:03
Naja, wie gehabt, Du ignorierst den Inhalt halt eben weiter. Dachte, vielleicht nimmste's doch noch mal wahr und ernst...

Und wech


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:16
perttivalkonen schrieb:Naja, wie gehabt, Du ignorierst den Inhalt halt eben weiter. Dachte, vielleicht nimmste's doch noch mal wahr und ernst...
Über exakt diesen Inhalt diskutieren wir die ganze Zeit, und zwar über jeden einzelnen Aspekt. Nachlesen und verstehen hilft...


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:17
Arrakai schrieb:Wie gesagt, die zufällige Verteilung hatte ich für das Gedankenexpiriment einfach vorausgesetzt (und das ja auch dazugeschrieben)
Ach, ist doch völlig ok. In einer gewissen Hinsicht ist das hier nur Klugscheissen auf höherem Niveau, was ich hier betreibe. Ich beziehe mich mit der Behauptung, die Verteilung von Pi bzw. von Primzahlen wären zufällig, auf eine (ziemlich simple) mathematische Analyse (nämlich: Wie oft kommen die Zahlen von 0-9 vor). Der Haken an der Analyse ist natürlich, das sie zwangsläufig nur eine Sequenz betrachten kann, nämlich die Sequenz der bereits bekannten Zahlen.

Ist nun wirklich nicht mein Spezialgebiet, aber aktuell scheint es nach Zufall auszusehen: https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/wie-zufaellig-ist-die-kreiszahl-pi/
Izaya schrieb:Sie sind zu 100% nicht zufällig.
Sonst könntest du Pi nicht berechnen.
Das erscheint mir als Aussage schwierig. Wie definierst Du Zufall? Ist an der Stelle wirklich interessant, es gibt schließlich unterschiedliche Definitionen. Zudem: Der Quantenzufall ist berechenbar und real, würde aber nicht in Deine Definition passen, da sich zufälliges ja nicht berechnen lässt. Die Halbwertszeit eines einzelnen Isotops ist zufällig; die Halbwertszeit eines Kilogramms des besagten Isotops hingegen nicht.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:22
moredread schrieb:Ach, ist doch völlig ok. In einer gewissen Hinsicht ist das hier nur Klugscheissen auf höherem Niveau, was ich hier betreibe.
Dito... Ich würde soweit gehen und sagen, dass wir (fast) alle dasselbe meinen. Nur jeweils an einer anderen Stelle klugscheißen... ;)


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:27
Wir sind eh weit weggekommen vom Thema... Ich hatte die Diskussion entdeckt und mich folgendes gefragt:
Arrakai schrieb am 20.05.2019:Bei allen (wie immer ergebnislosen...;->) Diskussionen mit einem Pseudo-Wissenschaftler wurde ja - wie häufig, macht auch nix - wenig über das eigentliche Thema geredet. Und dabei diese Erklärung mehr oder minder ohne Diskussion stehen gelassen:

Gim schrieb am 27.02.2016:
Der eigentliche Grund warum sich Licht mit Lichtgeschwindigkeit bewegt ist, dass dem ganzen noch etwas viel fundamentaleres zugrundeliegt. Und was ist das? Nun, @TangMi hat es bereits gesagt, alles, wirklich alles, bewegt sich innerhalb der vierdimensionalen Raumzeit mit exakt c. Der Begriff Lichtgeschwindigkeit ist daher irreführend; er sollte besser universale Wirkgeschwindigkeit genannt werden. Der Grund, warum das Ding Lichtgeschwindigkeit genannt wird ist einfach nur der, dass er beim Licht als ersten entdeckt wurde.

(...)

Ich denke, hier wird die geometrische Interpretation eines Minkowski-Diagramms zu sehr auf die Spitze getrieben. Auch die Tatsache, dass die Länge des Vierergeschwindigkeitsverktors invariant ist, wird mit dieser physikalischen Interpretation m.E. arg strapaziert. Und nicht zuletzt wird außenvorgelassen, dass die Zeitkoordinate des Vierervektors eben nicht zu 100 % mit den räumlichen Koordinaten vergleichbar ist, sondern eine Sonderstellung einnimmt...
Hätte mich echt interessiert. Und hätte sogar was mit der Überschrift zu tun... ;)


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27.05.2019 um 18:27
@moredread
Strenggenommen ist doch sogar Zufall berechenbar. Vorausgesetzt man hat alle Informationen.
Okay, denn ist’s halt auch kein Zufall mehr...


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 18:43
Arrakai schrieb:Dito... Ich würde soweit gehen und sagen, dass wir (fast) alle dasselbe meinen. Nur jeweils an einer anderen Stelle klugscheißen... ;)
OK, da sind wir d'accord ;-)
skagerak schrieb:Strenggenommen ist doch sogar Zufall berechenbar. Vorausgesetzt man hat alle Informationen.
Okay, denn ist’s halt auch kein Zufall mehr...
Nein; der Quantenzufall (genau darum hatte ich ihn aufgeführt) ist eben nicht berechenbar. Die Halbwertszeit eines Isotops kennst Du; aber Du kannst mir nicht sagen, wann ein spezifisches Isotop zerfällt oder was das Resultat des Zerfalls ist. Wenn Du nun sagst, dies liegt an fehlenden Informationen der Theorie, dann verweise ich Dich an die Kopenhagener Deutung:

Wikipedia: Kopenhagener_Deutung


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 19:07
moredread schrieb:Strenggenommen ist doch sogar Zufall berechenbar. Vorausgesetzt man hat alle Informationen.
Okay, denn ist’s halt auch kein Zufall mehr...
Zum Quantenzufall hat ja bereits moredread was geschrieben. Ansonsten, ja, so ist es. Das führt zu interessanten Diskussion, z.B. ob wir wirklich einen freien Willen haben. Aber DAS sollten wir bei Interesse lieber in einem anderen Thread diskutieren... Ist immer ein sehr kontroverses Thema... 🤪


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 19:10
@moredread
Okay, danke.
Verstehe das nur grob. Klingt so als wenn Zufall nur Zufall ist, wenn bzw weil man es nicht messen kann.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 19:51
skagerak schrieb:Verstehe das nur grob. Klingt so als wenn Zufall nur Zufall ist, wenn bzw weil man es nicht messen kann.
Huch, ich hatte ja moredread statt dich zitiert... Aber ja, du hast das richtig verstanden, außer beim erwähnten Quantenzufall.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 20:40
Arrakai schrieb:Das führt zu interessanten Diskussion, z.B. ob wir wirklich einen freien Willen haben.
Das ist gruselig ;-)


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 21:54
Arrakai schrieb:Es gibt ja nichts, was nicht den Naturgesetzen folgt. Zufällig ist einfach das, was an so vielen Faktoren hängt, dass wir es nicht als deterministisch erkennen. Davon abgesehen gibt es sogar im Rahmen der Naturgesetzen den absoluten Zufall (z.B. im Doppelspaltexperiment zu sehen).
Du bräuchtest etwas mehr als „nur Zufall”. Wenn zufällig die 1 oder die 0 auftauchen (nicht-deterministischer Münzwurf) reicht das nicht. Deine zufällige Verteilung sollte absolut gar nichts deterministisches als Basis haben, sonst entsteht ein Muster. Ein Muster kann normal sein, muss aber nicht.
Auch beim Doppelspalt entsteht ja ein Muster. Und auch beim Doppelspalt gibt es Orte mit einer Auftreffwahrscheinlichkeit von 0 (die, bei der sich die Wellen bei der Interferenz restlos auslöschen). Dort trifft auch nach unendlich langer Ausführung des Experiments nichts auf.

Ich bin weiterhin nicht überzeugt, dass das Universum die entsprechenden Bedingungen erfüllt.


moredread schrieb:Das erscheint mir als Aussage schwierig.
Ich benutze Zufall zur Beschreibung eines Zufallsexperiments. Aber egal wie oft ich Pi berechne, ich komme immer zum exakt gleichen Ergebnis (außer ich verrechne mich). Ergo: kein Zufall.


moredread schrieb:Wenn Du nun sagst, dies liegt an fehlenden Informationen der Theorie, dann verweise ich Dich an die Kopenhagener Deutung
Wikipedia schrieb:Viele Ereignisse der Quantenmechanik gelten insbesondere nach der Kopenhagener Deutung als fundamental unbestimmt und unreduzierbar, also objektiv zufällig und nicht auf verborgene Variablen zurückführbar. Andere Deutungen der Quantenmechanik (De-Broglie-Bohm-Theorie, Ensemble-Interpretation, Viele-Welten-Interpretation) lassen dagegen (nichtlokale) verborgene Variablen zu und beinhalten keinen objektiven Zufall. Ob Quantenereignisse irreduzibel sind oder nicht, ist eine der grundlegenden Fragen der Quantenphysik, über die auch schon Bohr und Einstein stritten – und ist nach wie vor ungeklärt.[5][6]
Wikipedia: Indeterminismus#Objektiver_Zufall


Arrakai schrieb am 20.05.2019:Ich denke, hier wird die geometrische Interpretation eines Minkowski-Diagramms zu sehr auf die Spitze getrieben. Auch die Tatsache, dass die Länge des Vierergeschwindigkeitsverktors invariant ist, wird mit dieser physikalischen Interpretation m.E. arg strapaziert. Und nicht zuletzt wird außenvorgelassen, dass die Zeitkoordinate des Vierervektors eben nicht zu 100 % mit den räumlichen Koordinaten vergleichbar ist, sondern eine Sonderstellung einnimmt...
Kommt halt drauf an. Die Geschwindigkeit durch die Raumzeit (Änderungsrate der Position in der Raumzeit) ist konstant (=c). Das ist keine Geschwindigkeit im klassischen Sinne (durch den Raum), aber doch durchaus zulässig. Außer der Geschwindigkeitsbegriff ist enger definiert, als ich mir jetzt irgendwie spontan denke. Habe das nie nachgeschlagen.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 22:17
skagerak schrieb:Verstehe das nur grob.
Dito. Ich bin kein Mathematiker, bloß ein Interessierter Laie :-) . Also keine Sorge, wenn Du etwas nicht verstehst, bist Du hier ganz sicher nicht alleine. Wenigstens von meiner Warte aus ist das ganz sicher.
skagerak schrieb:Klingt so als wenn Zufall nur Zufall ist, wenn bzw weil man es nicht messen kann.
Naja, das ist eine Definition des Wortes "Zufall", nämlich die für Normalsterbliche. Einige der anderen Zufälle listet die Wikipedia hier auf: Wikipedia: Zufall#Wissenschaftliche_Einordnung


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 22:27
moredread schrieb:Dito. Ich bin kein Mathematiker, bloß ein Interessierter Laie :-) . Also keine Sorge, wenn Du etwas nicht verstehst, bist Du hier ganz sicher nicht alleine.
Danke, das beruhigt mich ;-)
Naja, das ist eine Definition des Wortes "Zufall", nämlich die für Normalsterbliche.
Okay, wenn man Quantenmechanik und dessen "echten“ Zufall mal außen vor lässt, denn ist der "normale“ Zufall ja idealerweise berechenbar, oder nicht?


...okay, las grad deinen Wiki-Link. Kommt halt drauf an von welchem Zufall man spricht. Ich denke wohl eher an den in der Physik bzw den mathematischen.

P.S.: ich kam nur drauf, weil ich grad (zufällig?) ein Video auf YouTube anschaute, geht um Simulation und dem Gehirn oder so:
(Ab Minute 6:15 ca)
Video


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 22:30
Izaya schrieb:Du bräuchtest etwas mehr als „nur Zufall”. Wenn zufällig die 1 oder die 0 auftauchen (nicht-deterministischer Münzwurf) reicht das nicht. Deine zufällige Verteilung sollte absolut gar nichts deterministisches als Basis haben, sonst entsteht ein Muster. Ein Muster kann normal sein, muss aber nicht.
Du kannst nicht vorhersagen, was bei dem Münzwurf passiert. Insofern ist er für dich zufällig, und wenn du die Münze unendlich oft werfen würdest, käme exakt die Wahrscheinlichkeit von 1/6 für jede Zahl heraus. Genau genommen gibt es aber keinen "nicht-deterministischen Münzwurf", da jeder Münzwurf durch die (bekannten und unbekannten) Naturgesetze determiniert ist.
Izaya schrieb:Auch beim Doppelspalt entsteht ja ein Muster. Und auch beim Doppelspalt gibt es Orte mit einer Auftreffwahrscheinlichkeit von 0 (die, bei der sich die Wellen bei der Interferenz restlos auslöschen). Dort trifft auch nach unendlich langer Ausführung des Experiments nichts auf.
Es kommt darauf an, ob ein Messprozess durchgeführt wird oder nicht. Bei einem Messprozess verschwinden die Interferenzstreifen, ohne nicht. Erst die Entscheidung, den Weg der Elektronen nicht zu ermitteln, führt zum Interferenzmuster. Das gilt sogar dann, wenn das Elektron den Spalt bereits passiert hat. Und ja, das Messproblem ist noch nicht abschließend geklärt. Aber es gibt immer mehr Experimente, die für den absoluten (objektiven) Zufall sprechen. Zum Beispiel wurde das Phänomen bei Photonen nachgewiesen, die vor Milliarden von Jahren emittiert wurden. Das schränkt die Möglichkeit verborgener Variablen extrem ein. Viel Raum bleibt nicht mehr...
Izaya schrieb:Ich benutze Zufall zur Beschreibung eines Zufallsexperiments. Aber egal wie oft ich Pi berechne, ich komme immer zum exakt gleichen Ergebnis (außer ich verrechne mich). Ergo: kein Zufall.
Da waren wir doch schon, oder? ;) Natürlich ist die Zahl nicht zufällig, da man sie beliebig oft und beliebig genau berechnen kann. Aber die Verteilung der Ziffern kann trotzdem zufällig sein (oder eben nicht...).
Izaya schrieb:Kommt halt drauf an. Die Geschwindigkeit durch die Raumzeit (Änderungsrate der Position in der Raumzeit) ist konstant (=c).
Meines Erachtens ist das eine falsche Interpretation der Vierergeschwindigkeit.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 22:36
Arrakai schrieb:Du kannst nicht vorhersagen, was bei dem Münzwurf passiert. Insofern ist er für dich zufällig, und wenn du die Münze unendlich oft werfen würdest, käme exakt die Wahrscheinlichkeit von 1/6 für jede Zahl heraus
Bin grad etwas verwirrt. Hat das nicht eher mit einem Würfel zu tun?
Arrakai schrieb:Aber die Verteilung der Ziffern kann trotzdem zufällig sein (oder eben nicht...).
Naja, denn ist es eben Zufall dass Pi die Zahlen eben genau so verteilt, aber kein Zufall dass es jene und welche Zahlen sind.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 22:51
skagerak schrieb:Bin grad etwas verwirrt. Hat das nicht eher mit einem Würfel zu tun?
Würfel, klar, danke für die Korrektur... Oder halt 1/2... :)
skagerak schrieb:Naja, denn ist es eben Zufall dass Pi die Zahlen eben genau so verteilt, aber kein Zufall dass es jene und welche Zahlen sind.
Ja, das meinte ich, so kann man es sagen.


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Warum fliegen Photonen immer mit Lichtgeschwindigkeit

27.05.2019 um 23:05
Izaya schrieb:Ich benutze Zufall zur Beschreibung eines Zufallsexperiments. Aber egal wie oft ich Pi berechne, ich komme immer zum exakt gleichen Ergebnis (außer ich verrechne mich). Ergo: kein Zufall.
Das ist, wie mir scheint, kein Argument. Nehmen wir an, ich habe eine Reihe zufälliger Zahlen. Die kann ich auch wieder und wieder ablesen. Zufällig bleiben Sie dennoch. Berechenbarkeit und Zufall sind, soweit ich das sehe, in keinster Weise ein Widerspruch.

Vielleicht wäre es einen anderen Thread wert. Wir könnten gerne über die Realität des Zufalls diskutieren; ich vertrete da den von Dir entgegengesetzten Standpunkt. Interessantes Thema, aber ein bisschen weit weg vom Thread, oder? ;-)

Bezüglich der Interpretationen: De-Broglie sagt letztlich nichts neues; im Endeffekt verschiebt er das Problem von "Zufall" auf "Unbekannte Ursprungsbedingungen". Zudem setzt er auf die nichtlokalen verborgenen Variablen. Das bedeutet, es gibt Teilchen, die Dinge bewirken, die man aber nicht messen kann. Er verletzt damit die Kausalität; damit ist es vorbei mit einer Physik ohne Zufälle. Die Ensemble-Interpretation macht keine Aussage zum Thema Determinismus. Und die Viele-Welten-Interpretation hat das Determinismusproblem. Ich sehe ehrlich gesagt nicht, das die besagten Interpretationen für den Determinismus sprechen - unabhängig mal von den Problemen, die jede einzelne alternative These mit sich bringt.


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