CPT-Theorem und Baryogenese
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photon



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BeitragVerfasst am: 09.01.2013, 21:12    Titel: Antworten mit Zitat

Uli hat Folgendes geschrieben:

Der Prozess (3) ist nicht nur möglich, sondern läuft im Standardmodell (das CPT-invariant ist) auch mit der gleichen Wahrscheinlichkeitsamplitude wie (1) ab. Natürlich ist dieser CPT-gespiegelte Prozess auch physikalisch möglich. Warum sollte er das auch nicht sein.

da du zuvor geschrieben hattest, daß es sich hier mehr um Mathematik geht und Zeitinversion (
Zitat:
Objekte, die aus der Zukunft kommen
) die Kausalität verletzt war ich der Meinung, daß solche Prozesse nicht physikalisch/ wirklich möglich seien. Du meintest jedoch nur die reine Zeitumkehr (also ohne zusätzliche CP Umkehr) oder?

Zitat:
Du willst nun den gesamten Urknall CPT-transformieren?
Das wäre dann kein Urknall mehr sondern eine Ereignis, bei dem aus allen Richtungen Teilchen auf einen Punkt zuströmen (statt auseinander zu fliegen, das ist die Wirkung von T): kein "big bang" sondern "big final" oder so. Wenn du dazu dann noch dafür sorgst, dass statt jedes wegfliegenden Teilchens das entsprechende Antiteilchen mit der gleichen Geschwindigkeit einläuft (wegen CP), dann hättest du den Urknall CPT-transformiert.

also der Gedanke war folgender. Da nach dem CPT-Theorem eine CPT-Vertauschung möglich ist (sofern es die Theorie erlaubt, d.h. bzgl. CPT Vertauschung invariant ist) dachte ich mir, daß durch die gleichzeitige Umkehr aller drei Größen (also nicht nur T) wieder ein physikalisch sinnvoller Prozess entsteht, der genauso beginnt und endet wie in unserem Universum, nur daß von der jeweils anderen ''Seite'' aus der Prozess (mit Prozess meine ich dann Urknall -> Bildung des Universums bzw. Urknall -> Bildung des Anti-Universums) zeitlich negativ verläuft (also T=0,-1,-2,-3,... -13,7 Milliarden Jahre,...), daß aber Beobachter im jeweils eigenen Universum die Zeit als vorwärts gerichtet wahrnehmen und somit in beiden Fällen erst der Big Bang und dann die Expansion kommt. Diese etwas ''vage'' Vermutung (also wie ich darauf gekommen bin) basiert auf dem was ich bezüglich der Zeit gelesen habe:
Zitat:
Zur Symmetrie der beiden Richtungen der Zeit

Die Gesetze der Physik, die den Grundkräften der Phänomene unseres Alltags zugrunde liegen, sind invariant bezüglich einer Inversion der Zeit. Das bedeutet, dass zu jedem Vorgang, der diesen Gesetzen gehorcht, auch der zeitumgekehrte im Prinzip möglich ist.

[...]

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik verletzt damit die Symmetrie bezüglich der beiden Richtungen der Zeit. Er lässt sich daher auch nicht aus den Grundgesetzen der Physik herleiten, sondern hat die Eigenschaft eines Postulats. Die beiden Richtungen der Zeit verlieren damit ihre Gleichwertigkeit, und man spricht vom thermodynamischen Zeitpfeil. Er wird als potenzielle Basis für das Fließen der Zeit von der Vergangenheit in die Zukunft angesehen, so wie wir es in unserer Alltagswelt erfahren.

[...]

Könnte jemand die Zeit umkehren, dann sähe er sämtliche Vorgänge rückwärts ablaufen. Dieser umgekehrte Lauf der Zeit wäre aber nur aus der Sicht eines Beobachters erkennbar, der einer Art persönlicher Zeit unterworfen ist, die weiterhin unverändert vorwärts läuft. Eine solche Spaltung der Zeit in eine, die einem Experiment oder Gedankenexperiment unterworfen wird, und eine weitere unveränderte, ergibt jedoch keinen Sinn.

[...]

[*] Im Formalismus der Beschreibung von Antimaterie sind Antiteilchen gleichwertig zu gewöhnlichen Teilchen, die sich in gewissem Sinne rückwärts in der Zeit bewegen. In diesem Sinne hat die Paarvernichtung von einem Teilchen mit seinem Antiteilchen eine formale Ähnlichkeit mit einem einzigen Teilchen, das sich an dieser Stelle in die Vergangenheit zurückzubewegen beginnt, sodass es dort doppelt und in der Zukunft gar nicht existiert.

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Zeit#Zeit_und_Kausalit.C3.A4t]

Kausal

Danach gehen Ursachen ihren Wirkungen stets voraus. Der kausale Zeitpfeil ist ein Postulat, das das alltägliche Erleben widerspiegelt. Es ist jedoch nicht klar, ob Kausalität zwingend ist oder erst durch Wahrnehmung generiert wird.

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Zeitpfeil]


Uli hat Folgendes geschrieben:
Was ist das Anti-Universum?

es wäre sozusagen ein Spiegelbild unseres Universums: es enthält ebenso viel Antimaterie wie unseres Materie enthält. Außerdem ist es CPT gespiegelt, so daß wir es nicht wahrnehmen können. Daraus resultiert dann mein Schluß, daß wir heute nichts mehr von der primordialen Antimaterie sehen können. Durch die CPT Vertauschung wird jedoch im Anti-Universum die Kausalität nicht verletzt, so wie es eben das CPT Theorem aussagt: jede Theorie ist CPT-invariant wenn sie (unter anderem) die Kausalität erfüllt. Möglicherweise spielt da auch noch (oder stattdessen) Antigravitation mit rein um die Kausalität wiederherzustellen. Ein hier fallender Stein wäre vielleicht in einem rückwärts laufenden Universum mit Antigravitation ebenfalls ein fallender Stein (hab das jetzt aber noch nicht wirklich durchdacht Laughing, vielleicht findet sich da etwas mehr zu in diesem Paper). Und da die RT und (wie du sagst) auch das Standardmodell CPT-invariant sind...

Zitat:
Warum soll da eine CPT-Vertauschung vorliegen?

nur für die Antimaterie. Als Umkehrschluß aus der ''Tatsache'', daß keine primordiale Antimaterie mehr im Universum beobachtet wird. Und auf diese Idee kam ich wegen der formalen Darstellung der Paarerzeugung und Vernichtung (s. Zitat oben[*]), also, daß es nicht nur formal sondern auch wirklich so ist was ja das CPT Theorem anscheinend erlaubt.
_________________
Mit freundlichem Gruße
das photon
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Uli



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BeitragVerfasst am: 09.01.2013, 21:47    Titel: Antworten mit Zitat

photon hat Folgendes geschrieben:
Uli hat Folgendes geschrieben:

Der Prozess (3) ist nicht nur möglich, sondern läuft im Standardmodell (das CPT-invariant ist) auch mit der gleichen Wahrscheinlichkeitsamplitude wie (1) ab. Natürlich ist dieser CPT-gespiegelte Prozess auch physikalisch möglich. Warum sollte er das auch nicht sein.

da du zuvor geschrieben hattest, daß es sich hier mehr um Mathematik geht und Zeitinversion (
Zitat:
Objekte, die aus der Zukunft kommen
) die Kausalität verletzt war ich der Meinung, daß solche Prozesse nicht physikalisch/ wirklich möglich seien. Du meintest jedoch nur die reine Zeitumkehr (also ohne zusätzliche CP Umkehr) oder?


Aus der Zukunft kommt nichts. Weder bei

electron + positron -> myon + antimyon

noch bei

myon + antimyon -> electron + positron

kommt irgendetwas (Energie oder Information) aus der Zukunft.

photon hat Folgendes geschrieben:


...
[*] Im Formalismus der Beschreibung von Antimaterie sind Antiteilchen gleichwertig zu gewöhnlichen Teilchen, die sich in gewissem Sinne rückwärts in der Zeit bewegen. In diesem Sinne hat die Paarvernichtung von einem Teilchen mit seinem Antiteilchen eine formale Ähnlichkeit mit einem einzigen Teilchen, das sich an dieser Stelle in die Vergangenheit zurückzubewegen beginnt, sodass es dort doppelt und in der Zukunft gar nicht existiert.

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Zeit#Zeit_und_Kausalit.C3.A4t]



Ja, diese Autoren übertreiben's m.E. etwas und es sind Artikel wie diese, die solche Missverständnisse provozieren. Aber beachte mal, wie stark sie ihre Aussage selbst immer wieder gleich relativieren: "Im Formalismus...", "in gewissem Sinne", "formale Ähnlichkeit". Sie konnten der Versuchung leider nicht widerstehen, Science Fiction mit Physik zu verwechseln. Physik beschäftigt sich mit dem, was beobachtet wird. Bei Paarvernichtung sehen wir ein Elektron und ein Positron kollidieren und sich in einem Gammablitz auflösen. Mit welchem Experiment wollen wir feststellen, dass das Positron gar kein Positron sondern ein in der Zeit rückwärts laufendes Elektron war? Wir messen ja eindeutig eine positive Ladung des Positrons; es ist also kein Elektron. Das ist Quatsch; die Leute faszinieren sich an einer ausgefallenen Interpretation.


photon hat Folgendes geschrieben:


Kausal

Danach gehen Ursachen ihren Wirkungen stets voraus. Der kausale Zeitpfeil ist ein Postulat, das das alltägliche Erleben widerspiegelt. Es ist jedoch nicht klar, ob Kausalität zwingend ist oder erst durch Wahrnehmung generiert wird.


Naja, wenigstens ist die Forderung nach Kausalität den Physikern wichtig genug, überlichtschnelle Informationsausbreitung auszuschliessen, denn solche Signale würde für manche Beobachter Kausalitätsprobleme verursachen (in ihre relative Vergangenheit reisen). Das ist der Grund, warum c in der SRT eine Grenzgeschwindigkeit ist.

Zudem ist uns nicht bekannt, dass uns irgendwann einmal ein Signal aus unserer relativen Zukunft erreicht hätte. Sowas gibt es nicht.

Kausalität ist nach meinem Verständnis eine Grundvoraussetzung, um überhaupt Physik "machen" zu können. Was macht der Experimentator, wenn er ein Experiment aufbaut? Er sorgt dafür, dass die Ausgangsbedingungen so sind wie spezifiziert bzw. gibt diese an, damit es möglich wird, unabhängig reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Wenn für die Bedingungen seines Experimentes aber Ereignisse in der Zukunft ebenfalls ausschlaggebend sein sollen, dann wäre sein Mühe ziemlich sinnlos. Physik basiert auf unabhängig reproduzierbaren experimentellen Ergebnissen.

photon hat Folgendes geschrieben:


...
Uli hat Folgendes geschrieben:
Was ist das Anti-Universum?

es wäre sozusagen ein Spiegelbild unseres Universums: es enthält ebenso viel Antimaterie wie unseres Materie enthält. Außerdem ist es CPT gespiegelt, so daß wir es nicht wahrnehmen können.


Ja, wer um Himmels Willen spiegelt es denn?

CPT-Transformationen macht der Mensch, indem er sie auf einen beobachteten Prozess anwendet und analysiert wie der entsprechende CPT-gespiegelte Prozess aussähe.

Ich fürchte, es ist mir nicht gelungen, Klarheit zu schaffen, obwohl ich mir doch einige Mühe gegeben habe. Und jetzt habe ich schon alles gesagt, was ich weiss.

Cobra, übernehmen Sie ... Smile

Gruss,
Uli
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photon



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BeitragVerfasst am: 09.01.2013, 22:22    Titel: Antworten mit Zitat

Uli, ich weiß deine Mühe sehr zu schätzen, dank dir dafür Smile

gerne können auch andere Foris kommentieren. Ich weiß, ich stelle einen riesen Haufen Fragen, meistens auch noch solche, die sich mit unbeantworteten Fragen der Physik beschäftigen und dann bin ich auch noch so dreist immer weiter zu fragen. Um ehrlich zu sein, so programmiere ich auch. Überall Fragen über Fragen und Stück für Stück komm ich dann irgendwann ans Ziel. Ist wie Lego spielen. Mal paßt ein Baustein nicht und mal paßt er und dann geht es weiter.

Weißt du, mich reizen - im wahrsten Sinne des Wortes - solche merkwürdigen Begebenheiten wo sich alle Welt fragt, wieso etwas anders ist als es eigentlich - dem gesunden Menschenverstand zufolge - sein sollte. Irgendwas ''stört'' mich daran, daß der Urknall nicht ganz ''sauber'' abgelaufen sein soll, d.h. daß es eigentlich nicht sein kann, daß es mehr Materie als Antimaterie gegeben haben soll, sozusagen Etwas aus Nichts entstanden ist (wenn nicht vorher noch woanders etwas war was zu diesem Ungleichgewicht geführt hat). Das gleiche Problem plagt auch viele andere, so z. B. den Herrn aus dem Paper wie ich eben festgestellt habe. Er sucht die Antimaterie nicht in einem Anti-Universum sondern in den Voids zwischen den Galaxienhaufen. Auch ein sehr interessanter Ansatz wie ich finde. Zudem beruft er sich auch auf das CPT-Theorem, genau wie ich Very Happy Er kann es jedoch formal schon weitaus besser ausdrücken (bringt Formeln der ART ins Spiel). Seine Idee der Antigravitation könnte ja vielleicht das Problem der Kausalität auch bei meinem Vorschlag lösen? Hier das entsprechende Zitat aus dem Paper:

Zitat:
This theoretical prediction of antigravity between matter and antimatter supports cosmological
models attempting to explain the observed accelerated expansion of the Universe
through such a repulsion between equal amounts of the two components.
The gravitational repulsion would prevent the mutual annihilation of isolated and alternated
systems of matter and antimatter. The location of antimatter could be identified with
the well-known large-scale (tens of Mpc) voids observed in the distribution of galaxy clusters
and superclusters. Indeed, Piran [25] showed that these voids can originate from small negative
fluctuations in the primordial density field, which (acting as if they have an effective
negative gravitational mass) repel surrounding matter, and grow as the largest structures in
the Universe. These new cosmological scenarios could eliminate the uncomfortable presence
of an unidentified dark energy, and maybe also of cosmological dark matter, which, according
to the -CDM concordance model, would together represent more than the 95% of the
Universe content.

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Mit freundlichem Gruße
das photon
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Barney



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BeitragVerfasst am: 09.01.2013, 23:39    Titel: Antworten mit Zitat

Uli hat Folgendes geschrieben:
(1) elektron + positron -> myon + antimyon

CP macht daraus

(2) positron + elektron -> antimyon + myon

Hallo Uli,

ich habe mich hier gerade etwas festgebissen und im Bjorken/Drell nachgesehen. Der Operator für CP ist in der Dirac-Darstellung gleich $i\gamma ^2$ und dieser Operator dreht bei den freien Lösungen abgesehen von der Phase lediglich die Spins um und vertauscht die Ladungen. Die Zeitrichtung wird dagegen nicht beeinflusst.

Wie kann man sich nun eine Verletzung der CP-Symmetrie vorstellen?

Anschaulich gesprochen stellt man sich einfach mal alle möglichen Streuprozesse vor. Dann vertauscht man bei jedem Prozess sämtliche Ladungen und "filmt" den Streuvorgang mit einem Spiegel vor der Kamera. Die derart erzeugten Vorgänge kommen genau dann in der Natur nicht vor, wenn die CP-Symmetrie verletzt wird. D.h. also, dass es Prozesse gibt, bei denen der Vorgang der Vertauschung der Ladungen und die Vertauschung der Parität zu unrealistischen Streuvorgängen führt. Bei Gültigkeit der CPT-Symmetrie ist das dann nichts anderes als eine Verletzung der T-Symmetrie.

Die Korrektur Deines Zitats würde demnach einfach

(1) elektron + positron -> myon + antimyon

CP macht daraus

(2) antimyon + myon -> positron + elektron

ergeben.
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BeitragVerfasst am: 09.01.2013, 23:41    Titel: Antworten mit Zitat

Uli hat Folgendes geschrieben:
Diagramm aus einer österreichischen Diplomarbeit

Warum verschwand die Antimaterie?

Danke für den Link. Habe daraus auch wieder etwas gelernt.
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Barney



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 00:05    Titel: Antworten mit Zitat

photon hat Folgendes geschrieben:
auf der Suche danach ob the RT CPT-invariant ist bin ich auf folgendes Paper gestoßen:

http://arxiv.org/pdf/1103.4937v1.pdf

dort wird angenommen, daß:
Zitat:
general relativity is CPT invariant, even though the CPT theorem [21], well established in flat space-time, has not been demonstrated in curved space-time.

Hallo Photon,

diesem Zitat möchte ich nicht zustimmen. Die allgemeine RT ist eine voll kovariante Theorie und damit gelten hier (meines Wissens nach) nicht nur die C, P und T-Symmetrie einzeln, sondern auch in jeder beliebigen Kombination.
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Barney



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 00:58    Titel: Antworten mit Zitat

Barney hat Folgendes geschrieben:
Die Korrektur Deines Zitats würde demnach einfach

(1) elektron + positron -> myon + antimyon

CP macht daraus

(2) antimyon + myon -> positron + elektron

ergeben.

Hallo Uli,

ich habe eben gesehen, dass auch in der englischen Wikipedia die C-Transformation mit einer Vertauschung von Materie mit Antimaterie gleich gesetzt wird. Kann also gut sein, dass ich mit meiner Behauptung falsch liege. Ich bin da momentan einfach überfragt. Sorry.
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Uli



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 09:22    Titel: Antworten mit Zitat

Barney hat Folgendes geschrieben:
photon hat Folgendes geschrieben:
auf der Suche danach ob the RT CPT-invariant ist bin ich auf folgendes Paper gestoßen:

http://arxiv.org/pdf/1103.4937v1.pdf

dort wird angenommen, daß:
Zitat:
general relativity is CPT invariant, even though the CPT theorem [21], well established in flat space-time, has not been demonstrated in curved space-time.

Hallo Photon,

diesem Zitat möchte ich nicht zustimmen. Die allgemeine RT ist eine voll kovariante Theorie und damit gelten hier (meines Wissens nach) nicht nur die C, P und T-Symmetrie einzeln, sondern auch in jeder beliebigen Kombination.


Allerdings lässt sich meines Wissens CPT-Invarianz nur für Quantenfeldtheorien in flacher Raumzeit ganz allgemein beweisen - daher wahrscheinlich diese Einschränkungen.
Was die klassische ART angeht, da magst du aber Recht haben.
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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 12:39    Titel: Antworten mit Zitat

Hier die Homepage von AEgIS http://aegis.web.cern.ch/aegis/
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photon



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 14:00    Titel: Antworten mit Zitat

Ich weiß, Uli wird mich bestimmt totpeitschen wenn ich das Zitat jetzt nochmal bringe Laughing , doch möchte ich gerne nochmal darauf zurückkommen, um etwas zu unterstreichen, was ich übrigens zuerst falsch ausgedrückt habe weil ich es nicht richtig gelesen hatte (von wegen Antiteilchen käme aus der Zukunft und trifft sich in Gegenwart mit Teilchen):

Zitat:
Im Formalismus der Beschreibung von Antimaterie sind Antiteilchen gleichwertig zu gewöhnlichen Teilchen, die sich in gewissem Sinne rückwärts in der Zeit bewegen. In diesem Sinne hat die Paarvernichtung von einem Teilchen mit seinem Antiteilchen eine formale Ähnlichkeit mit einem einzigen Teilchen, das sich an dieser Stelle in die Vergangenheit zurückzubewegen beginnt, sodass es dort doppelt und in der Zukunft gar nicht existiert.


also wäre erst die Paarvernichtung ''im Sinne'' meiner Annahme eine Art Mini-Urknall und ''Ursache'' der Zeitumkehr, allerdings für ''beide'' Teilchen. Ich glaube, dann wäre - zumindest in einem bereits existierenden Universum - tatsächlich die Kausalität verletzt weil ja dann plötzlich in der Vergangenheit zwei Teilchen existieren anstatt - wie vorher - nur einem.

Um nun meine Hypothese doch noch zu ''retten'' müßte ich also anders argumentieren. Mal sehen ob ich da was gebastelt bekomme. Wie wär's damit: vor dem Urknall gab es noch keine Zeit und noch keine Materie, nur reine Energie. Davon jedoch zwei Sorten: positive und negative, jeweils auf einem Punkt konzentriert (Singularitäten) und betraglich gleich groß, so daß summa sumarum die Gesamtenergie = Null ist. So, und dann stießen diese Energiepunkte irgendwie aufeinander und es kam innerhalb einer Plancksekunde zu einer gewaltigen Paarerzeugung und anschließenden Paarvernichtung, dem Urknall. Analog zur Formulierung im Zitat oben kehrte sich in diesem Zeitpunkt (also nach einer Plancksekunde) der Zeitpfeil um wobei er die Zeitspanne für die Paarerzeugung einfach übersprang (''Quantensprung'' Laughing ) und wir befinden uns nun in dem Universum, indem die Zeit praktisch rückwärts vergeht seit der Paarvernichtung. Hier existiert nun Materie während im Vorurknalluniversum (welches nur 1 Plancksekunde lang existierte) nichts mehr existiert. Durch die Zeitumkehr wurde sozusagen aus 1x positiver Energie + 1x negativer Energie = 2x positive Energie. Damit wäre die Frage: wo ist die Antimaterie bloß hin? beantwortet: Sie wurde im Urknall in Materie umgewandelt Very Happy Very Happy Very Happy

Also mal Scherz beiseite: es darf wohl weiter spekuliert werden Wink
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das photon
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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 14:14    Titel: Antworten mit Zitat

Barney hat Folgendes geschrieben:
Hier die Homepage von AEgIS http://aegis.web.cern.ch/aegis/

sehr interessant, bin ich mal gespannt was die rausfinden. Mein Tip wäre, Antimaterie und Materie verhalten sich wie Nord- und Nordpol bzw. Süd- u. Südpol eines Magneten, d.h. stoßen sich ab.
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das photon
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Snusmumriken



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 14:30    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Photon,

nein, Materie und Antimaterie ziehen einander in der Regel an, weil ihre Ladung umgekehrt ist.

Gruß,
Joachim
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photon



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 14:59    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Joachim,

ich denke mal, elektrische Anziehung und Abstoßung auf der einen und Gravitationskraft auf der anderen Seite muß man voneiander trennen bzw. die elektr. Kräfte aus den experimentellen Daten herausrechnen falls sie auftreten. Bei größeren Massen wäre im Falle der Ladungsneutralität die Ladung sicher vernachläßigbar.
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Snusmumriken



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BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 15:54    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Photon,

Du meinst, ein Anti-Wasserstoff-Atom würde nicht runterfallen, sondern von der Erde abgestoßen werden? Halte ich für ausgeschlossen.

Gruß,
Snus
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Barney



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Beiträge: 1538

BeitragVerfasst am: 10.01.2013, 16:22    Titel: Antworten mit Zitat

Snusmumriken hat Folgendes geschrieben:
Halte ich für ausgeschlossen.

Hallo Snus,

eben diese Frage taucht im Internet von gänzlich verschiedenen Seiten immer wieder auf. Es gibt also eine gewisse "Lobby" für das Projekt bei CERN.

Man sagt auch: "Nur Versuch macht kluch"
MfG
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