Vom All aus Raucher beobachten … ist das 
möglich?
Jedenfalls hatte sich eine Forschergruppe zur Aufgabe gemacht herauszufinden, wie die Raucher in einer Großstadt verteilt sind – und erwartete spektakuläre Erkenntnisse. Sie wertete Bilder von Satelliten aus, die mit so empfindlichen Messgeräte ausgestattet sind, dass sie das schwache Glimmen der Zigaretten aus der Höhe des Satellitenorbits noch erkennen können.
Die eigentliche Herausforderung bestand darin, dass das Glimmen der Zigaretten von den Millionen Lampen der Häuser, Straßen, Fahrzeuge, Flugplätze, Sportstadien usw. überstrahlt wird. Das Licht der Lampen ist um ein Vielfaches heller als die glühenden Zigaretten. Selbst die Fehlertoleranzen, die bei der computergestützten Filtermethode eingeräumt werden müssen, sind größer, als das zu messende Signal – also die Leuchtkraft der Zigaretten.
Sie kennen die Studie nicht? O.K., ich gebe es zu: Ich habe sie erfunden. Ganz an den Haaren herbeigezogen ist das Beispiel jedoch nicht. Ähnlichen Schwierigkeiten sahen sich die auswertenden Wissenschaftler der COBE- und WMAP-Daten gegenüber. Die beiden Satelliten COBE und WMAP haben den gesamten Himmel im Frequenzbereich der sogenannten Hintergrundstrahlung vermessen – einer Strahlung, von der vermutet wird, dass sie noch vom Urknall übrig ist.
Mithilfe von speziellen Computerprogrammen wurden aus den Messdaten dann die sogenannten Vordergrundsignale der Sterne, der Nebel und aller anderen Objekte herausgerechnet.
Ich weiß nicht, wie es Ihnen geht, aber ich würde diesen Daten nicht ganz trauen. Zu groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie an unzähligen Stellen falsch sind, weil das Signal durch die Vordergrundstrahlung komplett überdeckt ist und die Filtermethode Geisterwerte erzeugt.
Abgesehen von dieser Unsicherheit war das Ergebnis nicht so, wie erwartet. Die Kosmologen erhofften sich, eine ungleichmäßige Verteilung der Hintergrundstrahlung zu finden. Davon hätten sie eventuell eine Erklärung für die ungleichmäßige Massenverteilung ableiten können, wie sie heute im Weltall beobachtet werden kann: Massezusammenballungen in Form von Sternen, Nebeln und Galaxien stehen großen, fast völlig leeren Räumen gegenüber.
Der große Aufwand brachte jedoch eine fast völlige Gleichverteilung der Strahlung ans Licht, die die ausgeprägten Strukturen im Universum nicht erklären kann. Heute werden immer subtilere Eigenschaften aus den Daten herausgelesen, obwohl das angebliche Signal viel schwächer als der Vordergrund aus Sternen, Gaswolken und Galaxien ist – eben wie eine glimmende Zigarette oder schon wie eine ausgegangene.
Noch grundsätzlichere Kritik übt der von mir sehr geschätzte Pierre-Marie Robitaille an der Datenverarbeitung. Ob er Recht hat, wird sich zeigen, aber auf seine Argumente muss fundiert eingegangen werden. Saubere Datenauswertung wäre wichtiger, als Fantasiegeschichten über die ersten Momente des Universums.
Mehr darüber erfahren Sie in meinem Artikel, hier: www.heise.de/tp/artikel/44/44441/1.html
Lieber Herr Unzicker,
ich war vor kurzem in Ihrem Vortrag „Ist die Sonne wirklich gasförmig?“ und wir haben im Anschluß kurz diskutiert. In der Zwischenzeit habe ich die von Ihnen zitierten Arbeiten von Robitaille in „Progress in Physics“, vol. 3, 2011, special issue, „The Sun Liquid or Gaseous? A Thermodynamic Analysis“ zur Frage nach dem Aggregatzustand der Photosphäre der Sonne gelesen. Hier meine Ansicht dazu.
Die historische Ausarbeitung durch Robitaille ist interessant. Er hat gut herausgearbeitet, daß die Physiker (stellvertretend genannt für alle wissenschaftlich auf dem Gebiet arbeitenden Menschen) im 19. Jahrhundert den materiellen Zustand der Sonne nicht abschließend klären konnten. Bis Anfang des 20. Jhdts wurde grundsätzlich eine Sonne mit einer festen oder flüssigen Photosphäre nicht ausgeschlossen. Dies änderte sich jedoch in den ersten Jahrzehnten des 20. Jhdts, und von da an war klar, daß die Photosphäre gasförmig ist bzw. (weiter innen) ein Plasma vorliegt. Leider wird aber gerade die Zeit ab ca. 1920, die die Überzeugung einer gasförmigen Photosphäre lieferte, nur lückenhaft und oberflächlich angerissen. Zudem werden die damals angebrachten physikalischen Argumente zur Erklärung der Beobachtungen in Form von quantitativen Abschätzungen und Modellen gar nicht betrachtet.
Auch in Ihrem Vortag haben Sie leider keine substanziellen physikalischen Begründungen dafür geliefert, warum man von der konventionellen Vorstellung einer gasförmigen Photosphäre abrücken müßte. Ihre Argumente für eine Photosphäre, die metallischen Wasserstoff enthielte, waren sehr spekulativ und basierten auf unbewiesene Annahmen. Eine physikalisch-quantitative Analyse fehlte gänzlich.
Ich möchte Sie nun auf diesem Wege zu ein paar Punkten befragen. Sie haben in Ihrem Vortrag behauptet, das beobachtbare kontinuierliche Spektrum der Photosphäre sei nicht mit dem Strahlungsverhalten von Gasen vereinbar. Kontinuierliche Spektren kannte man im 19. Jhdt nur von festen oder flüssigen Stoffen, Gase zeigten jedoch Linienspektren. Zudem zeigt Wasserstoffgas bei den Temperaturen der Photosphäre keine Emissionslinien im sichtbaren Spektrum. Mit dem Kenntnisstand der Physik des 19. Jhdts war man nicht in der Lage, ein kontinuierliches Spektrum durch thermische Strahlung von Gasen bzw. (noch unbekannten) Plasmen zu erklären. Dies änderte sich erst nach der Entwicklung der Quantenmechanik in den 30iger Jahren. Erst damit war man imstande, elektronische Quantenzustände in elektrischen Feldern zu berechnen. Zu der Zeit postulierte R. Wildt, daß der Bindungszustand des negativen Wasserstoffion H- eine so geringe Bindungsenergie hat (0,75 eV), daß dieser als effektiver Absorber in der Photosphäre wirkt. Die Forschung danach bestätigte diese Vermutung (Bethe, Chandrasekhar,…). Soweit kurz die gängige „Lehrmeinung“ wie sie in Vorlesungen mit Hilfe von quantitativen Abschätzungen etc. vermittelt wird und mit der Zeit zu immer weiteren Verfeinerungen zur Erklärung von detaillierteren Beobachtungen weiter ausgebaut wurde, siehe Fachpublikationen.
Ich bitte Sie nun, zu den folgenden Punkten Stellung zu beziehen:
1) Geben Sie bitte überzeugende physikalische Argumente ab (z.B. in Form einer Berechnung eines alternativen Modells, des Nachweises eines Fehlers in den zugrundeliegenden Arbeiten, ..), warum das H- (zusammen mit anderen Spurenstoffen) in einer gasförmigen Photosphäre nicht das beobachtbare kontinuierliche Spektrum verursachen kann. M.a.W. mit welchen physikalisch-quantitativen Argumenten glauben Sie, die heutige Lehrbuchvorstellung widerlegen zu können?
2) Ein Argument in Ihrem Vortrag gegen eine gasförmige Photosphäre war, daß die Sonne einen scharfen Rand hat. Dies spräche eher für eine feste oder flüssige als eine gasförmige Oberfläche. Nun zeigen die konventionellen Modellrechnungen für die Photosphäre (z.B. von Holweger und Müller, 1974), daß die Photosphäre im Sichtbaren innerhalb weniger 100 km optisch dick wird. Dies erklärt den scharfen Rand, denn der Übergang zwischen durchsichtiger und undurchsichtiger Atmosphäre vollzieht sich auf einer Strecke von weniger als einem Tausendstel des Sonnenradius‘. Nennen Sie physikalische Gründe oder legen Sie Berechnungen vor, die gegen diesen Opazitätsverlauf in einer Gasschicht am Rand der Sonne sprächen.
3) Ein „klassisches“ Argument für eine gasförmige Photosphäre ist die Erklärung der beobachtbaren Mitte-Rand-Verdunkelung. Ich hatte Sie damals schon nach Ihrem Vortrag darauf hingewiesen. Sie haben dagegen argumentiert (wenn ich Sie richtig verstanden habe), daß die Mitte-Rand-Verdunkelung nicht vereinbar wäre mit einer Photosphäre, die nur 400 km (also weniger als ein Tausendstel des Sonnenradius‘) dick wäre, denn die Mitte-Rand-Verdunkelung vollzöge sich ja über einige 10% des Sonnenradius‘. Ihr Gegenargument basiert auf den unterschiedlichen Dimensionen beider Strecken. Allerdings ist es nicht richtig, die vertikale Dicke der Photosphäre mit der lateralen Ausdehnung der Mitte-Rand-Verdunkelung längs der sichtbaren Sonnenscheibe unmittelbar miteinander zu vergleichen. Das ist leicht geometrisch zu sehen (siehe z.B. in den Lehrbüchern „Abriß der Astronomie“ von Voigt et al. oder „Der neue Kosmos“ von Unsöld/Baschek, u.ä.): Das Licht der Sonnenscheibe kommt immer aus der ca. 400 km dicken Photosphäre, zum Rand hin jedoch aus höheren und damit kälteren Schichten der Photosphäre. Innerhalb der Photosphäre nimmt die Temperatur von knapp 7000 K auf ca. 4500 K ab, was zum beobachtbaren radialen Gradienten in der Strahlungsleistungsdichte führt, die senkrecht durch die Sonnenscheibe zur Erde geht.
Ich würde mich freuen, wenn Sie zu meinem Beitrag und insbesondere zu 1) bis 3) äußern würden.
Lieber Markus,
es freut mich, dass Sie sich über den Vortrag Gedanken gemacht haben. Sicherhaben Sie bemerkt, dass es sich nicht um meine eigene Forschung handelt, sondern dass ich in erster Linie die Ideen von Prof. Pierre-Marie Robitaille vorgestellt habe.
Ich gebe Ihnen in einem Punkt Recht, nämlich dass man bei der Randverdunkelung wirklich nicht die laterale Ausdehnung direkt mit der Dicke der Photosphäre vergleichen kann, so wie ich dies im Vortrag getan habe. In diesem Punkt hatte ich die Überlegungen Robitailles übrigens nicht korrekt wiedergegeben; Sie finden sie auf S.98 in http://www.ptep-online.com/index_files/2013/PP-35-16.PDF.
In allgemeinerem Sinne bleibt jedoch richtig, dass ein Schwarzkörperspektrum nicht durch Überlagerung der Strahlung aus verschiedenen Tiefen der Photosphäre entstehen kann. Es gibt in der Atomphysik einfach keinen vernüftigen Mechanismus dafür, auch wenn man Notlösungen wie die H- Ionen betrachtet. Robitaille hat vollkommen Recht, dass die Gültigkeit des Kirchhoffschen Gesetzes bei Gasen weder theoretisch noch experimentell gestützt ist. Allein dies entzieht den Modellen, die Sie zitieren, die Grundlage.
Im Übrigen war und ist es nicht meine Aufgabe, eine quntitativ-physikalische Analyse eines alternativen Sonnenmodells zu präsentieren, noch dazu in einem populärwissenschaftlichen Vortrag. Robitaille und andere haben dies getan, und ich habe meine Bewertung dieser teils widersprechenden Ansichten dargelegt. Andere Wissenschaftler, zu denen Sie offenbar gehören, bewerten dies anders. Die größten Schwierigkeiten dieser konventionellen Interpretation, die Robitaille
aufgezeigt hat, habe ich im Vortrag nochmals dargestellt, ebenso wie in folgenden Artikeln:
http://www.heise.de/tp/artikel/42/42251/1.html
http://www.heise.de/tp/artikel/43/43912/1.html
Mit freundlichen Grüßen
Alexander Unzicker
Lieber Herr Unzicker,
nun gut, aber leider habe ich auch bei Robitaille keine Antworten auf meine Fragen gefunden. Ich gehe also davon aus, daß es nicht mehr als eine „Idee“ ist, die von einer „wissenschaftlichen Revolution“ noch weit entfernt ist. Ich sehe auch nicht, daß die konventionelle Theorie von heute mehr Probleme hätte als die Idee Robitailles. Oder umgekehrt, daß Robitaille Beobachtungen erklären könnte, die man konventionell nicht erklären kann. Robitaille sammelt ja nur die Probleme aus der Physikgeschichte bis ca. 1920 ein. Aber wie diese in der Zwischenzeit gelöst wurden und ob bis heute noch etwas davon ungelöst ist, untersucht er gar nicht. Was macht es für einen Sinn, wenn man einfach die gut letzten hundert Jahre Physik ignoriert? Wenigstens einen Test von Robitailles Idee im Vergleich zu konventionellen Erklärungen hätte ich erwartet.
Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz ist übrigens auch für Gase gültig und wurde sowohl theoretisch als auch experimentell bestätigt. Das Gesetz besagt ja, daß der Absorptionsgrad und Emissionsgrad für die thermische Strahlung eines Körpers, der sich im thermischen Gleichgewicht befindet, gleich sind. Dies gilt sogar für jedes Spektralband der Strahlung. Wichtig ist, daß der Körper im thermischen Gleichgewicht ist. Das Gesetz folgt ganz allgemein aus der Thermodynamik. Das thermische Emissionsspektrum eines Gase (z.B. einer Na-Dampflampe) zeigt bei niedrigen Drücken diskrete Linien (z.B. die Natrium D-Linien). Mit Verdichtung kommen sich die Atome näher und die Linien müssen sich aufgrund des Pauliprinzips der Elektronenzustände gemäß der Heisenbergschen Unschärferelation verbreitern. Bei Festkörpern entsteht so ihr kontinuierliches Spektrum, denn dort ist die Verdichtung so groß, daß die Zustände energetisch zu Bändern verbreitern und die Spektrallinien entsprechend.
Der schwarze (thermische) Strahler zeichnet sich durch Emissionsgrad = Absorptionsgrad = 1 aus. Aus dem Kirchhoffschen Gesetz folgt, daß die Intensität jedes thermischen Strahlers in jedem Spektralband die des schwarzen nicht überschreiten kann. Dies gilt demnach auch für die Linien eines verdünnten Gases. Man kann das Anwachsen der Intensität in Abhängigkeit von der thermisch strahlenden Gasmenge mit Hilfe der sogenannten Strahlungstransportgleichung berechnen. Die Intensität wächst mit zunehmender Dicke D (bei konstanter Dichte) einer strahlenden Gasmenge zunächst linear an, um dann zum Maximalwert eines schwarzen Strahlers gleicher Temperatur zu konvergieren. Der Emissionsgrad folgt einem Exponentialgesetz der Form 1-exp(-r*k*D), k ist der Massenabsorptionskoeffzient, r die Gasdichte, das Produkt r*k*D wird auch optische Dicke genannt.
Die Photosphäre der Sonne zeigt genau genommen kein Schwarzkörperspektrum. Das Spektrum ist aber kontinuierlich mit zum Infraroten abnehmender Farbtemperatur. Ein kontinuierliches Spektrum erfordert kontinuierliche Energieübergänge. In der Sonne passiert dies durch Bremsstrahlung von Elektronen an Ionen und durch Rekombination und Ionisation von schwach gebundenen Elektronen, also durch Lichtstreuung in einem Plasma im heißen Inneren. Das beobachtbare Spektrum ist das Resultat des Strahlungstransportprozesses zur Oberfläche und thermalisierenden Streuprozessen in der relativ kühleren Photosphäre.
Bis ca. 1920 waren diese Streuprozesse jedoch ein Rätsel, denn in dem nur ca. 6000 K heißem Gas der Photosphäre waren keine Streuprozesse bekannt, die das Thermalisieren der kurzwelligen Strahlung aus dem heißen Inneren bewirken können. Die Hypothese von Wildt mit dem H- Ion war dafür eine „Notlösung“, aber das sind Hypothesen ja meistens. Der Punkt ist natürlich, daß diese Hypothese im Laufe der Zeit bestätigt wurde. Notlösungen sind ja in der Wissenschaft nicht von Grund auf übel solange sie in der Folge bestätigt (oder verworfen) werden. Bei Robitailles Idee sehe ich dies etwas anders: dort wird eine „Lösung“ für Probleme postuliert, die konventionell mittlerweile als gelöst gelten. Bei Robitaille erscheint es nur bis heute als Problem, weil er die Betrachtung ihrer geschichtlichen Entwicklung nicht bis zu Ende verfolgt und die knapp hundert Jahre ignoriert. Zudem bleibt Robitaille den Beweis schuldig, daß seine Idee überhaupt zu Ergebnissen führt, die die Beobachtungen erklären können.
Lieber Herr Unzicker,
leider habe ich aber bei Robitaille keine genauen Antworten auf meine Fragen gefunden. Ich gehe also davon aus, daß es nicht mehr als eine Idee ist, die anscheinend vor allem das Ziel hat, „anderes“ zu sein.
Ich sehe nicht, daß die konventionelle Theorie von heute mehr Probleme hätte als die Idee Robitailles. Oder umgekehrt, daß Robitaille Beobachtungen erklären könnte, die man konventionell nicht erklären kann. Robitaille sammelt ja nur die Probleme aus der Physikgeschichte bis ca. 1920 ein. Aber wie diese in der Zwischenzeit gelöst wurden und ob bis heute noch etwas davon ungelöst ist, untersucht er gar nicht. Was macht es für einen Sinn, wenn man einfach die gut letzten hundert Jahre Physik ignoriert? Wenigstens einen Test von Robitailles Idee im Vergleich zu konventionellen Erklärungen hätte ich erwartet.
Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz ist übrigens selbstverständlich auch für Gase gültig und wurde sowohl theoretisch als auch experimentell bestätigt. Das Gesetz besagt ja, daß der Absorptionsgrad und Emissionsgrad für die thermische Strahlung eines Körpers, der sich im thermischen Gleichgewicht befindet, gleich sind. Dies gilt sogar für jedes Spektralband der Strahlung. Wichtig ist, daß der Körper im thermischen Gleichgewicht ist. Das Gesetz folgt ganz allgemein aus der Thermodynamik. Das thermische Emissionsspektrum eines Gase (z.B. einer Na-Dampflampe) zeigt bei niedrigen Drücken diskrete Linien (z.B. die Natrium D-Linien). Mit Verdichtung kommen sich die Atome näher und die Linien müssen sich aufgrund des Pauliprinzips der Elektronenzustände gemäß der Heisenbergschen Unschärferelation verbreitern. Bei Festkörpern entsteht so ihr kontinuierliches Spektrum, denn dort ist die Verdichtung so groß, daß die Zustände energetisch zu Bändern verbreitern und die Spektrallinien entsprechend auch.
Der schwarze (thermische) Strahler zeichnet sich durch Emissionsgrad = Absorptionsgrad = 1 aus. Aus dem Kirchhoffschen Gesetz folgt, daß die Intensität jedes thermischen Strahlers in jedem Spektralband die des schwarzen nicht überschreiten kann. Dies gilt demnach auch für die Linien eines verdünnten Gases. Man kann das Anwachsen der Intensität in Abhängigkeit von der thermisch strahlenden Gasmenge mit Hilfe der sog. Strahlungstransportgleichung berechnen. Die Intensität wächst mit zunehmender Dicke (bei konstanter Dichte) einer Gasschicht zunächst linear an, um dann zum Maximalwert eines schwarzen Strahlers gleicher Temperatur zu konvergieren.
Die Photosphäre der Sonne zeigt genau genommen kein Schwarzkörperspektrum. Das Spektrum ist aber kontinuierlich mit zum Infraroten abnehmender Farbtemperatur. Ein kontinuierliches Spektrum erfordert kontinuierliche Energieübergänge. In der Sonne passiert dies durch Bremsstrahlung von Elektronen an Ionen und durch Rekombination und Ionisation von schwach gebundenen Elektronen, also durch Lichtstreuung in einem Plasma im heißen Inneren. Das beobachtbare Spektrum ist das Resultat des Strahlungstransportprozesses zur Oberfläche und thermalisierende Streuprozessen in der relativ kühleren Photosphäre.
Bis ca. 1920 waren diese Streuprozesse jedoch ein Rätsel, denn in dem nur ca. 6000 K heißem Gas der Photosphäre waren keine Streuprozesse bekannt, die das Thermalisieren der kurzwelligen Strahlung aus dem heißen Inneren bewirken können. Die Hypothese von R. Wildt aus 1938 mit dem H- Ion dafür war eine „Notlösung“, aber das sind Hypothesen ja meistens. Der Punkt ist natürlich, daß diese Hypothese im Laufe der Zeit bestätigt wurde. Notlösungen sind ja in der Wissenschaft nicht von Grund auf übel solange sie in der Folge bestätigt (oder verworfen) werden. Bei Robitailles Idee sehe ich dies etwas anders: dort wird eine „Lösung“ für Probleme postuliert, die, konventionell mittlerweile als gelöst gelten, wenn man sich nur in die verfügbare Erklärungen einarbeitet. Bei Robitaille erscheint es nur bis heute als Problem, weil er die Betrachtung ihrer geschichtlichen Entwicklung nicht bis zu Ende verfolgt und die letzten knapp hundert Jahre nicht beachtet.
Hallo Markus,
was Sie oben als Folgerungen aus der Thermodynamik beschreiben (Emissionskoeffizient=Absoptionskoeffizient), ist alles richtig, aber es handelt sich dabei um das Gesetz von Balfour Stewart, das Robitaille auch nicht in Zweifel zieht, nicht um das Gesetz von Kirchhoff. Letzteres besagt, dass die Emission bei einer bestimmten Temperatur materialunabhängig ist, wofür weder theoretisch überzeugende Argumente noch experimentelle Evidenz gibt. Möglicherweise sind Sie den etwas missverständlichen Angaben bei https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff's_law_of_thermal_radiation aufgesessen. Ich kann nur das Video https://www.youtube.com/watch?v=3Hstum3U2zw empfehlen, in dem Robitaille dies darlegt.
Bezüglich der Gesamtbewertung des Sonnenmodells seit 1920 handelt es sich natürlich um eine komplexe Frage, und ich kann nur sagen: we agree to disagree.
Meines Erachtens handelt es sich um einen typischen, langen Irrweg eines Forschungsgebietes wie die Leugnung der Kontinentaldrift. Sie können gerne weiterhin dem Standardmodell vertrauen, sollten aber doch zugeben, dass sie die „Bestätigungen“ aus der Nachkriegszeit nicht in irgendeiner Weise quantitativ nachvollzogen haben.
Hallo Herr Unzicker,
in der Physik versteht man unter dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz tatsächlich die Existenz einer universellen materialunabhängigen Funktion B(v,T) der Strahlungsleistung, die nur von der (absoluten) Temperatur T und der Frequenz v der Strahlung abhängt. Die absorbierte Strahlungsleistung eines Materials ergibt sich dann durch das Intergral des material- und frequenzabhängigen Absorptionsgrades A(v) multipliziert mit B(v,T) über alle Frequenzen v. Die Emissionsleistung ergibt sich analog mit dem Emissionsgrad E(v). Daraus kann dann thermodynamisch E (v)=A (v) abgeleitet werden. Es ist zwar ein interessantes Detail aus Robitailles Arbeiten, daß E = A schon vor der Herleitung durch Kirchhoff auf Grundlage der Thermodynamik bereits von Stewart vermutet wurde. Ich glaube aber, daß Kirchhoff der erste war, der dies auch thermodynamisch begründete. Kirchhoff behauptet übrigens nicht, daß „die Emission bei einer bestimmten Temperatur materialunabhängig ist“, wie Sie schreiben.
Im Physikstudium lernt man die Bedeutung von B(v,T). Denn diese Funktion stellt ja die Strahlungsleistung eines 100% absorbierenden Körpers mit der Eigenschaft A(v)=E(v)=1 dar. Nach dem „Stewartschen“ bzw. Kirchhoffen Gesetz strahlt dieser Körper im thermischen Gleichgewicht gleich viel ab. Experimentell realisiert man diesen schwarzen Strahler durch einen Hohlraumstrahler. Die experimentelle Vermessung von B(v,T) Ende des 19. Jahrhunderts und die theoretische Herleitung durch Max Planck 1900 ist ein Meilenstein der modernen Physik. Wie Planck erklärt, hat B(v,T) mit dem Material des Strahlers (bzw. Absorbers) nichts zu tun, sondern ist eine Eigenschaft der Strahlung!
Glauben Sie wirklich, daß es für diese Existenz der (auch so genannten) Planckschen Strahlungsfunktion B(v,T) keine (wie Sie schrieben) ausreichende experimentelle Evidenz und theoretischen Argumente gibt? Letztlich hat dann auch Einstein B(v,T) aus der Thermodynamik/Quantenstatistik der Photonen hergeleitet. Und heute weiß man ohnehin, daß B generell die Verteilungsfunktion von Teilchen mit ganzzahligem Spin (Bosonen) in Abhängigkeit von der Temperatur beschreibt.
Ich kann Ihr „we agree to disagree“ deshalb aus physikalischer Sicht nicht nachvollziehen. Sie bzw. Robitaille nennen kein einziges Beispiel, bei dem die konventionelle Theorie quantitativ versagt oder auf einer hypothetischen Physik basieren würde. Robitaille hat seine Ideen weder physikalisch ausgearbeitet noch quantitativ anhand der Beobachtungen getestet, und er hat den Erkenntnisstand nach ca. 1920 bis heute ignoriert.
Kann es also sein, daß Sie über etwas nicht einverstanden sind, was Sie gar nicht gründlich hinterfragt haben?
Nennen Sie mir doch bitte wenigstens ein Beispiel, welches eine quantitative Diskrepanz zwischen Beobachtung und konventioneller Theorie der Photosphäre zeigt. Analogien wie die Geschichte um die Kontinentaldrift (die zudem historisch ja auch nicht so schwarzweiß verlief wie Sie darstellen) sind keine Erklärungen!
Hallo Markus,
es macht ihre Kernaussage nicht richtiger, wenn Sie in 90 Prozent ihres Textes Lehrbuchwissen referieren. Niemand bestreitet, dass das Plancksche Strahlungsgesetz eine große Entdeckung war, vor allem wegen der Konstante h, die die Quantenmechanik begründete. Trotzdem gilt es für die meisten Substanzen nur näherungsweise, und für Gase versagt es praktisch komplett. Sie behaupten die Gültigkeit, also obliegt Ihnen zu zitieren, welche Experimente für Gase die Gültigkeit belegen. Die Vokabel „Meilenstein“ genügt da nicht.
Ihr Einwand zur quantitativen Diskrepanz (an der auch die Epizykel nicht gescheitert sind) kann ich nur so verstehen, dass Sie die methodischen, historischen und soziologischen Prozesse, die zur Entstehung eines Paradigmas wie des jetzigen Sonnenmodells führen, nicht ganz erfasst haben. Da sie ja auch astronomisch tätig sind, kann ich mir diese Sichtweise nur so erklären, dass Sie fürchten, durch Robitailles Modell viel von ihrem sicher geglaubten Wissen revidieren zu müssen. Das ist kein Vorwurf, aber eben doch ein bekannter Mechanismus. Wenn Sie sich diesen Zweifeln nicht anschließen wollen, ist das ihr gutes Recht. Vielleicht können wir uns noch einen kleinen Nenner einigen: Auch wenn viele mit Robitaille vielleicht nicht übereinstimmen wollen, fände ich es jedoch unredlich, nicht seine fundierte und wissenschaftliche Arbeitsweise anzuerkennen.
Zitat von Markus :
„Nennen Sie mir doch bitte wenigstens ein Beispiel, welches eine quantitative Diskrepanz zwischen Beobachtung und konventioneller Theorie der Photosphäre zeigt“.
Hallo Markus,
die Photosphäre zeigt das kontinuierliche Spektrum des sichtbaren Lichts. Ein glühender Eisenstab zeigt elektromagnetisches Licht in bestimmten Farben , weil dem Eisenstab die Energie U e zugeführt, die über die Resonanzfrequenz der Eisenatome zu U e f = Leistung wurde.
Die konventionelle Theorie behauptet, das abgestrahlte Licht
wäre elektromagnetisch.
Sie können jetzt erklären, wie die im Eisen enthaltene Leistung
U e f = h f² als elektromagnetische Strahlung mit einem Photon hf zum Sehnerv der Augen abgestrahlt wird.
Mit freundlichem Gruß
Jürgen Gerwing
Hallo Herr Unzicker,
ich glaube, Sie gehen von falschen Voraussetzungen aus.
Weder die „konventionellen Astronomen“ noch die Lehrbücher oder ich behaupten, daß Gase und andere Substanzen wie schwarze Strahler strahlen! In meinem Beitrag vom 8.3. habe ich kurz erklärt, wie sich die Intensität der Wärmestrahlung eines Substanz ergibt. Wie Sie an den Gleichungen dort sehen können, strahlen diese nicht wie schwarze Strahler. Das ist ebenfalls Lehrbuchwissen.
Sie müssen schon genauer unterscheiden: das Emissionsspektrum der Photosphäre läßt sich im sichtbaren Licht gut als schwarzer Strahler mit einer bestimmten Temperatur approximieren. Aber das heißt nicht, daß die Photosphäre ein schwarzer Strahler ist! Die Astronomen nennen die daraus abgeleitete Temperatur ja nicht umsonst „Effektivtemperatur“. Wie ich ebenfalls auch schon geschrieben habe, ermittelt man für das Photosphären-Spektrum im Infrarot-Bereich auch eine niedrigere Effektivtemperatur. Alleine das zeigt ja schon, daß die Photosphäre kein „exakter“ schwarzer Strahler ist. Die Photosphären-Spektrum hat mit dem des schwarzen Strahlers die „Kontinuität“ gemeinsam, und die kommt durch die schon beschriebene Thermalisierung der (ebenfalls kontinuierlichen) Strahlung aus dem Inneren durch Streuung an kühlerer Materie zustande (die in der Photosphäre somit nicht so perfekt ist wie beim Hohlraumstrahler mit den Kohlepartikeln).
Ich verstehe nicht recht, was Sie mir unterstellen wollen. Robitaille hat doch gar kein Modell, was man der konventionellen Erklärung gegenüberstellen könnte. In seinen Arbeiten ist doch gar keine Theorie quantitativ ausgearbeitet, deren Ergebnisse man mit Beobachtungen bzw. der konventionellen Theorie vergleichen könnte.
Wenn Sie glauben, daß es ein „Paradigma“ gibt, welches heißt, daß Gase wie schwarzer Strahler strahlen, würden Sie von falschen Voraussetzungen ausgehen! Das Kirchhoffsche Gesetz ist gültig und ist wird von der modernen Physik bestätigt und erklärt, Sie und Robitaille müssen es nur auch richtig verstehen!
Das Video zu Robitailles Vortrag lieferte Hinweise, die sein Verständnisproblem mit der Physik erklären könnten. Robitaille glaubt, Kirchhoff verstünde im „Universellen“ seiner Funktion B(v,T), daß der Hohlraumstrahler unabhängig von seiner materiellen Zusammensetzung schwarze Strahlung emittieren würde. Robitaille widerlegt diese Behauptung mit einem Gedankenexperiment (innen verspiegelter Hohlraumstrahler). Seine Schlußfolgerung ist richtig: ein innen 100% verspiegelter Hohlraumstrahler emittiert keine schwarze Strahlung! Das Material des Hohlraumstrahlers muß nämlich so beschaffen sein, daß die Strahlung im Inneren mit den Wänden des Hohlraums thermalisieren kann. Dies ist auch die Idee von Plancks Kohlestäubchen. Erst wenn es Material im Hohlraum gibt, das alle Frequenzen absorbieren kann und die Temperatur des Hohlraummaterials hat, bildet sich schwarze Strahlung aus.
Robitailles Fehler ist, daß er Planck (und Kirchhoff) unterstellt, diese hätten dies nicht verstanden. Dabei war es ein Meilenstein in der Physik, B(v,T) zu verstehen und nicht auf der Stufe von Robitaille stehenzubleiben. Ursprünglich hat Kirchhoff B(v,T) sicherlich noch als eine universelle Eigenschaft der Materie verstanden. Auch Planck leitete 1900 B(v,T) noch aus der Quantisierung der Resonanzen der Materie ab. Aber dann hat Einstein 1905 klargemacht, daß B(v,T) keine Eigenschaft der Materie ist, sondern des Strahlungsfeldes selber. Wie schon erklärt, ergibt sich in der modernen Physik B(v,T) aus der statistischen Verteilung der Photonen, die die Temperatur T haben. Materie kommt dabei aber gar nicht vor! Das „universelle“ an Kirchhoffs B(v,T) ist nicht, daß Materie „universell“ strahlen würde (Robitailles falsche Unterstellung), sondern die Tatsache, daß B(v,T) eine universelle Eigenschaft von Photonen beschreibt. Die „konventionelle Sonnentheorie“ bezieht ihre Grundlagen aber nun aus der Quantentheorie und nicht aus einem durch Robitaille falsch verstandenen Kirchhoffschen Gesetz! Robitaille konstruiert hier ein Problem, welches auf unzutreffenden Behauptungen basiert!
Wenn ich Sie richtig verstehe, glauben Sie, die heute Physik hätte damals einen Irrweg eingeschlagen und käme nicht mehr davon weg. Tatsächlich ist es aber so, daß die heutige Astronomie diese historische Entwicklung gar nicht benötigt, denn die heutige Astronomie basiert ja auf der Quantenphysik nach Einstein.
Wir drehen uns im Kreis! Ich mach mal folgenden Vorschlag: Treffen wir uns zu einer öffentlichen Debatte mit gleicher Redezeit.
Lieber Herr Unzicker,
ich sehe zwar nicht, warum wir uns im Kreis drehen. Aber wir können uns gerne treffen. Allerdings würde ich vorschlagen, dies zunächst einmal bescheiden zu tun, und uns zu zweit ohne Formvorgaben zu treffen, um unsere Positionen herauszuarbeiten und kommunikative Missverständnisse auszuschließen. Ich halte nichts davon, aus potentiell fehlverstandenem Lehrbuchstoff ein öffentliches Spektakel zu machen, wenn der Dissens einfach nur auf Missverständnissen basieren könnte. Einverstanden?
Lieber Herr Unzicker,
was halten Sie von meinem Angebot?
Nicht viel. Wenn man eine wissenschaftliche Meinung hat, sollte man sich nicht verstecken wollen. Sie legten auch Wert darauf, dass hier Ihr Nachname nicht erschein, obwohl Sie ja selbst öffentliche Vorträge halten. Verstehe ich nicht! Also lassen wir es.
Lieber Herr Unzicker,
Wenn wir unsere Positionen geklärt haben und Sie dann immer noch meinen, die Physik wäre hier falsch, so wäre meine Idee, daß wir unsere Positionen vor Astronomen vorstellen. Sie hatten gesagt, daß Sie Ihre Ideen schon einmal vor Astronomen vorgetragen hätten, aber keine ausreichend interessierten oder qualifizierte Experten dabei gewesen wären.
Meine Idee ist, daß wir Ihre Thesen auf die wesentlichen Diskrepanzen zur konventionellen Physik reduzieren und eine Auswahl nehmen (z.B. Kirchhoffs Gesetz, Photosphärenspektrum), die in 90 min fruchtbar und ohne Missverständnisse abgehandelt werden können. Aber dazu ist es nötig, Ihre Thesen in eine knappe und überprübare Aussageform zu bringen. Dafür das persönliche Treffen.
Was halten Sie davon?
PS: Ich kann Ihnen nicht 100% versprechen, daß ich Experten für einen solchen Disput interessieren kann, aber ich würde es intensiv probieren.
Ein Vortrag vor einem Laienpublikum würde hier gar nichts bringen, denn wissenschaftlicher Fortschritt wird nicht per „Akklamation“ erzielt, sondern durch Verstehen.
Ich halte Vorträge übrigens nicht, um Leute von meiner Meinung überzeugen zu wollen, sondern um ihnen Physik näher zu bringen.