Raumzeit als Wechselwirkung zwischen Zeitenraum und Ausdehnungsraum?

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Pfunz

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Seit meinem letzten Thread im Frühjahr 2013 habe ich mir einige Gedanken darüber gemacht, wie der Raum effektiv „energetisch“ erschlossen werden könnte. Dabei habe ich mir überlegt, ob es neben der Zeit nicht weitere Phänomene gibt, die eigentlich weitere Dimensionen darstellen sowie wenn ja, ob diese Phänomene allenfalls verschiedene Dimensionen der Zeit, bzw. eines Zeitenraums sind.

Konkret habe ich mir überlegt, ob Geschwindigkeit, Beschleunigung und Materie allenfalls als weitere Dimensionen verstanden werden können sowie ob diese Phänomene allenfalls bestimmte Zeitfunktionen sind.

Eine Darstellung dieser Phänomene als Zeitfunktionen wäre m.E. möglich, wenn die Vorstellung einer vierdimensionalen Raumzeit modifiziert würde durch die Vorstellung von zwei gleichwertigen Räumen bzw. Raumtypen, die im Planckbereich durch Strings miteinander verbunden sind und die jeweiligen Projektionsflächen, bzw. Andockungspunkte für die Strings, sog. Branen der jeweiligen Raumtypen sind.

Als (durch Branen und Strings verbundene) Raumtypen postuliere ich die beiden folgenden:

a) Ausdehnungsraum (statischer Bereich): Hierbei handelt es sich um den dreidimensionalen Raum (in meinem letzten Thread nannte ich ihn „virtuellen Raum“). Der Ausdehnungsraum lässt in seinem kleinsten Bereich beschreiben als eine zweidimensionale Brane von der Kantenläge der Plancklänge kombiniert mit der Möglichkeit einer dreidimensionalen Winkeländerung (in der Theorie der Quantenschleifengravitation als „Ashketar-Zusammenhang“ bezeichnet). Durch diese Kombination ergibt sich eine Schleife. „Räumliche Abstände, Flächeninhalte und Volumina werden erst erzeugt, indem aus den Schleifen eine Art Gitternetzwerk als Raum erbaut wird“ (sh. dazu Bojowald M., Zurück vor den Urknall, Die ganze Geschichte des Universums, Frankfurt am Main, S. 108). So eine Schleife nenne ich Raumquant.

Auf Seite 110 schreibt Bojowald, dass in jeder Schleife auch Zeit sei. Da kommt nun meine Überlegung ins Spiel. Wie kann Zeit in eine solche Schleife eingebettet sein? Welcher Art ist diese Zeit? Ist es einfach nur linear verlaufende Zeit oder ist der Sachverhalt allenfalls komplexer – ist einem Raumquant nicht einfach nur Zeit, sondern allenfalls jeweils ein ganzer Zeitenraum angedockt (insbesondere wenn Raumquants Verbindungen mit anderen eingehen)?

b) Zeitenraum (dynamischer Bereich): Meine Überlegung geht dahin, dass es zusätzlich zum Ausdehnungsraum einen ganzen Zeitenraum geben muss und nicht nur eine eindimensionale Zeit. Wenn es tatsächlich so einen Zeitenraum gäbe, welches wären dann dessen Dimensionen? Diesbezüglich bin ich zu folgendem Schluss gekommen:

- Die erste Dimension ist das Ausmass der Zeitverlangsamung (z.B. bei Gravitation, Beschleunigung oder einfacher Geschwindigkeit vergeht die Zeit langsamer). Die maximale Zeitvergehgeschwindigkeit ist das Planck‘sche Wirkungsquantum. Davon wird ausgegangen und dann auf dem Strahl dieser ersten Dimension der Grad der Verlangsamung angegeben.

- Die zweite Dimension ist das Ausmass der Verwischung. Je grösser das Ausmass der Zeit-Verwischung, desto mehr mögliche Zeitpunkte gibt es für ein bestimmtes Raumquant. Besser ist, man spricht von Zeitquant als von Zeitpunkt. Dies deswegen, weil der Zeitpunkt eigentlich die ab dem Urknall genau abgelaufene Zeit auf einem Zeitenstrahl angibt. Es geht hier aber darum, wo sich die Raumquants in der Zeit gleichzeitig befinden, bzw. auf dem Zeitstrahl gleichmässig bewegen. Das definiere ich als Zeitquant. Sh. zur Verwischung u.a. „Die Stringtheorie, Wikibooks, S. 6; [Verschmelzung von allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik], Link: http://de.wikibooks.org/wiki/Die_Stringtheorie:_Druckversion ). Es können einem Raumquant potenziell somit mehrere Zeitquants zugordnet werden, bzw. ist einem Raumquant bei Verwischung der genaue Zeitpunkt nicht definitiv zuordbar, sondern nur ein Zeitbereich.

- Die dritte Dimension gibt das Ausmass der Überlagerung an. Darunter ist zu verstehen, wieviel verschiedene miteinander verbundene, bzw. gebündelte Raumquants sich genau auf ein und demselben Zeitquant befinden und sich somit Raumquanten auf einem Zeitquant stapeln, bzw. überlagen. Die Überlagerung ist somit das Gegenstück zur Verwischung. Vom Zeitenraum aus betrachtet, kann einem Zeitquant bei Überlagerung somit nicht genau ein Raumquant zugeordnet werden, sondern effektiv mehrere.

Man wird sich vielleicht wundern, weshalb ich nicht den normalen Zeitenstrahl bzw. den normalen Ablauf der Zeit von einem Zeitpunkt zum nächsten eine Dimension zugeteilt habe. Dies ist m.E. aber insoweit nur konsequent weil in der Schleifenquantentheorie einer Raumschleife auch nicht die Koordinaten im Ausdehnungsraum zugeordnet werden. Der Ausdehnungsraum ergibt sich aus den Raumquants (und nicht umgekehrt). Analoges hat m.E. für den Zeitenraum zu gelten. Die Koordinaten im Raum eines Raumquants sind ein Produkt und nicht eine Ausgangslage. Gleich verhält es sich mit der Zeit im Zeitenraum.


Wie können die beiden Räume verbunden sein?

Jeweils auf der kleinsten Ausdehnungsfläche gibt es je eine Membrane (Brane), einerseits die Raumbrane und andererseits die Zeitbrane. Eine Raumbrane, solange sie nicht gespannt ist, hat grundsätzlich die Ausdehnung der Planckfläche (Plancklänge im Quadrat). Die Zeitbrane hat (grundsätzlich) die „Fläche“ der Planckzeit.

Die Brane zum Ausdehnungsraum kann man m.E. mit der D9-Brane und jene zum Zeitenraum mit der D0-Brane der Stringtheorie vergleichen (sh. dazu „Die Stringtheorie, Wikibooks, S. 18 [D-Branen]).

Die Frage ist nun, wie diese beiden Branen in Verbindung gebracht werden können. Hier schlägt m.E. nun die Stunde der Strings und durch diese String-Verbindung der beiden Branen entsteht auch das, was wir als Energie verstehen. Eine Raumbrane und eine Zeitbrane verbunden mit einem String kann man m.E. als „Raumzeitquant“ definieren.

Zählen wir die Dimensionen zusammen:

3 Raumdimensionen
3 Zeitdimensionen
2 Dimensionen für die Raumbranen
2 Dimensionen für die Zeitbranen
1 Dimension für die Strings

Dies ergäbe total 11 Dimensionen. Meiner Ansicht nach kann man sich 11 Dimensionen im obigen Sinne durchaus vorstellen und die M-Theorie würde etwas fassbarer – sofern die M-Theorie sich mit meinen obigen Überlegungen überhaupt vereinbaren lässt. Es wäre wünschenswert, wenn jemand im Thread diese Frage beurteilen könnte.


Vereinbarkeit von allgemeiner Relativitätstheorie und Quantentheorie?

Wenn an meiner Idee etwas dran ist, dann lassen sich die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie wohl deswegen nicht vereinen, weil sie verschiedene Räume von verschiedener Warte aus beschreiben. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt von einer Zeitbrane aus den Ausdehnungsraum, während die Quantentheorie von der Warte einer Raumbrane den Zeitenraum beschreibt.


Internetlink

Ich habe mir zum Thema noch ein paar weitere Überlegungen gemacht. Sh. dazu den folgenden Link: http://cailler554.wix.com/zeitenraum


Gerne stelle ich meine Idee der Wechselwirkung zwischen je dreidimensionalen Zeiten- und Ausdehnungsräumen zur Diskussion.

Pfunz
 

Bernhard

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sofern die M-Theorie sich mit meinen obigen Überlegungen überhaupt vereinbaren lässt.
Hallo Pfunz,

die Stringtheorien arbeiten (so viel ich weiß) allesamt immer nur mit einer Zeitdimension. Insofern sind Deine Überlegungen wohl eher nicht mit der M-Theorie vereinbar.
MfG
 

Pfunz

Registriertes Mitglied
Hallo Bernhard

Es ist wahrscheinlich eine Definitionsfrage, was man unter verschiedenen Zeitdimensionen versteht. Gemäss meinen Ausführungen postuliere ich ja nicht, dass die Zeit parallel auf zwei verschiedene Arten vergehen kann, sondern habe lediglich versucht, die Zeitphänomene der Verlangsamung, Verwischung und Überlagerung räumlich darzustellen.

Interessant ist in diesem Zusammenhang allenfalls der folgende Link:
http://www.telegraph.co.uk/news/sci...09999/Are-we-missing-a-dimension-of-time.html

Itzhak Bars postuliert zwei Zeitdimensionen und findet offenbar dafür Indizien in der M-Theorie "Bars first found hints of an extra time dimension in M-theory in 1995".

Gruss - und danke für die Zeit, meine Ideen durchzulesen.
Pfunz
 

Bernhard

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Es ist wahrscheinlich eine Definitionsfrage, was man unter verschiedenen Zeitdimensionen versteht.
Hallo Pfunz,

wenn Du es so formulierst finde ich es schon besser. Rein formal kann man auch kompaktifizierte, zeitartige Dimensionen definieren, nur ist es eben ein "weiter Weg" bis zu den physikalischen Konsequenzen. Faszinierend ist das bestimmt, aber auch ziemlich anspruchsvoll. Wenn ich zuviel Zeit über habe, was leider eher selten vorkommt, so arbeite ich mich aktuell durch das Buch von Barton Zwiebach, "A first course in String theory". Meiner Meinung nach ziemlich empfehlenswert, wenn man sich ernsthaft in die Thematik einarbeiten will und mit der zugehörigen Mathematik nicht übermäßig souverän umgehen kann.

In diesem Buch gibt es beispielsweise eine genial einfache Begründung für den gaussschen Satz mit einem kleinen infinitesimalen Flächenstück, was sehr hilfreich ist, wenn man sich mit der Integrationstheorie auf gekrümmten Mannigfaltigkeiten beschäftigen will. Ich kenne mich damit zwar auch nicht wirklich gut aus, aber immerhin konnte ich mal ein Beispiel für den gausschen Satz auf dem Zylinder rechnen. Von den Formeln her ist es nämlich gar nicht so einfach zu sehen, dass das tatsächlich auch funktioniert.

Leider wird in dem Buch auch diese krumme Formel 1+2+3+4+5+...=-1/12 verwendet, aber zu dieser Formel gibt es ja im Internet bereits viele Kommentare.
MfG
 

Pfunz

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Hallo Bernhard
Ja, genau dahin ging meine Frage, ob der Zeitenraum allenfalls als sog. kompaktifizierte Dimensionen verstanden werden kann. Mit meinen äusserst bescheidenen Mathematik-Kenntnissen (die Mittelschule ist schon bald dreissig Jahre her), werde ich es selber wohl nie herausfinden können. Danke aber für den Buchtipp. Bis jetzt bin ich über die Wikibooks-Ausgabe nicht gekommen. Aber das ist faszinierend.
Schönen Abend noch.
Pfunz
 

ralfkannenberg

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Leider wird in dem Buch auch diese krumme Formel 1+2+3+4+5+...=-1/12 verwendet
Hallo Bernhard,

so was passiert halt, wenn man nicht wohldefinierte Begriffe schlampig definiert und dann sein Glück in analytischen Fortsetzungen versucht. Da muss man dann schon ein bisschen mehr tun als einfach mal der Bequemlichkeit halber unendlich addieren und später wieder subtrahieren und da ist es auch keine Schande, mal nachzuweisen, dass zwei Definitionen äquivalent sind.

Wird bei dieser Formel natürlich alles nicht gemacht, wobei mir die "Formel" zeta(0) = -1/2 fast noch mehr auf dem Magen liegt, zumal eine monoton steigende Reihe von positiven Gliedern nicht negativ werden kann. Da wurde offensichtlich bei einem Äquivalenznachweis zweier Definitionen geschlampert.

Das Ding ist auf IR nur dann sauber definiert, wenn das Argument der zeta-Funktion echt grösser als 1 ist, oder auf IC, wenn der Realteil des Argumentes echt grösser als 1 ist.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bernhard

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Das Ding ist auf IR nur dann sauber definiert, wenn das Argument der zeta-Funktion echt grösser als 1 ist, oder auf IC, wenn der Realteil des Argumentes echt grösser als 1 ist.
Hallo Ralf,

genau das ist des Rätsels Lösung, was zeigt, dass die Verwendung dieser "Formel" einfach eine grausige Abkürzung ist, die in dem konkreten Anwendungsfall aber scheinbar zulässig ist. Den Beweis eben dieser Zulässigkeit hat sich der Autor leider gespart. Rein didaktisch könnte man diesen Sachverhalt also deutlich besser darstellen.

Aber sei's drum. Wenn man's weiß, kann man eben diese Stelle überspringen und hat auf den restlichen Seiten des Buches eine gute Einführung in die Methoden der Stringtheorie.
MfG
 

ralfkannenberg

Registriertes Mitglied
genau das ist des Rätsels Lösung, was zeigt, dass die Verwendung dieser "Formel" einfach eine grausige Abkürzung ist, die in dem konkreten Anwendungsfall aber scheinbar zulässig ist. Den Beweis eben dieser Zulässigkeit hat sich der Autor leider gespart.
Hallo Bernhard,

ich habe mir das nicht im Detail angeschaut, d.h. ich kann nur vermuten, was da passiert ist. Ich habe ja geschrieben, dass bei solchen Sachen meistens irgendwo "unendlich" addiert und dann später irgendwo "unendlich" subtrahiert wird.

Ohne zusätzliche Voraussetzungen mündet das in die Beliebigkeit, d.h. jede Zahl kommt als Lösung in Frage, aber natürlich gibt es Möglichkeiten, das einzuschränken, indem man eben eine (oder mehrere) passende zusätzliche Voraussetzungen postuliert, welche eben das Zusammenspiel der Addition von "unendlich" und der Subtraktion von "unendlich" genauer regeln. Und dann kann es durchaus passieren, dass dabei dann genau eine Lösung herauskommt.

Im vorliegenden Fall vermute ich also - wie gesagt, ich bin kein Stringtheoretiker - dass man die Addition und die Subtraktion vom Unendlichen "ähnlich" gestaltet hat und anschliessend eine stetige oder gar stetig differenzierbare Fortsetzung (die Wortwahl analytische Fortsetzung suggeriert das) zu -1 getätigt hat.


Nehmen wir ein einfaches Beispiel, um das obige zu verdeutlichen:

was ist 0/0 ?

Man ist ja geneigt, 1 zu sagen, aber hierfür verwendet man schon stillschweigend zusätzliche Annahmen.

Ganz allgemein muss man hierfür folgenden Grenzwert betrachten:

lim [sub]{x->0, y->0}[/sub] x/y

Seien 3 Spezialfälle hervorgehoben:

Spezialfall 1: y=x²
lim [sub]{x->0}[/sub] x/x² = lim [sub]{x->0}[/sub] 1/x wächst über alle Schranken (geht also gegen unendlich)

Spezialfall 2: y=(1/K)*x
lim [sub]{x->0}[/sub] x/(1/K)*x = lim [sub]{x->0}[/sub] Kx/x = K

Spezialfall 3: y=x
lim [sub]{x->0}[/sub] x/x = 1


Meist nimmt man stillschweigend an, dass x und y "gleich" gegen 0 streben, d.h. man nimmt stillschweigend den Spezialfall 3 und erhält die wohlbekannte 1.

Das ist im Allgemeinen aber nicht der Fall, es kann auch K oder sogar "unendlich" herauskommen.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bernhard

Registriertes Mitglied
Im vorliegenden Fall vermute ich also - wie gesagt, ich bin kein Stringtheoretiker - dass man die Addition und die Subtraktion vom Unendlichen "ähnlich" gestaltet hat und anschliessend eine stetige oder gar stetig differenzierbare Fortsetzung (die Wortwahl analytische Fortsetzung suggeriert das) zu -1 getätigt hat.
Hallo Ralf,

es gibt dazu erst mal den folgenden hilfreichen Artikel auf den scienceblogs: http://scienceblogs.de/mathlog/2014/01/19/123456-112/ . In der Stringtheorie wird dieser Grenzwert der Zeta-Funktion verwendet und wenn ich mich recht erinnere, geht es bei der zugehörgen Rechnung um eine Summation über alle Schwingungsmoden eines bestimmten vereinfachten Problems. Eventuell entspricht ja das physikalische Bild der Schwingungsmoden einer idealisierten Grenzwertbetrachtung innerhalb des Modells? So würde die Rechnung dann zumindest einen gewissen Sinn ergeben.

Konkreter kann ich das momentan ohne Literatur leider auch nicht ausdrücken.
MfG
 

ralfkannenberg

Registriertes Mitglied
Hallo Ralf,

es gibt dazu erst mal den folgenden hilfreichen Artikel auf den scienceblogs: http://scienceblogs.de/mathlog/2014/01/19/123456-112/ . In der Stringtheorie wird dieser Grenzwert der Zeta-Funktion verwendet und wenn ich mich recht erinnere, geht es bei der zugehörgen Rechnung um eine Summation über alle Schwingungsmoden eines bestimmten vereinfachten Problems. Eventuell entspricht ja das physikalische Bild der Schwingungsmoden einer idealisierten Grenzwertbetrachtung innerhalb des Modells? So würde die Rechnung dann zumindest einen gewissen Sinn ergeben.
Hallo Bernhard,

auch ohne Kenntnis dieser Details lassen sich prinzipiell gültige Aussagen zur vorliegenden Situation sehr einfach formulieren.

Sowohl die unendliche Summe von 1 ("zeta(0)") also auch die unendliche Summe von n ("zeta(-1)") wächst über alle Schranken an, divergiert also gegen plus unendlich.

Das kann man drehen und wenden wie man will, das ist so und da gibt es auch keinerlei "Interpretationsspielraum"; deswegen habe ich das "zeta(0)" und das "zeta(-1)" beide in Anführungsstriche geschrieben.

Wenn da also auch "ein anderes Ergebnis" herauskommen kann wie -1/2 oder -1/12, so müssen beide Spezialfälle einer allgemeineren Situation sein, und eine solche allgemeinere Situation kann man erzielen, indem beispielsweise beide Seiten einer Gleichung mit 0 multipliziert werden und dann später wieder irgendwie "passend" durch 0 dividiert wird, oder auf beiden Seiten "unendlich" addiert und dann später wieder passend "unendlich" subtrahiert wird.

Oder allgemeiner: es muss eine Operation angewandt worden sein, bei der die Eindeutigkeit verloren gegangen ist und dann später eine andere Operation angewandt worden sein, bei der eine neue Eindeutigkeit hergestellt wird, wobei diese neue hergestellte Eindeutigkeit natürlich ein anderes Ergebnis zur Folge haben kann.

Also irgend so etwas muss da passiert sein, damit es überhaupt zu einer solchen Identität kommen kann.

Und das wiederum bedeutet, dass die zugrundeliegenden Definitionen nicht äquivalent waren. Was zunächst einmal nicht wirklich schlimm ist - man hat einfach unterschiedliche Definitionen, die halt nicht zueinander äquivalent sind, und eine dieser Definitionen - die übrigens durchaus wohldefiniert und widerspruchsfrei sein kann, und hoffentlich auch ist - führt dann eben zu der vorgenannten Identität, die in der Stringtheorie zur Anwendung kommt.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bernhard

Registriertes Mitglied
Hallo Ralf,

ich habe mir den Artikel auf scienceblogs nochmal angesehen. Dort wird ja gerade beschrieben, dass die Grenzwertbildung "zeta(-1)" zu -1/12 nicht zulässig ist. Es ist also gut möglich, dass da Herr Zwiebach von einem anderen Stringtheoretiker einfach etwas Falsches abgeschrieben hat. Ich muss mir das nochmal in Ruhe ansehen.
MfG
 
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