Bewegte Photonenbox - Higgs Feld - Protonenmasse
 

Hallo zusammen.
Ich schaue hin und wieder PBS-Space-Time auf Youtube und lese gelegentlich gewisse Artikel.
Und in PBS kam nun eine relativ gute und anschauliche Beschreibung, WIE sich die Masse eines Protons zusammensetzt.

Dabei war ich sehr verwundert, denn das Proton besteht, wie wie H-Atom, grössten teils aus Leere. Die Masse des Protons soll angeblich nicht alleine von der Wechselwirkung der Quarks mit dem Hoogs-Feld herrühren, sondern durch andere, energie-transportierende Prozesse, wie z.B. die Wirkung der Gluonen im Confinement.

Das heisst also, dass Einstein wieder korrekt unterwegs ist, und irgendeine Form von Energie, die sich innerhalb des Protons mit C ausbreitet, ausserhalb des Protons als Masse wahrgenommen wird.

Wie geht sowas ? Ich meine, ok, der photoelektrische Effekt zeigt sowas auf, da könnte ich es mir erklären.
Aber es ist, wenn es wahr ist, also reduzierbar, auf folgende Aussagen:
( Mit Fragezeichen, damit Ihr das kommentieren könnt ).

1) Die Masse des Protons ist nicht alleine durch die Quarks+Higgs zu erklären ?

2) Welche anderen Teilchen auch immer im Proton existieren, tragen zur
Gesamtmasse bei ?

3) Da in der Wissenschaft bisher lediglich Gluonen postuliert werden, und
diese theoretisch die Überträger der starken Kernkraft sind, sollten diese, sich mit C bewegend, Effekte ähnlich dem photoelektrischen Effekt zwischen den Quarks ausüben, was in Form der Energiebilanz einen Teil der Masse des Protons beisteuert

4) Der leere Raum ist nicht leer und ein wirres Eunneln, Erscheinen und Verschwinden von virtuellen Teilchen im Proton ist wahrscheinlich und trägt einen Teil zur Protonenmasse bei ?

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Hi,

anstatt selbst zu formulieren, kopier ich mal einfach aus Wikipedia.
https://de.wikipedia.org/wiki/Proton
Dabei ist zu beachten, dass hier die sog. Strom-Massen der Quarks gemeint sind (das sind die Massen, die eigentlich in die Theorie des Standardmodells eingehen). Diese sind aber viel zu klein, um alleine die Masse des Protons zu erklären. Die starke Wechselwirkung (Gluonen) spielt die entscheidende Rolle bei Erzeugung der Masse des Protons.

Gruß,
Uli

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Also, doch. Aber wie ? Haben Gluonen eine Masse ? Dann können sie sich nicht mit C bewegen. Dann ist deren kinetische Energie so hoch, dass die 99 Prozent der Energie des Protons ausmacht ? Wieviel GeV hat so ein Gluon denn dann bitte ?

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Gluonen haben keine Masse. Die Quarks machen lediglich ca. 1 % der Masse des Protons aus. Der Rest der Masse kommt tatsächlich von der Bewegungs- und Bindungsenergie zwischen Quarks und Gluonen (Austauschteilchen der starken Wechselwirkung).

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Bei Bindungsenergie wäre ich vorsichtig, da diese je häufig "negativ" ist. In dem Sinn, dass das ungebundene Edukt "Energiereicher" als das Produkt ist.

Energie besitzt Trägheit = Träge Masse = Ruhemasse. Die Geschwindigkeit der "Energie tragenden Teilchen" spielt bei der Betrachtung keine Rolle.

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Leider ist das Zitat aus der Wikipedia ziemlich falsch:

Die Korrektur

geht in die richtige Richtung.

Zunächst mal ist die Aussage, das Proton "bestünde" aus drei Quarks nicht wirklich zutreffend. Das Proton trägt die Quantenzahlen einer Kombination dieser drei Quarks. Die "Zahl" der Quarks ist energieabhängig, d.h. abhängig von Auflösungsvermögen des Prozesses, mit dem man das Proton untersucht.

Wenn man ein geringes Auflösungsvermögen anwendet, kann man von Valenz- oder Constituent Quarks sprechen. Leider bleibt in diesem Grenzfall die Masse sowie der Bindungsmechanismus des Protons ein Rätsel; man darf hier noch am ehesten davon sprechen, das Proton bestünde aus drei Valenzquarks, d.h. drei effektiven, nicht-elementaren Gebilden.

Interessiert man sich für den Mechanismus der Masseerzeugung, so benötigt man die QCD und ein hohes Auflösungsvermögen; in diesem Fall spricht man von Strom- oder Current-Quarks; dies sind letztlich die elementaren Objekte. Die Stromquarkmassen liegen bei ca. 2 - 5 MeV, d.h. drei Stromquarks liefern ca. 10 Mev = ca. 1% der Protonmasse. Aber in dieser Betrachtungsweise ist es schlicht falsch zu sagen, das Proton bestünde aus drei Stromquarks! Außerdem tragen nicht nur die Massen der Stromquarks bei, sondern auch deren kinetische Energie, und damit liefern diese einen deutlich höheren Anteil zur Gesamtmasse.

Nun zur Frage, wie masselose Gluonen überhaupt zur Masse beitragen können. Betrachten wir dazu die QCD ohne Quarks, d.h. Glueballs = gebundene, rein gluonische Zustände. Der leichteste skalare Glueball (den man gut berechnen jedoch nicht zweifelsfrei nachweisen kann) hat eine Masse von ca. 1.4 GeV und damit ca. das 1.5-fache der Protonmasse. Wir liegen also in der richtigen Größenordnung.

Dass das Gluonfeld Energie trägt, kann man bereits aus der QED schlussfolgern; das el.-mag. Feld hat eine Energiedichte von ½ (E² + B²). Im Gegensatz zum el.-mag. Feld zeigt das Gluonfeld eine Selbstwechselwirkung; daraus folgen in der QCD lokalisierte gebundene Zustände, d.h. Glueballs. Diese existieren nicht isoliert sondern nur "vermischt" mit anderen Zuständen benachbarter Massen, sind jedoch in der Gittereichtheorie sehr gut berechenbar.

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WOW. Du bist echt gut, Alter. Ok, ich bin sehr interessiert. Womit empfiehlst Du mir, zu beginnen, damit ich da hinein komme, irgendwelche Lektüren ? QCD, QED, Maxwell-Gleichungen ? Ich will mathematisch da herangehen, egal, wie weit ich dafür in meine Schulvergangenheit zurück muss....

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Naja, ganz falsch ist es sicher auch nicht, das Proton als einen gebundenen Zustand von 3 Quarks zu betrachten, denn es ist ja kein Zufall, dass wie du sagst:

Diese Ergebnisse aus tief inelastischer Streuung sind wirklich verblüffend - zumindest für mich. Dass man da als Streuzentren bei hohen Energien auch schwere Quarks oder Gluonen sieht, hätte ich nie und nimmer erwartet: es zeigt, dass man die Realität virtueller Teilchen auch nicht unterschätzen sollte.

Gruß,
Uli

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Na ja, du kannst eine beliebige ungerade Zahl an Quarks zu einem Zustand koppeln, der bzgl. Spin und Farbe einem Hadron entspricht :-)

Die Zahl 3 ist eine rein algebraische Eigenschaft; dynamisch nun einem bestimmten Limes zutreffend

http://www.physics.umd.edu/courses/P...i/chapter4.pdf (Fig. 4.4)

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Der Limes ist nun wohl v=0 für das Proton (oder äquivalent - E->E₀ bei seiner Untersuchung), wenn ich mich nicht irre. Und genau das denkt man sich ja "automatisch", wenn man fragt - "Woraus besteht ein Proton? Wie setzt sich seine Masse zusammen?"

Insofern ist es imho nicht verkehrt sich das (ruhende) Proton als [uud + Wechselwirkung mittels Gluonen (vielleicht noch + Selbstwechselwirkung der Gluonen)] vor zu stellen.

Oder?

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Nun ja, es gibt ja auch noch Gell-Mann, der er die damals beobachteten Multipletts von Baryonen und Mesonen überzeugend als höhere Darstellungen einer SU(3) deuten konnte, die alle auf die elementare Darstellung durch 3 Quarks zurückgeführt werden konnten - so das Proton auf die Kombination (uud).
Dafür erhielt er immerhin 1969 den Nobelpreis. Wird schon nicht so ganz verkehrt gewesen sein. :)

Klar, schaust du genauer - nämlich tief inelastisch - so offenbaren sich auch Aspekte der QCD-Wechselwirkung der 3 Constituent-Quarks untereinander: nämlich See-Quarks und Gluonen. Die Beobachtung schwerer See-Quarks als Streuzentren würde ich aber nun auch nicht so interpretieren, dass das Proton aus diesen besteht. Diese Quarks sind ja teils weit schwerer als das komplette Proton und können deshalb unmöglich als "permanente Bestandteile" im Proton vorliegen. Die Constituent-Quarks uud tun das aber.

Gruß,
Uli

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Meinst Du damit die virtuellen Quarks, der Quarks-See, der nur zeitweilig im Proton "blubbert" ? Sind das da drin diese schweren Quarks ? Dann müssten gemessene Protonen ja immer unterschiedliche Massen haben, ist das so ?

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Ja, es geht um die See-Quarks, die man bei tief inelastischen Streuexperimenten im Proton "sieht".

Nein, die Ruhemasse des Protons ist sehr genau bekannt und immer dieselbe.

---

Sogar in masselosen Photonen findet man in gewissen Typen von Streuexperimenten Quarks:
The Photon Structure from Deep Inelastic Electron-Photon Scattering

Diese sind aber nicht als Bestandteile ("Bausteine") der Photonen anzusehen.

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Dann sind die das auch nicht beim Proton, folgt hier als logische Schlussfolgerung.
Wie aber wurden diese See-Quarks ( und wo ist ein Link dazu ) überhaupt entdeckt ?
Die können ja nicht virtuell entstehen, dann plörtzlich kollidieren zwei der Protonen in der Nanosekunde, bevor die beiden sich wieder annihilieren, und GENAU da zerfetzt das Proton in seine Bestandteile UND die virtuellen, die nicht dazu kamen, sich zu annihilieren ? So in etwa ?

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Das wäre die "quenched approximation" der QCD; die ist nicht schlecht, aber man geht heute darüberhinaus; man unterdrückt Sea-Quarks, allerdings muss man die Gluonen-Selbstwechselwirkung zwingend berücksichtigen.

Von dem einfachen Bild dreier Quarks bleibt wenig übrig.

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Es ist mir immer noch nicht klar, wer wann "bewiesen" haben soll, dass es diese See-Quarks doch gibt und vor allem wie. Meiner Meinung nach wissen wir über die Quarks und Gluonen vergleichsweise gar nichts. Irgendwelche "Jets", die in Collidern detektiert werden, werden also als Quarks interpretiert, deren "Energie" wird nach newtonschen Formeln berechnet und dann wird gesagt: Hmm, so leicht ist das Proton ja gar nicht, also können diese Jets nicht alle Teilchen enthalten, die das Proton ausmachen. Und vor allem würde ich gerne wissen, wie Gluonen mit sich selber wechselwirken sollen??? Die sind doch die Überträger der starken Kernkraft und "halten" angeblich die Quarks in einem Confinement.

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Die Streuung an punktförmigen Zentren (zuerst neutral "Partonen" genannt) ergibt sich aus dem bei den Streu-Experimenten beobachteten Bjorken-Scaling - mehr dazu z.B. hier http://www.physik.uni-bielefeld.de/~...en12/12_06.pdf

Später wurden die Partonen als Quarks und Gluonen identifiziert.

Die Selbst-Wechselwirkung der Gluonen ergibt sich unmittelbar aus der Lagrangedichte der QCD, d.h. dem letzten Term in

https://upload.wikimedia.org/math/9/...d403f3bb88.png

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Lagrange ? War das nicht ein Astronom ?

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Laut Wiki Mathematiker und Astronom.

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Das ist schon ein starkes Stück! Wie kommst du zu deiner Meinung? Meiner Meinung nach wissen wir über die Quarks und Gluonen vergleichsweise viel. Nachfragen deinerseits wäre angebracht.

Grüße
Tom

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Ok, ich versuche zu erklären, wieso ich das meine:

a) Es sind nur Jets in Beschleunigeranlagen nachgewiesen worden. Diese Jets sollen aus
Quarks, resp. Gluonen bestehen. Diese sollen wegen des notwendigen Confinement direkt mit gewöhnlicher Materie interagieren. Man sieht aber Jets in den Detektoren, diese haben eine gewisse Energie und sind nachweisbar. Das wird dann interpretiert als Quarks/Gluonen.
Für mich schliesst sich das durchaus aus. Wenn Quarks nicht einzeln vorkommen können, wie also kann man die messen, ja überhaupt "finden" ? Der Detektor misst genau was ? Ich hab mir mal solche Ringe angesehen, da wird unterteilt, ein Bereich ist z.B. für elektromagnetische Strahlung vorgesehen, andere dienen anderen Arten von Partikeln, Strahlung, etc. Was also ist in dem Ring ausserhalb des Detektors, der die Jets aufnimmt, welche, laut meiner Erinnerung, durch einige anderre Ringe durchmüssen, BEVOR sie erst an dem Ring ankommen, der sie detektiert ? Bis dahin sollten irgendwelche Quarks schon längst nicht mehr alleine umherfliegen.

b) Die aus den Erkenntnissen von a) entstandenen Theorien halfen, das sogenannte in Standardmodell zu erstellen. Dieses soll sich bisher bewahrheitet haben, mathematisch erst recht, experimentell aber auch. Aber die Quarks hatten da drin keine Masse. Peter Higgs hat dann errechnet, was es geben müsste damit diese Quarks masse hätten und postulierte ein neues Teilchen. Die Berechnungen grenzten seine Eigenschaften ein.
Der LHC wurde erneut gestartet, und BEINAHE direkt wurde dieses Teilchen entdeckt. Hoffen wir, dass die Leute in 2016 mehr dazu sagen.
Lagrange ? War doch ein Astronom, oder nicht ? Da gibt es doch Lagrange Punkte. Im Sonnensystem.

Ich denke, dass wir NICHT viel über Quarks und Gluonen wissen. Ehrlich. Wenn wir schon Vermutungen über See-Quarks hernehmen müssen, klingt mir das eher nach einem Kunstgriff. Aber Mathematiker tun sowas generell, die stellen Formeln um und bauen Herleitungen ein, bis eine Gleichung passt.

Es soll nicht heissen, dass ich die bisherigen Errungenschaften verschmähe, nicht glaube, eine esoterische Erklärung vorziehe, oder sonst wie das gängige Denken respektlos betrachten will.

Ich denke nur, dass wenn man detailliert hinschaut, sich Widersprüche zeigen. Und auch nicht alles ist so schlüssig, wie es sich beim ersten Mal anhört.
Es kann zum Teil von meinem fehlenden Verständniss herrühren, aber ich denke, NICHT komplett nur daher.

Weiter gehts ?

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Ich sehe keine Widersprüche - ganz im Gegenteil: die Annahme, dass diese Jets aus dem Zerfall gewisser Entitäten stammen, ist sehr plausibel.

Aber natürlich ist die Auswertung solcher Experimente kompliziert und anspruchsvoll.

Wenn man sagt, man habe Quarks "gesehen", dann ist das nicht ganz wörtlich zu nehmen. In der Teilchenphysik "sieht" man sowieso keine Teilchen sondern höchstens irgendwelche Spuren.

Die "Quarks" sieht man erst recht nicht; es geht um den Test eines Modells, eben des Quarkmodells. Sind die Ergebnisse in Übereinstimmung mit diesem Modell interpretierbar? Ja, das sind sie.

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Es existieren 'zig Indizien für Quarks und Gluonen.

Alle experimentell beobachtbareren Phänomene (DIS, Jets, Drell-Yan, ... Massen, Momente, Formfaktoren, ... der Nukleonen) lassen sich auf Basis der QCD sehr präzise berechnen.

D.h. Quarks und Gluonen existieren zumindest im instrumentalistischen Sinn, im Kontext einer mathematischen Methode. Das kannst du nicht bestreiten. Ob sie damit auch "real" existieren ist eine philosophische Fragestellung, keine physikalische.

PS.: Lagrange hat eine alternative, äquivalente Formulierung der Newtonschen Mechanik entwickelt. Diese wird heute u.a. in verallgemeinerter Form in Feldtheorien (E.-Dyn., ART, QFTs) verwendet.

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Oh, doch mein Freundchen, das ist ein höchst physikalische Frage, denn ausgehend von 30 jährigen Theorien ist das Standardmodell NETT aber niemand der führenden Professoren/Doktoren/Wissenschaftler würde DIREKT, laut und offen zugeben, dass es nicht stimmt, ( was die untereinander aber schon hin und wieder öfter diskutieren). So eine Sch....e wie dunkle Energie und dunkle Materie kommt dann dabei heraus, anstelle einzusehen, dass das lang erarbeitete Modell einfach falsch ist. PBS SpaceTime sagte das ebenfalls. Entweder Einstein liegt falsch oder aber das SM. Nur Einstein wurde bisher nie widerlegt.

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Niemand behauptet, dass das Standardmodell eine "theory of everything" ist. Bis zur "finalen" Theorie, die alle Wechselwirkungen quantisiert vereinheitlicht, wird man auch noch ein Weilchen warten müssen.

So müssen auch viele Parameter des SM (Massen, Kopplungskonstanten) an die beobachteten Werte "angefittet" werden und ergeben sich nicht aus der Theorie, wie man das von einer fundamentaleren Theorie erwarten würde.

Aber, was das SM kann, das kann es gut: es gibt keine Widersprüche zwischen Vorhersagen und Beobachtungen.

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Bis auf die Sternrotationsgeschwindigkeit in Aussenbereichen der Galaxien.

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Entspann Dich, ich habe keinen angegriffen, der Rest im Satz ist wohl mehr als sachlich.

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Passiert ja auch nichts. Ich fand die Veränderung im Tonfall nur völlig unnötig. Wenn ich einem Noob was erklären sollte und der würde mich "Freundchen" nennen, dann würde ich die Lust verlieren.
Ist aber letztendlich deine Sache, solange es nicht noch unfreundlicher wird.

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Unter Standardmodell verstand ich hier eigentlich die SU(3)xSU(2)xU(1) Eichtheorie der Teilchenphysik. Darum ging es doch die ganze Zeit: Quarks etc.. Dieses SM sagt gar nichts zu Gravitation und Rotationsgeschwindigkeiten.

Das von dir erwähnte Problem beträfe eher die Newtonsche Gravitationstheorie - es sei denn, da ist dunkle Materie, was ja auch der Fall zu sein scheint, wie unabhängige Beobachtungen belegen (Gravitationslinseneffekte ...). Dann passt auch Herr Newton wieder.

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nein, eine philosophische

weil es nicht wahr ist, dass es angeblich nicht stimmt

das Modell macht tausende hochpräzise, in 'zig experimentellen Untersuchungen bestätigte Vorhersagen (Hadronenspektrum / -massen, Formfaktoren, Streuquerschnitte, Zerfallsbreiten, ... Kernmassen, ... atomare Spektren, ...); das Modell ist also nicht falsch oder widerlegt, sondern lediglich unvollständig bzw. nicht umfassend anwendbar (was auch niemand behauptet)

PS.: ich würde mir wünschen, dass du angesichts deines Wissenstandes mehr fragst und weniger haltlose Behauptungen aufstellst

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Komisch, dass gerade Du hier Philosophie den Vorzug gibst, ich hielt Dich bisher für sehr rational.

Meine Behauptungen sind WO genau haltlos ? Das, was ich über das SM gesagt habe, ist zitiert, von Quellen, die renomiert sind.

Also, da kommen wir doch auf einander zu.

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Philosophie, nicht Philisophie.

Ja, ich bin rational. D.h. ich erkenne die Grenzen der Rationalität und räume der Philosophie ihren Platz ein. Ich gebe ihr damit nicht den Vorzug.

Und übrigens haben sich Einstein, Weizsäcker, Heisenberg u.a. intensiv mit Philosophie befasst; und Popper u.a. haben sich mit Physik befasst; beides ist sinnvoll.

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Korrigiert.


Dann erklär mal hier bitte, wieso Du dass hier eher als philosophische Frage bezeichnen würdest.

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Korrigiert.


Dann erklär mal hier bitte, wieso Du dass hier eher als philosophische Frage bezeichnen würdest.

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Rein physikalisch betrachtet dienen mathematischen Objekte wie "Quarkfelder" zunächst lediglich dazu, real beobachtbare Phänomene z.B. im Rahmen von Streuexperimenten zu beschreiben. D.h. was unbestreitbar "existiert" sind zunächst Phänomene (also im Gehirn wahrgenommene Messergebnisse aus Experimenten) sowie ein mathematisches Modell. Du stimmst mir jedoch sicher zu, dass die Existenzweisen eines mathematischen Modells und eines Zeigerausschlags eines Messgerätes unterschiedlicher Art sind.

Ob einem mathematischen Objekt wie enorm "Quarkfeld" ein real-existierendes Objekt entspricht oder nicht, ist nicht Gegenstand der Physik.

Es handelt sich demnach um verschiedene philosophische Ansätze, wie die Physik zu verstehen ist. Man kann durchaus die selbe Physik betreiben, jedoch unterschiedliche philosophische Positionen vertreten.


Einfaches Beispiel anhand des Newtonschen Gravitationsgesetzes zur Berechnung der Kraft F zwischen zwei Massen m, M im Abstand r:

F = - GmM/r²

Diese Formel existiert sicher instrumentalistisch in dem Sinn, dass sie hier aufgeschrieben steht und real messbare Phänomene beschreibt.

Frage: existieren F, =, -, G, m, M, / und r? in welcher Form? real? als rein mathematische Objekte? was ist der Unterschied der Existenzweisen von G, m und / ?

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Da könnte uns vielleicht Hilary Putnam mit seiner Philosophie der Mathematik helfen :D
G stellt ein Verhältnis dar, was einzigartig in unserem Kosmos ist. F ist dann ebenfalls ein Verhältnis. M und r sind nur noch Größen die irgendetwas beschreiben. So sei die Masse das, was den Körper in einem Gravitationsfeld stärker zu irgendwas anzieht.