„Theorie von allem“ – sinnvoller Anspruch oder Missverständnis

noway schrieb:Ich frage eher: Könnten Größen wie c, G, ℏ emergente Größen sein,
die sich aus systemischen Rückkopplungen, Raumstruktur oder Modenbildung ergeben –
noch bevor klassische Geometrie überhaupt etabliert ist?

Ja, könnten sie. In einer emergenten Theorie der Raumzeit haben c, \hbar, G nicht die Rolle von "axiomatischen Grundgrößen", sondern verhalten sich wie Materialparameter und...

- ...kodieren die makroskopischen Eigenschaften des Raumzeit-Kontinuums.
- ...könnten in anderen "Phasen" der Raumzeit (z. B. frühes Universum, schwarze Löcher, andere Universen) andere Werte annehmen.
- ...vermitteln, wie die fundamentalen Mikroprozesse makroskopisch erscheinen, aber sind selbst nicht das Fundament.

Das ist ein radikaler, aber konsequenter Schritt, und eine notwendige Voraussetzung, wenn man Raumzeit und Gravitation als emergente Phänomene verstehen will. Die theoretischen Details bzw. Modelle dazu sind freilich weitaus komplexer und man beginnt da am besten zunächst bei der Schleifenquantengravitation, um ein gewisses theoretisches Fundament für weitere Überlegungen zu haben.

stefan33 schrieb:Das wäre dann aber die Frage: Warum ist das Universum genau so wie es ist?
Und das ist, glaube ich, keine Frage, die die Physik beantworten kann, oder?
Physik beschreibt, was ist, fragt also "Wie?", nicht "Warum?"
Dessen ungeachtet sind die "Warum?"-Fragen natürlich spannend.

noway schrieb:Guter Einwand – im klassischen Sinn stellt Physik tatsächlich Wie-Fragen, keine metaphysischen Warum-Fragen.

Sehe ich anders, um nicht zu sagen: Es ist schlichtweg falsch. Beispiel "Dunkle Materie": Naturwissenschaft fragt nicht nur, wie verhält sich die Umlaufgeschwindigkeit von Sternen in den Außenbereichen von Galaxien (das ist durch Messungen auch schnell beantwortet), sondern vor allem auch, warum verhält es sich so.

Da ihr das ja sicher alle wisst, frage ich mich, warum das bisher nicht erwähnt wurde: In gewissem Sinn "erklärt" sich c doch durch Maxwell, das war ja überhaupt erst der Grund für die Idee, Licht als elektromagnetische Welle zu identifizieren, aber scheinbar ist mit "struktureller Herleitung" was anderes gemeint? Und was ist denn jetzt "fundamentaler": \mu_0 und \varepsilon_0 oder c und warum?

@simulakron
Gut aufgepasst und sehr gute Frage, die mir neulich auch wieder durch den Kopf ging. Und tatsächlich könnte man elektrische und magnetische Feldkonstante als fundamental behandeln und die Lichtgeschwindigkeit daraus ableiten, rein theoretisch spricht nichts dagegen. Der Punkt ist aber vor allem, dass elektrische und magnetische Feldkonstante lediglich innerhalb der Elektrodynamik eine Rolle spielen, die Lichtgeschwindigkeit hingegen in Elektrodynamik, SRT/ART und QFT. Das spricht dafür, die Lichtgeschwindigkeit als grundlegender zu behandeln. Dazu kommt: Aus praktischer Sicht ist die Lichtgeschwindigkeit viel präziser messbar als die elektr./magn. Feldkonstante. Rein aus systemischer Sicht macht es also das SI robuster und konsistenter. Das moderne SI und die moderne Physik haben sich also letztendlich vor allem aus Konvention bzw. letztendlich rein pragmatischen und theoretischen Gründen dafür entschieden, die Lichtgeschwindigkeit als fundamental zu betrachten, was philosophisch natürlich nicht ganz uninteressant ist.
Und historisch war zunächst der entscheidende Schritt die Definition des Meters über c (1983) und anschließend (bzw. 2019) dann die Reform des internationalen Einheitensystems (SI) auf Basis von sieben Naturkonstanten, darunter die Lichtgeschwindigkeit c.

Noumenon, ja das ist gut, deine Sichtweise ergibt Sinn. Dann müsste man scheinbar das weiter diskutieren:

Noumenon schrieb:Das moderne SI und die moderne Physik haben sich also letztendlich vor allem aus Konvention bzw. letztendlich rein pragmatischen und theoretischen Gründen dafür entschieden, die Lichtgeschwindigkeit als fundamental zu betrachten, was philosophisch natürlich nicht ganz uninteressant ist.

Ja (und das Mol hat glaube ich sogar soziologische Gründe), vor allem wenn man sozusagen "die mathematischen Formulierungen ontologisch auflädt", dann ist Licht - ontologisch - scheinbar halt ja eben eine EM-Welle, aus Sicht der Philosophie, so schiene es mir, müsste man dann eigentlich trotzdem dort ansetzen, oder nicht?

Noch zwei andere Fragen:
1. Ich wüsste gerade selber eine entsprechende mathematische Herleitung nicht, dehalb zögerlich und unter Vorbehalt, dass ich das falsch verstanden habe: Soweit ich weiss, ist in der QFT c auch gar keine Konstante, sondern lässt sich über Mittelungsgeschichten aus Pfadintegralen und dem Wirkungsprinzip ableiten?
2. Sekunde / Meter / Ampere / Kilogramm - für die üblichen Konstanten hat man also eigentlich 3 Freiheitsgrade und kann drei Konstanten dem Wert nach 1 setzen, was ja auch nicht unüblich ist. Und die Konstanten kommen in den mathematischen Formulierungen ja auch ausschliesslich als Faktoren vor (mir ist gerade jedenfalls keine andere Stelle bekannt), womit sie - nach Setzung als 1 - aus den mathematischen Formulierungen schlicht verschwinden. Da bin ich mir nicht ganz sicher, wie ich das "philosophisch" einordnen wollen würde. Ist zum Beispiel "c ist eine Konstante" womöglich nur die Aussage "Raum und Zeit sind miteinander in Beziehung" und die Spielereien mit Einheiten und den entsprechenden numerischen Werten nur ein Aspekt oder irgend eine Art von Artefakt unseres Wahrnehmungsapparates von dieser Beziehung?

simulakron schrieb:Ja (und das Mol hat glaube ich sogar soziologische Gründe), vor allem wenn man sozusagen "die mathematischen Formulierungen ontologisch auflädt", dann ist Licht - ontologisch - scheinbar halt ja eben eine EM-Welle, aus Sicht der Philosophie, so schiene es mir, müsste man dann eigentlich trotzdem dort ansetzen, oder nicht?

Nein, denn die fundamentale Rolle der Lichtgeschwindigkeit geht ja über Licht bzw. Photonen hinaus. Oder anders ausgedrückt: Nicht alles, was sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, ist elektromagnetisch. Alle masselosen Teilchen und alle kausalen Einflüsse im Vakuum bewegen sich mit genau dieser Geschwindigkeit, unabhängig vom Feldtyp, also bspw. auch Gravitonen oder Gluonen.

simulakron schrieb:Soweit ich weiss, ist in der QFT c auch gar keine Konstante, sondern lässt sich über Mittelungsgeschichten aus Pfadintegralen und dem Wirkungsprinzip ableiten?

Kann ich nicht bestätigen. Das Wirkungsprinzip selbst setzt c bereits voraus (über die Lagrangedichte).

simulakron schrieb:Ist zum Beispiel "c ist eine Konstante" womöglich nur die Aussage "Raum und Zeit sind miteinander in Beziehung" und die Spielereien mit Einheiten und den entsprechenden numerischen Werten nur ein Aspekt oder irgend eine Art von Artefakt unseres Wahrnehmungsapparates von dieser Beziehung?

Hier bin ich nicht ganz sicher, worauf du hinauswillst. Der spezielle numerische Wert (ca. 300000m/s) ist natürlich nur ein Artefakt unserer Maße, nichtsdestotrotz ist c konstant und spiegelt - nach allem, was wir wissen - eine tatsächliche Eigenschaft der physikalischen Welt wider. Ich persönlich verstehe c bspw. einfach als die maximale Geschwindigkeit, mit der sich kausale Einflüsse in Raum und Zeit ausbreiten können. Gab auch mal ein super Video von PBS Spacetime dazu:

The Speed of Light is NOT About Light

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Noumenon schrieb:Ja, könnten sie. In einer emergenten Theorie der Raumzeit haben c,ℏ,Gc,ℏ,G nicht die Rolle von "axiomatischen Grundgrößen", sondern verhalten sich wie Materialparameter und...

Wenn Größen wie c, G oder ℏ sich als Materialparameter eines strukturierten Raums interpretieren lassen –
dann könnten sie nicht nur emergent, sondrn auch lokal modulierbar sein,
ähnlich wie z. B. Dichte, Elastizität oder Leitfähigkeit in einem Medium.

Das würde klassische Geometrie nicht ersetzen –
aber vielleicht erklären, warum sie sich genau so stabil und einheitlich verhält.

Und es würde eine Brücke schlagen zwischen Raumzeit als Geometrie
und Raumstruktur als physikalischem Träger –
also gewissermaßen: die "Materialwissenschaft" des Raums.

Noumenon schrieb:Guter Einwand – im klassischen Sinn stellt Physik tatsächlich Wie-Fragen, keine metaphysischen Warum-Fragen.

Sehe ich anders, um nicht zu sagen: Es ist schlichtweg falsch. Beispiel "Dunkle Materie": Naturwissenschaft fragt nicht nur, wie verhält sich die Umlaufgeschwindigkeit von Sternen in den Außenbereichen von Galaxien (das ist durch Messungen auch schnell beantwortet), sondern vor allem auch, warum verhält es sich so.

Natürlich fragt Physik auch „Warum?“ – z. B. in Fällen wie der Dunklen Materie.

Ich wollte nur auf die Differenz hinaus, die oft zwischen funktionalem Warum („Was verursacht das?“)
und metaphysischem Warum („Wozu existiert das?“) gezogen wird.

Im Fall Dunkle Materie ist das "Warum?" ganz klar eine physikalische Ursachenfrage –
und genau solche strukturellen „Warum“-Fragen finde ich spannend:
Warum sind bestimmte Konstanten wie c oder ℏ so stabil?
Warum verhalten sich Systeme kohärent, wo eigentlich Entropie dominieren müsste?

Also ja – ich stimme dir zu:
Das "Warum?" gehört zur Physik – wenn es strukturell oder kausal gemeint ist.
Und genau da setzen strukturelle Modellansätze an.

Noumenon schrieb:Alle masselosen Teilchen und alle kausalen Einflüsse im Vakuum bewegen sich mit genau dieser Geschwindigkeit

Ah ja ok, guter Einwand, daran hatte ich nicht gedacht.
Kausalität klingt zwar nach "tieferen Zusammenhängen", wird ja aber, soweit ich das verstanden habe, auch über Wechselwirkungsteilchen abgebidet, liesse sich also wieder auf deren Geschwindigkeiten zurückführen, oder?

Noumenon schrieb:Das Wirkungsprinzip selbst setzt c bereits voraus (über die Lagrangedichte).

Hm, bist du sicher? Ich wüsste jetzt aus dem Stegreif nicht, wo ich schon mal c in einer Formulierung über die Wirkung gesehen hätte (allerdings kenne ich mich mit der QFT bestenfalls oberflächlich aus), hättest du zufällig gerade ein Beispiel auf Lager, würde mich interessieren?

Noumenon schrieb:Hier bin ich nicht ganz sicher, worauf du hinauswillst. Der spezielle numerische Wert (ca. 300000m/s) ist natürlich nur ein Artefakt unserer Maße, nichtsdestotrotz ist c konstant und spiegelt

Was mir im Kopf herumschwebte war, dass, wenn man die Freiheit hat, den numerischen Wert 1 zu setzen, dieser aus "philosophischer Warte" dann möglicherweise nichts weiter als ein Konversionsfaktor darstellt. Ist jetzt sicher ein viel zu einfach gestricktes Beispiel, aber wenn man das in E=mc2 macht und dann E=m hat, schlüpft c (zumindest an solchen Stellen) ja in gewisser Weise nur in die Rolle eines Umrechnungsfaktors von Kilogramm nach Joule.
(In der statistischen Mechanik wird ja beispielsweise die Boltzmann-Konstante teilweise so ähnlich, als Umrechnungsfaktor von Kelvin nach Joule, vorgestellt. Mit c ist das sicher viel komplizierter, wenn ich bspw. an Lorentztrafos denke, aber ich fand den Gedanken interessant und mal erwähnenswert.)

simulakron schrieb:Was mir im Kopf herumschwebte war, dass, wenn man die Freiheit hat, den numerischen Wert 1 zu setzen, dieser aus "philosophischer Warte" dann möglicherweise nichts weiter als ein Konversionsfaktor darstellt.

Ja, so ist es auch. Die Lichtgeschwindigkeit hat in erster Linie eine dimensionale Bedeutung, sie verbindet quasi Raum und Zeit (Einheit: m/s). Dass es nun genau 299792.458 km/s sind, ist der Definition von Meter und Sekunde verschuldet. Du könntest c ja bspw. auch als 186282 Meilen pro Sekunde angeben und hast dann natürlich einen anderen numerischen Wert.

simulakron schrieb:Kausalität klingt zwar nach "tieferen Zusammenhängen", wird ja aber, soweit ich das verstanden habe, auch über Wechselwirkungsteilchen abgebidet, liesse sich also wieder auf deren Geschwindigkeiten zurückführen, oder?

Nicht ganz. Die Begrenzung der Kausalität auf c ist nicht bloß ein Effekt der Teilchengeschwindigkeiten, sondern eine Konsequenz der Struktur der Raumzeit und der Wirkung, die so gebaut ist, dass sie diese Grenze respektiert. Oder anders gesagt: Die Wirkung ist lorentzinvariant (oder soll es zumindest sein) und damit ist c als fundamentale Konstante bereits vorausgesetzt. Die Lichtkegelstruktur, also die Kausalitätsgrenze bei c, ergibt sich daher nicht erst aus dem Verhalten von Teilchen, sondern bereits aus der Form der Wirkung selbst.

Ich meine, dass das auch in dem Video von PBS Spacetime näher erläutert wird, ist aber schon eine Weile her, dass ich es geschaut hatte.

simulakron schrieb:Hm, bist du sicher? Ich wüsste jetzt aus dem Stegreif nicht, wo ich schon mal c in einer Formulierung über die Wirkung gesehen hätte (allerdings kenne ich mich mit der QFT bestenfalls oberflächlich aus), hättest du zufällig gerade ein Beispiel auf Lager, würde mich interessieren?

Stichwort 'Lagrange-Dichte', wie gesagt. Nur ist das mit der Lagrange-Dichte halt auch nix, was man mal eben in drei Sätzen erklären kann, sonst wäre es schon auf der Oberstufe ein Thema, ist es aber nicht einmal im Grundstudium der Physik. Aber kurz: Würde die Lichtgeschwindigkeit nicht explizit in der Lagrange-Dichte auftauchen, wäre sie nicht lorentzinvariant. In vielen Darstellungen der Lagrange-Dichte wird die Konstante bloß weggelassen, womit wir wieder beim Thema der natürlichen Einheiten wären...