Schwarzes Loch und Gravitonen
Hallo zusammen
Kann jemand erklären, wieso man Gravitonen nicht ausschliessen kann, wenn man annimmt Schwarze Löcher (SL) haben Gravitativen einfluss auf die Umgebung. Denn wenn Gravitonen die Gravitationskraft übermitteln würden, dürften Sie das SL ja auch nicht verlassen können. Gravitonen sind ja das Pandant zu den Photonen in der elektromagnetischen WW. Für mich siehts einfach nach eine rein geometrischen Sachen aus, und nicht etwa ein Eichboson das mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist. Oder hab ich die Gravitonen einfach falsch verstanden? Danke und Gruss QOJ |
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Es ist ein Irrglaube, dass die el.-mag. WW auschließlich durch real propagierende Photonen übermittelt wird. Eine recht anschauliche mathematische Formulierung der QED enthält ein Coulomb-Potential plus Fluktuationen des el.-mag. Feldes.
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Irgend eine From von Information dürfte es ja nicht sein, weil diese im SL bleibt... :rolleyes: (2) Gibt es irgend ein Experiement wo man el.mag. WW messen/festellen kann, aber kein Photonenaustausch stattfindet?? |
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Salopp ausgedrückt: die virtuellen Photone (die für die elektrostatische Felder zuständig sind) unterliegen nicht der Einschränkung, nur mit LG unterwegs sein zu müssen/dürfen. So ein (statisches) Gravitationsfeld würde auch durch virtuelle Gravitonen generiert werden. |
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(2) Bedeutet hier virtuell: Niemals im Experiment nachweisbar? (3) Was ist der unterschied zwischen Gravitationskraft durch Raumzeitgeometrie und virtuellen Gravitonen? |
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Feynmans Nobel-Vortrag QED - the strange theory of light and matter Zitat:
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Gravitation ist hier "eigensinnig" und widersetzt sich erfolgreich den Quantisierungen, wie sie auf andere Felder angewandt wurden. Aber für deine Frage über den Informationsaustausch ist das irrelevant. Da kann man ruhig das elektrostatische Feld nehmen. |
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Ja. Deswegen auch mein Satz im letzten Post, dass es noch gar keine Gravitationstheorie mit Gravitonen gibt. Die werden analog zu Photonen (und wohl auch) rein sprachlich eingeführt/benutzt, ohne, dass es dafür tatsächlich brauchbare Mathe gibt. So ist jedenfalls mein Eindruck. Solche "Feinheiten" aus der Wissenschaft müssen auch kennengelernt werden. :) |
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Um es klar zu sagen: zur Erklärung, wie und warum ein SL ein (klassisches) Gravitationsfeld erzeugt, sind Betrachtungen zu Gravitonen völlig unnötig; die ART reicht völlig aus. Dies ist im Rahmen der Elektrodynamik und der Quantenelektrodynamik ähnlich: man muss das Coulombfeld keinesfalls mittels virtueller Photonen beschreiben; dies kann für bestimmte Berechnungen vorteilhaft sein, für die Diskussion des Potentials ist es nicht sinnvoll und nicht notwendig.
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Es gibt durchaus brauchbare Theorien mit Gravitonen, und zwar nicht nur im Rahmen der Stringtheorie.
Zunächst mal enthält eine vernünftige Quantisierung der ART diese - und damit auch die Metrik bzw. das Gravitationsfeld - als klassischer Grenzfall. Darüberhinaus sind viele Quantisierungen der ART nicht völlig inkonsistent, sie liefern lediglich keinen konsistenten UV-Abschluss; d.h. aber, sie sind als effektive Theorien in einem bestimmten Energiebereich durchaus nutzbar. All dies ist jedoch für das Problem des klassischen Gravitationsfeldes irrelevant. |
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Ich versuche mal ein Résumé. Falls etwas nicht stimmt - haut drauf. :)
1. Das Beste, was wir (Menschen) zum Thema Gravitation haben, ist die ART. Das Beste bedeutet - deckt alle beobachtete Phänomene und ist am einfachsten (von allem, was man so alles hat). 2. ART lässt sich nicht quantisieren. Was bei der Elektrodynamik bsw. funktioniert hat, versagt bei der ART. Und es sieht so aus, dass es so tatsächlich gar nicht gehen kann. (Nicht vollends, wie man dem Beitrag von TomS entnehmen kann, aber doch ausreichend, um sie nur mit Vorsicht zu genießen.) 3. Die Gründe sind aber andere, als das, was TS vermutet. Er/Sie fragt ja danach, warum Gravitonen nicht aufgrund der LG-Einschränkung abgelehnt werden können: Zitat:
Oder? |
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Wir kennen vermutlich konsistente Quantisierungsmethoden der ART (im Rahmen der Stringtheorie, evtl. Supergravitation, Asymptotic Safety nach Weinberg et al.), wir können diese Theorien jedoch nicht phänomenologisch sowie noch nicht abschließend theoretisch beurteilen. Zitat:
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Nochmal: Man kann die QED für bestimmte Problemstellungen so formulieren, dass es so aussieht, als wäre die gesamte el.-mag. WW in "virtuellen Photonen" kodiert; dies ist z.B. für Streuexperimente sinnvoll. Aber diese Formulierung ist völlig ungeeignet für andere Problemstellungen, z.B. die Lamb-Shift im Wasserstoffatom. Grob gesprochen geht es um die Zerlegung des Photonfeldes A = A₀ + a wobei A für das gesamte Feld steht, A₀ für einen klassischen Anteil sowie a für die Fluktuationen, aus denen nach der Quantisierung die Photonen hervorgehen. Setzt man A₀ = 0, so versteht man das Coulombfeld nur schlecht; rein praktisch ist diese Näherung ungeeignet, wenn man mit einem Coulombfeld rechnen muss. Setzt man dagegen A₀ = "Lösung der klassischen Maxwellgleichung", so beschreibt a die Fluktuationen auf dieser klassischen Lösung; dieser Ansatz ist z.B. bei der Berechnung der Lamb-Shift wichtig. Die gesamte Diskussion dreht sich also um ein Missverständnis und um eine ungeeignete Näherung. |
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Ich geh nochmals "On-Topic" und revidiere meine Grundfrage:
(1) Kann man REALE Gravitonen (echte Teilchen, so wie sie in der Quantengravitationstheorie beschrieben werden) nun ausschliessen, wenn man annimmt Schwarze Löcher (SL) haben gravitativen Einfluss auf die Umgebung? ODER: (2) Oder hab ich die Theorie nicht durchblickt und es ist immer nur die Rede von virtuellen Gravitonen? :confused: :( |
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Gravitonen sind im Rahmen eines bestimmten mathematischen Formalismus sinnvoll; in bestimmten Regimen kann man damit vernünftig rechen; ein messtechnischer Nachweis ist prinzipiell denkbar, leider jedoch praktisch nicht umsetzbar. Mit Schwarzen Löchern hat das nichts zu tun. Und ja, diese haben natürlich einen gravitativen Einfluss auf die Umgebung. Zitat:
Virtuelle Gravitonen sind evtl. relevant, um ganz bestimmte Prozesse in ganz bestimmten Regimen zu beschreiben. Reale Gravitonen sind, wie oben besprochen, theoretisch nachweisbar, praktisch jedoch nicht. |
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(1) Wie können diese realen Gravitonen aus dem SL entweichen? Und die Information der Gravitationskraft an das Umfeld (ausserhalb des SS-Radius) weiter geben? |
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s.o.: Zitat:
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(1) Wieso kann man sie dann nicht ausschliessen? (2) Denn wenn es die realen Gravitonen geben sollte, wie erklären wir dann die Gravitationsfeld an die Umgebung von SL? Ein gute Theorie sollte doch alle Beobachtungen mit Optimalfall Vorhersagen, aber im Mindestfall bestätigen. (3) aber im SL-Fall funktioniert alles wie gewohnt ohne reale Gravitonen? Wie das? |
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D.h. bsw. - die Sonne für sich alleine sendet keine Grav.Wellen, aber das System Sonne-Erde, oder Sonne-Jupiter, oder Sonne-Erde-Jupiter sendet welche. Genau so ist es mit SL statt Sonne. |
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Das elektrische Potential A wird dargestellt als A = A° + a a entspricht den Fluktuationen, aus denen später die Photonen hervorgehen. Du kannst nun eine Näherungslösung mit a = 0 und A° = "Coulombfeld" konstruieren, d.h. die Fluktuationen a sind kleine Störungen zu A°, zur Berechnung des Coulombfeldes A° sind sie nicht notwendig. |
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D.h. auch wenn ich eine Zweimassen-RT-Simulation laufenlasse, driften die immer aufeinander zu? (natürlich bei kleinen Massen in verhältnismässig gigantischen Zeitskalen) |
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Du stellst dir immer noch vor, dass es da einen Austausch von Teilchen geben muss. Aber dem ist nicht so; das ist ein nettes und anschauliches Bild, das aber auch in die Irre führen kann. Im konkreten Fall müsstes du eine stromdurchflossene Leiterschleife durch den EH fallen lassen und das im Außenraum resultierende Feld berechnen; das ist extrem kompliziert, funktioniert aber ohne Photonen und rein klassisch. |
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was ist den der unterschied zwischen einem virtuellen Photon und einem Photon, dass aus einem Laser im Vacuum als superposwelle daherkommt? |
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Die Leistung die da abgegeben wird, ist extrem niedrig, im Vergleich zu EM. * Ja. Mit den virtuellen Teilchen muss man vorsichtig sein, die Grenzen gut kennen. Z.B. kann man mit deren Hilfe keine Informationen übertragen. ---------------------- Zitat:
Das ist jetzt aber echt grenzwertiger Pop. Ich empfehle dem Rat von TomS zu folgen und sich klar machen, dass es nicht besonders sinnvoll/schlau ist, so weiter zu machen. |
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Das virtuelle Photon ist eine Berechnungsvorschrift in einer bestimmten Näherung, die weder allgemeingültig noch zwingend notwendig ist. Insbs. im Niederenergiebereich der QCD funktioniert diese Näherung für virtuelle Gluonen nicht! |
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Ist den ein statisches Magnetfeld nicht elektromagnetischer Natur? Und bedeutet das, dass wir noch nicht wissen wie das statisch Magnetfeld funktioniert? |
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Ich suche nach formelfreien Erklärungen |
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http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/qft/six.pdf Wenn du nun QED betreiben möchtest, dann musst du beachten, dass die Felder psi und A quantisiert sind und demnach Feldoperatoren entsprechen; d.h. die Informationen bzgl. des physikalischen Zustandes hängen nicht an diesen Feldoperatoren sondern an einem Zustandsvektor wie in (6.52). Im Falle des el.-mag. Feldes musst du außerdem die Projektion auf transversale Zustände berücksichtigen (6.84), das ist im Hamiltonian noch nicht explizit enthalten. Für das magnetische eines Dauermagneten würdest du für das Vektorpotential A wiederum die Zerlegung A = A° + a einführen, wobei A° der klassischen Lösung der Maxwellgleichungen entsprechen würde. Das selbe gilt für die fermionischen Felder psi bzw. den Strom j. D.h. in nullter Näherung in ℏ liefert die QED gerade die klassischen Lösungen; in höherer Ordnung folgen dann Strahlungskorrekturen wie im Falle der Lamb-Shift. |
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Aber sie Hilft mir nur bedingt weiter. Ich muss wohl meine Frage anders stellen: Gibt es in der QM (QED) Felder ohne Eichbosonen als Boten? (1) wenn ja, welche alle? Und wieso kann man dann die Gravitation dann nicht dazu zählen? (Ich dachte alle hätten...) (2) wenn nein, welches ist das Eichboson im Feld von zwei Dauermagneten (3) virtuelle Teilchen sind "hervorgegangen", da sie in den Feld-Gleichungen auf Tauchen und als Teilchen representiert werden, aber man weiss es gibt sie nicht? D.h. virtuell = mathematisch-theoretisch ? (4) Sind diese virtuellen Teilchen Weltweit anerkannt und fester Bestandteil der QM-Theorie? (Bitte Antwort mit "Ja, weil..." oder "Nein, weil..." beginnen) |
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Siehe der Hamiltonian im verlinkten Dokument; er enthält einen „statischen Coulombterm“ zwischen zwei fermionischen Ladungsdichten. Wichtig: die Form des Hamiltonians ist eichabhängig, d.h. diese Eigenschaft gilt nicht in allen Eichungen. Zitat:
In der QCD ist dieses „Coulombpotential“ sehr kompliziert. In der QED resultiert das 1/r aus der Invertierung des Differentialoperators ∇ in ∇E = ρ; in der QCD ist stattdessen ein (∇-ieA)E= ρ zu invertieren, wobei der zweite Term symbolisch für eine komplizierte Matrix-Operation zu steht; jedenfalls tritt ein Integraloperator auf, der seinerseits von Eichfeld. A abhängt. Wichtig: das “Coulombpotential” der QCD hängt vom Gluonfeldoperator A ab. Dieser Feldoperator darf jedoch i.A. nicht störungstheoretisch behandelt werden, d.h. man erhält nicht die bekannten “virtuellen” Gluonen. Zitat:
Virtuelle Eichbosonen als alleinige Träger der Wechselwirkung sind einfach ein populäres Missverständnis. Diese Näherung ist lediglich in einigen Spezialfällen zutreffend. Zitat:
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Es gibt tausende von Anwendungen und Artikel für die o.g. Näherung sowie die dabei zur Anwendung kommenden virtuellen Teilchen. Die Lehrbücher sind voll davon. Fakt ist nur, dass du hier Fragen stellst, für die diese virtuellen Teilchen zunächst keinen sinnvollen Startpunkt darstellen. Betrachte die Funktion f(x) = 1/(1-x) sowie ihre Taylorreihe f(x) ≈ 1 + x + x² + ... Diese Funktion beschreibe irgendein physikalisches Phänomen. Für sehr kleine x ist ist die o.g. Taylorreihe eine sinnvolle Näherung. Für große x, bzw. bereits für |x| ≈ 1 ist diese Taylorreihe dagegen sinnlos. Für große x wäre z.B. f(x) = 1/(1-x) = 1/[x(1/x - 1)] = 1/x * 1/(z-1) mit sehr kleinem z = 1/x sinnvoll. Nun wird zu den virtuellen Teilchen: Im ersten Fall für sehr kleine x entspräche f(x) ≈ 1 der klassischen Näherung der Elektrodynamik, die Terme x, x², ... den Quantenkorrekturen bzw. virtuellen Teilchen. Im zweiten Fall für sehr große x entspräche dagegen f(x) = 1/x der klassischen Näherung der Elektrodynamik, die Terme z, z², ... den virtuellen Teilchen. Es gibt also nicht “das” virtuelle Teilchen, es handelt sich vielmehr um ein dem jeweiligen Kontext angepasstes Konstrukt. Insbs. ist es sinnlos, im Falle sehr großer x nach dem Wesen der Terme x, x², ... zu fragen. Und normalerweise startet die Näherung nie mit virtuellen Teilchen. Zurück zu deiner Fragestellung: hier müsste man die Einstein-Maxwell-Gleichungen für die Schwarzschild-Raumzeit mit einer kleinen Störung = einem frei fallenden Dauermagneten lösen. |
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Auch inform von direkten antworten und keine umschreibungen. |
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Andere frage: wenn ich eine stromdurchflossene spule mit eisenkern habe. Dann kommuniziert die wicklung mit dem eisen via photonen? Und durch di photonen wird dann das eisen magnetisiert? |
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Lass’ uns doch bitte meinen letzten Beitrag in Ruhe durchgehen. |
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TomS hat sich Deiner angenommen. Ich würde an deiner Stelle das Angebot annehmen. :) |
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Ich sag auch nicht, das der Antworten die ganze Arbeit machen muss. Wenn der Antworter die Antwort kennt, kann er es in einfachen Satz beantworten z.B. Ja/Nein, weil... oder Die Wissenschaft weiss es noch nicht, weil... und ansonsten muss er sich zu nichts verpflichtet fühlen. |
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Wie soll ich mit Zitat:
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Es ist ein bisschen so, wie wenn jemand nach der Funktionsweise eines Autos fragt, nichts versteht, und dann zum Flugzeug überschwenkt. Du musst dich mit dem Thema und meinen Antworten befassen. Dazu gehört, dass du konkret und detailliert nachfragst, wenn du etwas nicht verstehst. Dann kann ich weiter darauf eingehen, und das tue ich auch gerne. Was verstehst du z.B. an der Taylorentwicklung nicht? Warum? Weißt du, was eine Taylorentwicklung ist? Zitat:
Du fragst ständig nach Effekten virtueller Photonen im Kontext eines klassischen Magnetfeldes in einem Gravitationsfeld. Ich erkläre dir mehrfach, dass du dazu keine virtuellen Photonen benötigst, sondern dass es zunächst ausreichend und kompliziert genug ist, die klassischen Felder zu verstehen. Ich versuche - ebenfalls mehrfach - zu erklären, dass du bzgl. der Natur der virtuellen Teilchen einem populären Missverständnis aufgesessen bist. Also solltest deine Vorstellung über Bord werfen und bei Null anfangen, nicht bei einem irgendwie gearteten Standpunkt, den ich nur vermuten kann. |
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