Wie entsteht eine Kraft?
Hallo @all,
man hat gelernt, es gibt 4 fundamentale Kräfte mit zugehörigen Austauschteilchen. Meine Frage: Gehören magnetische und elektrostatische Kräfte auch zu den Fundamentalen? Dann hätte ich nämlich ein (Verständnis-)Problem. Um meine zwei Neodym-Magnete zusammenzuführen, benötige ich eine gehörige Portion Kraft/Energie. Von Photonen ist dabei aber nichts zu sehen.:D Könnte man aus der Wirkung von Austauschteilchen diese vergleichsweise riesigen Effekte herleiten? mfg quick |
AW: Wie entsteht eine Kraft?
moin quick,
dein Link zeigt schon mal bissele was. Der hier ist besser: Grundkräfte der Physik. Da komen auch dene Neodyms unter Magnetismus, elektromagnetische Kraft mit rein. Elektrische und magnetische Komponenten sind hier zusamengefasst. Und ich alles Vergesser wusste mal eine elegenate Erklärung für die Zusammenfassung, P.g. Gruß Uranor |
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Zitat:
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AW: Wie entsteht eine Kraft?
Hallo Querkopf,
hallo Uranor, Bei Wikipedia und weiterführenden Links stoße ich immer nur auf diese "phänomenologischen" Kraft-Gleichungen (gleiche Form für Gravitation, Elektrostatik/Magnetostatik). Wo bleiben die Austauschteilchen, welche Rolle spielen sie denn, um diese Kräfte zu erzeugen? Da steht z.B. "Die Ursache magnetostatischer Felder sind bewegte elektrische Ladungen bzw. ihnen äquivalente Gleichströme mit der Wirbeldichte: rot H(r) = J_L(r)." Na, toll! :rolleyes: Wo sind denn die bewegten Elektronen in meinen Magneten und wo/was die Austauschteilchen dazwischen? mfg quick |
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moin quick,
so was richtig griffig lesbares konnte ich da auch noch nicht finden. Feldtheorien befassen sich mit der Wirkungsweise. Aber eine Tauschteilchen-Theorie? Pionen und Kaonen übernehmen die Tauscharbeiten im Kern. Die Gluonen der WW Stark arbeiten auf dem virtuellen Dirac-See. Zum magnetischen Moment des Neutron stellt man sich eine besondere Konstellation im Aufbau vor. Das fand ich im Artikel: Zitat:
Das Elektron vermittelt die elMag-Kraft. Das Tauschteilchen ist das Photon. Nun frag mal einen Magneten, ob in seinem Innern Elektronen im ausgerichteten Verbund arbeiten, ob im Innern Photonen getauchscht werden. Grundsätzlich ist nur die molekulare ausrichtung bekannt. Je sauberer die Ausrichtung (Beispiel Neodym), desto ausgeprägter das Feld. Und das ist dann offenbar des Pudels Kern, der Stand der Forschung. Die Kraft zeigt sich im Aufbau elektrischer und magnetischer Felder. Dabei werden die kleinen Dinger aber nicht verbraucht. Was unterhält die Felder? Ist wie beim Dirac-See das Quantenvakuum, die Virtualität zuständig? Auch für die WW Gravitation kann ggf. die Virtualität zuständig sein. Forschern wie Rueda und Haisch gelangen bisher keine überprüfbaren Aussagen. Der LHC wird erkunden, wie es nicht funktioniert. :D Und mein Name ist Uranor ich weiß von rein gar nix. :p |
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Zitat:
Photonen vermitteln die elm. Kraft - deine Magneten natürlich inklusive. :) Da Photonen Bosonen sind (Spin 1), können beliebig große Anzahlen von ihnen dieselben Quantenzustände besetzen und so makroskopisch beobachtbare Kräfte erzeugen. Fermion-Felder dagegen (Elektron etc.) können das nicht wegen Pauli-Prinzip. Zum anderen ist die Reichweite der elm. WW aufgrund der Masselosigkeit des Photons groß, sodass sie auch auf makroskopische Entfernungen noch wirkt; das wiederum können die W-Bosonen der schwachen WW nicht. Gruss, Uli |
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Hallo Uli,
Zitat:
Wenn zwischen meinen Magneten eine elm. Kraft besteht und Photonen die Austauschteilchen sind, muß ich mir dann vorstellen, dass ich die Photonen stauche oder auseinanderziehe, je nach Polstellung? Oder wie kommt sonst der Druck oder Zug zwischen den Magneten durch die Photonen zustande? mfg quick |
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Hallo Uranor,
Zitat:
Du stellst Dir ähnliche Fragen, wie ich. Seien wir gespannt, wer für uns Antworten hat. mfg quick |
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salve quick,
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Gruß Uranor |
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Impulsänderung = Kraft Gruss, Uli |
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Zitat:
Dabei fällt mir mal wieder auf, dass ich denke (dachte), in der Virtualität würde ausschließlich der Quantenzufall gelten. Unbeschadet zeigen sich alle Beobachtungen reproduzierbar (Casimir-Druck, Kräftewirkungen). Der Quantenzufall wirkt sich auf den Makro-Skalen ausgeglichen aus? Allerdings ist mir klar, dass sich die Virtualität kausal auf die physikalische Situation bezieht. Nur sag das mal meinem Kopf, solang er offenbar allein sowas denkt. Kann an dem Gedankengang was dran sein? Gruß Uranor |
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Zitat:
mfg |
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Hallo Uli,
Zitat:
Wenn es Photonen sind, die Energie und Impuls austauschen, warum nutzt es dann aber nichts, einen Magneten vor und hinter z.B. einer Solarzelle aufzustellen, um (mehr) Strom zu erzeugen? (Magnetismus funktioniert sogar bei Dunkelheit, Solarzellen nicht). mfg quick |
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Wie eine Kraft entsteht hat Einstein 1920 (Rede zu Leiden) erklärt!
Rede zu Leiden Zitat:
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Zitat:
("immer noch", weil ich das bereits im letzten Posting sagte.) Zitat:
Gruss, Uli |
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Zitat:
Der "Quantenzufall" spielt auf makroskopischer Eben kaum noch eine Rolle. Mal ein Beispiel: wenn wir für die Ortsmessung eines Elektrons eine Vorhersage machen können, die zwangsläufig eine Unsicherheit von ein paar Angstrom aufweist, dann mag das ein gewaltiger Effekt sein. So eine Unsicherheit ist im Makroskopischen aber eher irrelevant. Zudem ist es zwar so, dass der Zufall eine entscheidende Rolle spielt in der Quantenphysik; dennoch läuft aber das Geschehen nach Gesetzmäßigkeiten ab. Die sogenannten Erwartungswerte (die wahrscheinlichsten Werte einer Messung, sozusagen die Peaks der Wahrscheinlichkeitsverteilungen) folgen den makroskopischen Bewegungsgleichungen, wenn man fliessend zu den Skalen der klassischen Physik übergeht. Zitat:
Eines ist gewiss: virtuelle Quanten verletzen keineswegs die Kausalität. Relativistische Quantenfeldtheorien haben die Kausalität derart implementiert, dass Ereignisse mit raumartigem Abstand voneinander sich nicht beeinflussen können. (Ein Abstand zwischen 2 Ereignissen ist "raumartig", wenn sie nur durch ein überlichtschnelles Signal miteinander verbunden werden könnten). Das sichert Kausalität. Diese Eigenschaft ist notwendig, da die zeitliche Reihenfolge solcher Ereignisse (d.h. mit raumartigem Abstand voneinander) nach Spezieller Relativität vom Betrachter (InertialSystem) abhängen würde; der eine sähe Ereignis A vor B und der andere umgekehrt. Deshalb muss ausgeschlossen werden, dass A die Ursache von B sein kann und umgekehrt. Ansonsten würde es paradox akausal. Beantwortet das deine Frage ? Gruss, Uli PS. Zu den verwendeten Begriffen: ein Ereignis ist in der SRT durch 4 Koordinaten (Ort und Zeit) definiert; mit "Abstand" meine ich den "Minkowski-Abstand" der SRT. |
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Ich finde, dein Post ist nichts als unerwünschter Spam. |
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Außerdem, es sind Einsteinsche Ideen. mfg |
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Zitat:
mfg |
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Ursache sind die magnetischen Momente der Atome; diese setzen sich zusammen aus Beiträgen der Hüllenelektronen und dem magnetischen Moment des Kerns (wegen Kernspin). Die magnetischen Momente der Elektronen wiederum haben einen Anteil wegen Bahndrehimpuls und einen weiteren aufgrund des Elektronen-Spins. Gruss, Uli |
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bleib so, so kommt das gut. ;) Hier mal einer unter vielen Links, Reiner Spinstrom - Neuer Effekt in Regensburg entdeckt, dann Neues vom Spin-Hall-Effekt. Zur Übermittlung der Kräfte wird doch gesprochen. Berücksichtige einfach, egal on zwischen Erde und Mond oder zwischen benachbarten Atomen, die Virtualität ist aktiv. Das ist das, was du mit dem Äther tun möchtest. Doch es ist nicht einfach vorhanden sondern entwickelt sich ständig im Hintergrund auf den virtuellen Potentialen. Keine grüne Grütze sondern farblose Energie stellt den Hintergrund. Da sich sonst nix tut, kommen die Wirkungen beachtlich. salve Uli, jau, deine Erklärung hat für Beleuchtung gesorgt. Zitat:
Mir war halt nicht klar, in welchen Größenordnungen sich der Quantenzufall abspielt. Also sind die Skalen doch recht klein... Und doch bestehen die physikalischen Strukturen irgendwo innerhalb der doch recht geringen Hintergrundaktivität. Wir können noch lang nicht sagen, worauf die existentielle Heraushebung beruht. Quantenzufall scheint als Anlass also unwahrscheinlich zu sein. Gruß Uranor |
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Hallo criptically,
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Nur meine Vorstellung, dass es sich dabei um einen Austausch wie bei Ballspielern handelt, ist wohl zu simpel/naiv. Zitat:
mfg quick |
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Hallo Uli,
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Unterscheidet die Quantenelektrodynamik zwischen virtuellen und "echten" Photonen? mfg quick |
AW: Wie entsteht eine Kraft?
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Gruss, Uli |
AW: Wie entsteht eine Kraft?
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Es wird etwas eintönig und fad, wenn bei jeder Gelegenheit künstlich das Thema "Einstein" an den Haaren herbeigezogen wird. Es gibt noch andere - z.T. sicherlich nicht weniger interessante - Themen als die Relativitätstheorie. |
AW: Wie entsteht eine Kraft?
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Virtuelle Teilchen dagegen können auch Anziehung generieren. Um das zu verstehen, müsste man aber in die Formalismen der Quantenfeldtheorie eintauchen. Virtualität ist ein reines Quanten-Phänomen, das in unserer makroskopischen Welt kein Analogon hat. Wenn man das verstehen will, dann führt kein Weg vorbei an der Beschäftigung mit der Quantentheorie. |
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Hallo Uli, @all
vielen Dank für die Beiträge zum Thema. Ich habe das Gefühl, wir sind jetzt in der richtigen Spur. Wie man sieht, kann auch ein virtueller Gedankenaustausch "Kräfte" in in einer bestimmten Richtung freisetzen und die Gruppendynamik spielt hier wie dort (s. Spintronik) auch eine bedeutende Rolle. :) Zitat:
Korreliert die Kraft zwischen Magneten dann mit einer hohen Dichte der virtuellen Photonen? Und gibt es da auch so etwas wie ein Spektrum an Energien? mfg quick |
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Hallo quick,
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mfg |
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Hallo criptically,
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Man hätte drei Ströme: Zwei, die sich kompensieren und einen äußeren. Es sollte dann doch gelingen, diesen äußeren Strom abzuzapfen. Der Magnetismus beginnt nun aber schon bei einem einzelnen freien Elektron (Elementarmagnet), wie sollte das gehen? Zitat:
mfg quick |
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Ich überlasse vielleicht dem Erfinder der QED das Schlusswort meiner Rede hier: Zitat:
R.P Feynman: QED - Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie Verlag Piper, ISBN 3-492-21562-9 9,90 DM seinerzeit ... ein Buch, das dich vielleicht interessieren könnte (auch ohne Physikstudium lesbar) Gute Nacht, Uli Nachtrag: in den Wikipedia-Archiven findet man übrigens, dass die Autoren des "Magnetismus"-Beitrags den Punkt, ob dabei ein Austausch virtueller Photonen stattfindet, recht kontrovers diskutiert haben: http://de.wikipedia.org/wiki/Wikiped...rchiv/2007/Sep Zitat:
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Diese Diskussion zeigt aber auch, dass deine Fragen gut genug sind. |
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Hier zeigt sich die Beschränkung der QED auf mathematischen Formalismus besonders eindrücklich. Etwas anderes ist auch nicht zu erwarten, wenn sogar einer der drei Mitbegründer der QED zugegeben muss, dass niemand (auch er selbst nicht) die QM/QED wirklich verstanden hat. Anderereseits ist Feynmans Pfadintegralismus schlichtweg eine geniale Methode, um damit eine vielschichtige Prozessaufgabe quantitativ zu lösen. Die Einführung von Geistfeldern (Fadejew-Popow) - als formaler Rechenhilfe - zeigt uns aber wieder allzudeutlich, dass wir es mit einer vorwiegend mathematischen Theorie zu tun haben, die das Wesen der Dinge nicht erklären kann. Gr. zg |
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Gr. zg |
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Aus Didaktischer Sicht bietet es sich an den Umgang mit Geisterchen am relativ einfachen Beispiel der QED einzuführen und zu üben, weshalb das in den meisten Lehrbüchern auch so gemacht wird. Ansonsten ist die QED einfach nur verdammt gut. Zitat:
Bevor sich aber jetzt alle Welt um virtuelle Photonen streitet, wäre es vielleicht einmal Sinnvoll auf nicht Störungstheoretische Konzepte zu blicken. Da wäre z.B. das Maxwellfeld. Ich nehme einen allgemeinen Lagrangian für das Photonfeld und koppel ihn an einen Viererstrom. Den Propagator kann ich ohne Störungstheorie ausrechnen (wenn ich denn will auch über Fadeev – Popov, auch wenn’s etwas übertrieben ist). Mit meinem Propagator in der Tasche kann ich dann mit relativ unspektakulärer Mathematik (nur ein bisschen Kugelkoordinaten und Residuensatz) mein Yukawa – Potential ausrechen, das die Wechselwirkung zwischen meinen Strömen beschreibt. Zufälligerweise ist das für ein masseloses Photonenfeld das bekannte Coulombfeld. Fazit: Mein Photonpropagator beschreibt die Coulombwechselwirkung des klassischen elektromagnetischen Feldes. Wie sieht das jetzt mit der Störungstheorie aus? Ströme und Ladungen (also zusammengefasst Viererströme) werden von Teilchen getragen, also z.B. von Elektronen. Anstatt meines Vierervektors für den Strom wie oben, habe ich jetzt ein recht komplexes Feld für Elektronen und Positronen. Da kann ich nicht mehr so einfach Propagatoren ausrechnen. Also mache ich es in Schrittweiser Näherung. Ich habe jetzt Propagatoren für freie Elektronen und freie Photonen und lasse diese miteinander interagieren um die Wechselwirkung zu bekommen (also nichts weiter als zwei Elektronen mit Coulombwechselwirkung). Meine Arena ist das Vakuum. Teilchen werden aus dem Vakuum erzeugt und in dieses vernichtet. Wechselwirkungen können mathematisch über Erzeugung und Vernichtung von Teilchen ausgedrückt werden (das ist sogar in der Einteilchen Quantenmechanik möglich) Im ersten Schritt Erzeuge aus dem Vakuum an zwei Punkten in der Raumzeit Elektronen. |
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Ich kann allerdings auch Wellen durch ähnliche Greensche Funktionen beschreinben, dass ist dann die mathematische Variante der Huygensschen Prinzips (Fresnel). |
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Bei meinem längeren Text ist irgendwie eine Menge verschluckt worden, ich werde das vervollständigen.
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Im ersten Schritt erzeuge ich an zwei Punkten in der Raumzeit Elektronen aus dem Vakuum. Diese Elektronen sind durch einen Propagator charakterisiert, der ihre Ausbreitung in Raum und Zeit beschreibt. Nun sollen diese Elektronen Coulombinteragieren. Dazu erzeuge ich an einem Wechselwirkungspunkt ein Photon und vernichte meine Elektronen. Der Wechselwirkungpunkt ist also der Endpunkt für die Ausbreitung meiner Elektronen. Nun erzeuge ich neue Elektronen mit einem anderen Propagator (also mit einer anderen Ausbreitungsrichtung und Geschwindigkeit) und vernichte mein Photon wieder. Der Photonpropagator dient also nur dazu die Ausbreitung der Elektronen gemäß der Coulombwechselwirkung zu ändern. Das Photon ist also ein mathematisches, ein Wechselwirkungsteilchen (oder virtuelles Teilchen). |
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Mit anderen Worten, beherrscht du das, was du mit kühner Kreide an die Tafel schreibst, auch in der physikalischen Praxis? Oder bleibt es virtuell? Gr. zg |
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das sind leider böhmische Dörfer für mich. Kannst du kurz beschreiben, wie man Elektronen aus dem Vakuum erzeugt und zwar so, dass auch ein Laie dies einigermassen nachvollziehen kann? Wie genau muss ich mir die Vernichtung von Photonen und Elektronen vorstellen? Grüssle, Marco Polo |
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Da mein Interesse aber mehr der Kondensierten Materie gilt (und Supraleiter oder Fluide gibt es nun einmal makroskopisch sichtbar) muss ich mir um die Experimente auch keine so großen Sorgen machen (abgesehen davon hat man da ja Emergenzeffekte und ich finde nichtstörungstheoretische QFT ohnehin viel spannender). Und was die Streuexperimente in der Hochenergiephysik angeht, da vertraue ich ganz den Experten. Zitat:
(allerdings im kanonischen Formalismus) und in den darauf folgende Beiträgen. |
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Freilich existieren virtuelle Teilchen nicht in dem Sinne wie freie Teilchen das tun; sie hängen eng zusammen mit dem Formalismus der QED (Feynman-Regeln). So weit würde ich dir zustimmen. Ein anderes Beispiel für die Vorhersagekraft virtueller Teilchen sind die Higgs-Bosonen der elektroschwachen Theorie. Obwohl noch nie gesehen als freie Teilchen, tragen sie als virtuelle Teilchen zu beobachteten Prozessen in höherer Ordnung bei, und zwar geht dabei ihre Masse als unbekannter Parameter ein. Daraus resultieren dann die bekannten Schranken auf die zu erwartende Higgs-Masse. Kurzum: virtuelle Quanten sind aus Quantenfeldtheorien nicht mehr wegzudenken. Zitat:
Sie sind natürlich ein Konzept sowie die gesamte QED "lediglich" ein Konzept ist - allerdings ein extrem erfolgreiches. Gruss, Uli |
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Der Term, der für innere Linien (virtuelle Teilchen) einzusetzen ist, wird Propagator genannt. Es ist eine Funktion von Ruhemasse und 4-Impuls des Teilchens - eine Funktion, die auf der Massenschale des jeweiligen Teilchens einen Pol hat. Den eigentlichen Beitrag erhält man dann durch Integration dieses Propagatorterms (und anderer Terme der Amplitude) über alle möglichen 4-Impulse des virtuellen Teilchens, die mit Energie-Impuls-Erhaltung verträglich sind. Im Gegensatz dazu befindet sich ein reelles Teilchen immer auf seiner Massenschale (beim Photon ist die Massenschale im Ortsraum der Lichtkegel). Diese Propagatorfunktion wird - wie Querkopf schon geschrieben hat - auch 2-Punkt-Funktion genannt, da sie im Ortsraum eine Verbindung 2er Ereignisse darstellt. Ihre genaue Form hängt auch noch vom Spin des Teilchens ab. Gruss, Uli |
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http://www.quanten.de/forum/showthre...6226#post16226 Wie sich das nach Hermes' Vorstellung in das 'Viele-Welten'-Konzept einfügt steht in #66 und hier: Bei den Virtuellen Teilchen sehe ich das so: Wenn da ein mathematisch beschriebener Vorgang ist, der wie ein Teilchen wirkt - warum sollte es keines sein? Daß es selbst nur als 'Wirkung' meßbar ist, erkläre ich mir damit daß alles Teil eines hochdimensionalen 'Raums' ist, von dem wir nur den 'Raumzeit'-Anteil davon direkt messen können. Wenn die Ursache einer Wirkung nur beschrieben, aber nicht selbst meß- und erkennbar ist, schließe ich daraus, daß sich der eigentliche Vorgang in diesem nicht zugänglichen Bereich abspielt. Da unsere meßbaren Teilchen Teil ('Ausschnitt') des ganzen, hochdimensionalen Objekts sind können wir die Wirkung des selbst nicht messbaren Vorgangs trotzdem feststellen. Das nicht-lokale der Quantenphysik ist nach meinem Verstehen nur insofern nicht-lokal, daß sich der tatsächliche physikalische Prozeß außerhalb unserer Raumzeit abspielt. Er hat einen Ort, nur in einer anderen Raumzeit. 'Nirgends' nur aus einer rein 4-dimensionalen Perspektive; der 'Ort des Geschehens' in einer 'Parallelwelt', also rein mechanisch 5-dimensional. Das muß man sich natürlich nicht so vorstellen - Es bietet aber eine Erklärung für das Wesen der Dinge in zeitgenosses' Beitrag ohne die Quantentheorie zu verändern oder 'Geistfelder' einzuführen: Zitat:
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gruss rafiti |
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Deine Strategie erinnert schon etwas an die der User orca oder cryptically, die bei jeder Gelegenheit das Thema auf Einstein lenken. Genauso unangebracht ist dein Verweis auf die VWT an dieser Stelle. Gruss, Uli |
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Hallo Uli,
herzlichen Dank für Dein geduldiges Eingehen auf meine Fragen.:) Zur Entstehung von Kräften habe ich momentan keine weiteren. mfg quick |
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mfg |
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