Was ist der Unterschied von Quant (Photon) und Atom?

[JoAx]

Hallo zusammen!

Zitat von citus

Die Frage ist aufgekommen, nachdem ich mir ein Video von Urlich Warnke bei youtube angeschaut habe.

Ich mauss auch sagen, dass mir dieses Video ziemlich ungeeignet erscheint, wenn man gerade anfängt sich mit dem Thema zu beschäftigen. Kann auch daran liegen, dass es eher für Biologie-Interessierte gedacht ist. Herr Warnke versorgt da die Zuschauer mit "Bildern" über die "Welt der Quantenmechanik", bei denen vielen hier Haare zu Berge aufstehen dürften.

Das ist aber auch ein echt schwieriges Thema - Quantenmechanik und Biologie.
Und ich gebe ehrlich zu, dass ich da nicht wirklich tiefer einsteigen möchte. 'Werd schon ziemlich zufrieden sein, wenn ich die QM alleine einiger massen nachvollziehen kann.

Zum Thema.
Zunächst muss man sagen, dass die Benennung von "Dingen" dann erfolgt, wenn man sie zum ersten Mal für sich "entdeckt". Nach den Eigenschaften, die sich bei der Entdeckung gezeigt haben, so zu sagen, und nicht nach den Eigenschaften, die man bei diesen später u.U. noch entdecken wird. Wieso heißen bsw. Atome so, und nicht anders?

Zitat von wiki

Atome sind Grundbausteine der Materie. Der Name leitet sich vom griechischen ἄτομος átomos ab, was „das Unzerschneidbare“ bedeutet (von ἀ a ‚un-‘ und τέμνειν témnein ‚schneiden‘, häufig auch übersetzt mit „das Unteilbare“).

Wie man leicht erkennen kann, passt der Name eigentlich nicht zu dem, was wir darunter verstehen, denn Atome sind sehr wohl weiter teilbar. In Elektrone und Atomkern. Der Atomkern ist seinerseits auch weiter teilbar. ...

Zum ersten Mal kommt ein "Quant" in die Physik, als Max Plank 1900 die Lösung des Problems des so genannten "Schwarzen Körpers" entdeckt. Der Gedanke dahinter ist, dass die Energie der elektromagnetischen Wellen von Materie* nicht kontinuierlich abgegeben wird, sondern in Portionen - Quanten eben. 1905 benutzt Einstein diesen Gedanken um das zweite "große Mysterium" der damaligen Zeit zu lösen - den Photoelektrische Effekt. Dabei benennt Einstein die Quanten des Elektromagnetischen Feldes mit - Photon. Und so nimmt die Geschichte der Quantenmechanik ihren Lauf.

Dabei entdeckt man, dass nicht nur Wellen, die ansonsten etwas kontinuierliches sind, Teilcheneigenschaften zeigen können, sondern, dass auch Objekte, die man sich eher als Teilchen denkt, Welleneigenschaften aufweisen können. Und so versteht man Heute unter einem "Quant" im Grunde jedes "Ding", das sich quantenmechanisch verhält, verhalten kann.

Photon,
Elektron,
Quark,
Atomkern,
Atom,
Molekül (Man hat schon nachgewiesen, dass Moleküle aus bis zu 70 Kohlenstoffatomen sich wie ein Quant in einem Doppelspaltexperiment verhalten können).

Es können aber auch makroskopische/"anfassbare" Objekte quantenmechanisches Verhalten zeigen, das aber von etwas anderer Art, als die im Doppelspalt-Experiment. Das sind Feststoffe und Flüssigkeiten, nachdem sie geeignet präpariert wurden - Supraleitung, Suprafluidität. Laser gehört auch dazu. (Man! Bin ich abgekommen!)

Das Thema ist sehr umfangreich, und nicht wirklich in zwei Worten zu "erklären".

Zitat von citus

Besteht ein Atom aus Quanten oder wie muss ich mir den Unterschied vorstellen?

Ja, so könnte man es sagen. Ein Atom ist ein so genanntes Quantensystem (=nicht elementar). Es besteht aus einem oder mehrerer Elektronen und dem Atomkern, die sich nach Regeln der Quantenmechanik "organisieren"/"ordnen".
So können die Elektrone bsw. nicht einen beliebigen Abstand (= Energieniveau) zum Kern haben, was klassisch unbegreiflich ist.
Ein Atomkern ist seinerseits auch ein Quantensystem, das aus so genannten Quarks besteht, die mittels Gluonen (analog zum Photon) miteinander wechselwirken.

--> Zu Elementarteilchen.


Gruß, Johann

* Ich habe hier Materie auch im gebräuchliche Sinne - mit Ruhemasse - verwendet. Prinzipiell ist es, denke ich, doch ziemlich nahe liegend, dass die Differenzierung auch nur "künstlich" sein könnte, da natürlich E=mc^2 gilt.

[Hawkwind]

Zitat von Benjamin

Im Allgemeinen spricht kein Physiker bei Photonen von Materie. Als Materie wird jene Form der Energie bezeichnet, die Ruhemasse hat. Wobei Ruhemasse noch keine Bedingung dafür ist, dass daraus auch kondensierte Materie (die sozusagen greifbare Materie) entstehen kann.

Meistens bezeichnet man die fermionischen Elementarteilchen als "Materie" (Quarks & Leptonen), da diese die Bausteine der Atome sind.

[richy]

Hi erkenntnis
Wilkommen im Club der Realisten. Und damit koennte man auch gleich hinzufuegen : "Und Tschuess" :-)

Zitat von Wiki

Materie (von lat. materia = Stoff) ist eine Sammelbezeichnung für alle Beobachtungsgegenstände der Naturwissenschaften, die Masse besitzen.

Wobei die Begriffe "materiell" oder "stofflich" in der Physik keine Rolle spielen, da man hier besser den Bergiff der "Waegbarkeit" verwendet. Man koennte waegbare Dinge auch als physikalisch bezeichnen und insbesonders ist hier die Abgrenzung zu den nichtwaegbaren Elementen von Interesse. In einer binaeren Logik gibt es hier dann keine weitere Klasse mehr. Mir erscheint der Waegbarkeitsbergiff (inclusive relativistischer Masse) ausreichend, denn die Gravitation ist das fundamentale Element, dass die physikalische Welt definiert.
Man muss hier natuerlich noch zwischen Objekt und Eigenschaft unterscheiden. Physikalische Eigenschaften sind allgemein Eigenschaften waegbarer Objekte. Das fundamentale Objekt ist dabei wahrscheinlich die Raumzeit selbst und alles ist Geometrie derselben. Eine Definition ueber die nichtwaegbare Klasse ist noch einfacher. Demnach ist alles physikalisch, das nicht zur abstrakten Klasse gehoert.
Virtuelle Teilchen sind bischen kritisch und waeren demnach als abstrakt zu definieren.

Momentan laesst sich eine bei Wiki eine spannende Umdefinition der Physik verfolgen. So gehoeren dort z.B. Information, Energie, Gravitation zu einer neuen Klasse. Eine Klasse die es im Grunde gar nicht gibt.
http://de.wikipedia.org/wiki/Immaterialit%C3%A4t

Zitat von WIKI

Naturwissenschaft: immateriell bezeichnet was nicht stofflich ist und aber auch nicht geistig ist (z. B. Energie, Gravitation, Information).

Energie und Gravitationsfelder weisen gemaess der ART selbst ein Gravitationsfeld auf. Information meines Wissens dagegen nicht.

Ich wundere mich ,daß alle hier in diesem Forum diese wichtige Erkenntnis ignorieren obwohl diese Feststellung schwerwiegende Konsequenzen für die QM hat.

Es ist ja lediglich eine Interpratationsfrage ohne Konsequenzen fuer die Schroedingergleichung. Allerdings hat der Realismus ethisch, religioese Konsequenzen. Man denke z.B. an die Feinabstimmung der Naturkonstanten, die in realistischen Interpretationen physikalsch, durch das anthrosophische Prinzip erklaert wird.
Der Vatikan und der Papst werden wohl kaum die Geschenke der Kopenhagener Deutung gegen einen Realismus tauschen. Und das erklaert indirekt warum ein grosser Teil der Forenteilnehmer hier keinen Realismus vertreten.

Der Witz ist natuerlich, dass viele Atheisten dennoch die Aussagen der Kopenhagener Deutung vertreten, weil sie gar nicht bemerken welches Spielchen denn hier gespielt wird.

Gruesse

[EMI]

Zitat von erkenntnis

Etwas imaterielles hat keinen Platz in Physik,sondern in Philosophie,Esoterik,Religion u.ä.

Genau und dafür gibt es ausreichend Esoterik- und Religionforen für.
Bei der Philosophie bin ich mir nicht so sicher, ich denke aber Imaterielles hat da auch nichts zu suchen.

Ich wundere mich ,daß alle hier in diesem Forum diese wichtige Erkenntnis ignorieren...

Falsch, das wird nicht von allen hier ignoriert, von einigen vieleicht, von allen aber nicht!

Deinen Standpunkt ,was Einstein und seine Gedankengänge (Theorien) und Entdeckungen anbelangt finde ich auch hervorragend.

Danke.
Bist Du Z?? Raus mit der Sprache, ich diskutiere (wenn ich Lust/Zeit und Laune dazu habe) nur mit ehrlichen Usern, die sich hier nicht gefälscht einschleichen.

Anscheinend bist Du der Einzige hier,der Einstein richtig verstanden hat.

Falsch, es gibt hier viele, die EINSTEIN besser verstanden haben wie ich.
Wenn überhaupt sind eher Elementarteilchen mein Metier.

EMI

PS: Und Vorsicht, kein User und kein großer Physiker wird hier in diesem Forum beschimpft oder gar beleidigt auch nicht der Forumsbetreiber!
Falls Du dich nicht daran hältst, verlässt Du das Forum ganz schnell wieder als Suppenhuhn.

[EMI]

Zitat von richy

...weil sie gar nicht bemerken welches Spielchen denn hier gespielt wird.

Hier wird KEIN Spielchen gespielt!

[Bauhof]

Zitat von richy

Der Vatikan und der Papst werden wohl kaum die Geschenke der Kopenhagener Deutung gegen einen Realismus tauschen. Und das erklaert indirekt warum ein grosser Teil der Forenteilnehmer hier keinen Realismus vertreten.

Der Witz ist natuerlich, dass viele Atheisten dennoch die Aussagen der Kopenhagener Deutung vertreten, weil sie gar nicht bemerken welches Spielchen denn hier gespielt wird.

Hallo Richy,

bitte bleibe sachlich und fange nicht schon wieder mit so einem Schmarrn an.

M.f.G. Eugen Bauhof

[citus]

Hallo und vielen Dank für die interessanten Beiträge,
darf ich das Thema nochmal auf eine Urfrage runterbrechen?

Jetzt habe ich da ein Atom mit einer Hülle aus Elektronen. Der Kern besteht aus Quarks, etc.
Aus dem Atom entstehen unterschiedlichste Moleküle.

Bei der Materie im klassischen Sinn, also dem was eine stoffliche Ruhemasse hat, bin ich ja schon beim Atom. Richtig?

Quarks, als ein Bestandteil neben anderen Bestandteilen des Kerns sind aber nichts anderes als virtuelle Materie. Hier ist also noch keine "klassische, stoffliche" Materie enstanden. Hier vibriert nur Energie.
Wie wird jetzt aus dieser Energie stoffliche Ruhemasse? Diesen zugleich kleinen und großen Sprung bekomme ich immer noch nicht hin?


Wer kann mir dazu noch etwas sagen?

Danke und Gruß
Citus

[EMI]

Zitat von citus

Quarks, als ein Bestandteil neben anderen Bestandteilen des Kerns sind aber nichts anderes als virtuelle Materie.
Hier ist also noch keine "klassische, stoffliche" Materie enstanden. Hier vibriert nur Energie.
Wie wird jetzt aus dieser Energie stoffliche Ruhemasse? Diesen zugleich kleinen und großen Sprung bekomme ich immer noch nicht hin?

Nein citus,

die Quarks im Kern sind nicht virtuell, die sind reell und haben Ruhemasse, die wir aber nicht einzeln messen können.

Es gibt 6 verschiedene Quarks und nochmal 6, deren Antiquarks mit gleicher Ruhemasse.
Nur bei einem Einzigen, dem B-Quark, kann man die Ruhemasse bestimmen.

Alle Atomkerne sind aus Protonen und Neutronen aufgebaut.
Protronen und Neutronen sind aus je 3 Quarks aufgebaut.
Und zwar nur aus 2 von den 6 existierenden, dem u und d-Quarks.

Diese u und d-Quarks sind aber aus ihrem 3er Verbund im Kern nicht rauslösbar, daher auch nicht einzeln messbar.

Was man aber sicher weis ist, das alle 3 zusammen nur einen Bruchteil der Ruhemasse des Protons oder Neutrons ergeben.
Da heißt, der Hauptanteil der Ruhemasse eines Protons/Neutrons und damit eines Atomkerns ist der inneren Dynamik/WW der Quarks untereinander geschuldet.

Gruß EMI

[Benjamin]

Zitat von citus

Bei der Materie im klassischen Sinn, also dem was eine stoffliche Ruhemasse hat, bin ich ja schon beim Atom. Richtig?

Was meinst du mit "stofflicher Ruhemasse"?

Quarks, als ein Bestandteil neben anderen Bestandteilen des Kerns sind aber nichts anderes als virtuelle Materie. Hier ist also noch keine "klassische, stoffliche" Materie enstanden. Hier vibriert nur Energie.
Wie wird jetzt aus dieser Energie stoffliche Ruhemasse? Diesen zugleich kleinen und großen Sprung bekomme ich immer noch nicht hin?


Wer kann mir dazu noch etwas sagen?

Wie angedeutet, kann ich mit "stofflicher Ruhemasse" nicht viel anfangen. Die klassische, stoffliche Materie - die kondensierte Materie - jedoch beginnt nicht bei einem Atom oder Molekül, sondern besteht immer aus einer sehr viel größeren Anzahl an Atomen. Es gibt meines Wissens keine scharfe Grenze, oder zumindest kennen wir keine, ab der wir sozusagen genau sagen könnten "das ist jetzt kondensierte Materie". Der Übergang ist sehr schwer auszumachen.
Wir können zwar relativ genau die Bedingungen definieren, die gegeben sein müssen, damit ein Kondensat (also stoffliche Materie) entsteht. D.h. wir können sagen, welche Temperatur und welche Dichte vorherrschen muss, damit die oder die Atome in flüssigen Zustand übergehen, wir wissen aber nicht wirklich, wie viele Atome oder Moleküle es dazu braucht.
An einem vorhandenen Festkörper selbst, können wir sogar einzelne Atome binden und beobachten. In dem Fall könnte man sogar sagen, das einzelne Atome kondensierte Materie darstellen. Ganz korrekt ist das aber nicht, weil das nur gelingt, wenn ein Festkörper, also eine sehr große Zahl an kondensierter Materie, schon vorhanden ist.
Du kannst also davon ausgehen, dass du, um Materie als stofflich zu beobachten, zumindest viele Milliarden und aber Milliarden Atome benötigst. Dann müssen diese auch kühl genug (also langsam) und eng beisammen sein, damit sie sich binden können. Wenn das einmal gegeben ist, kannst auch einzelne Atome an diesem Körper beobachten, oder auch Molekülketten wie zB die DNA.
Theoretisch können so winzige Verbindungen dennoch messbare Funktionen haben. Es sind z.B. nur einige Atome nötig, dass elektrischer Strom geleitet werden kann. Damit können elektrische Signale im Körper quasi durch die unscheinbarsten Verbindungen übertragen werden, die vielleicht nur aus einzelnen Molekülketten bestehen. Daraus entsteht auch eine Unzahl an Möglichkeiten, wie zB elektrische Signale im Gehirn ausgetauscht werden können.
Letztlich musst du aber im Auge behalten, dass all dies nur möglich ist, weil genügend kondensierte Materie vorhanden ist! Aus einem Molekülstrang kannst du noch kein Lebewesen formen. Denke ich zumindest. Ich gebe aber zu, dass ich mich auf dem Gebiet nicht so gut auskenne, bin ich schließlich Physiker und nicht Neurobiologe oder so.

[EMI]

Zitat von Benjamin

Die klassische, stoffliche Materie - die kondensierte Materie - jedoch beginnt nicht bei einem Atom oder Molekül, sondern besteht immer aus einer sehr viel größeren Anzahl an Atomen.

Was citus rumtreibt sind sicherlich nicht die Festkörper Benjamin,

ich denke er macht sich Gedanken darüber, wie/wo und warum ruhemasselose Materie (Energie/Photon) zu ruhemassebehafteter Materie (Elementarteilchen) auskondensiert.
Also über den Prozess der Paarerzeugung:

γ → e- + e+

Gruß EMI