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Theorien jenseits der Standardphysik Sie haben Ihre eigene physikalische Theorie entwickelt? Oder Sie kritisieren bestehende Standardtheorien? Dann sind Sie hier richtig.

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  #21  
Alt 21.04.08, 20:36
Querkopf Querkopf ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

2. Was ist ein Vakuum?
Das sagt Wikipedia dazu: (über das Vakuum der Experimentalphysiker)
http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum
Ein Paar Zitate aus diesem Thread:

Zitat:
wir kennen noch nicht alle Eigenschaften des Vakuums und des Energiepotentials. Es ist so lange Potential, bis es h erreicht. Virtuell wird nun ein Phtonenpaar konkretisiert. Die Art der Resonanz kann noch nicht beschrieben werden.
Zitat:
Nun ja. Über die Teilcheneigenschaften und deren Verhalten mag man nach und nach vielleicht "deutlicher" erkennen, oder besser gesagt schließen können, welche Eigenschaften das Vakuum hat. Allerdings sind nur abstrakte Herleitungen denkbar. Wir werden niemals erkennen können, was es tatsächlich ist. Vakuum und Energie, das Quantenvakuum sind das System. Wie weit das Reinschauen gelingt, bleibt aber spannend
Zitat:
Man kann mit Hilfe von Formeln ganz gut beschreiben, was aus dem Vakuum "herauszuholen" ist. Das Vakuum selbst ist dabei aber wie eine "Black Box".
Seit über 100 Jahren ist der Äther nun "tot". Aber irgendeine Grundlage müssen die Eigenschaften des Vakuums doch haben! Auf welchem "Boden" errichten Physiker ihre Felder? Jeder Bauer müßte das eigentlich wissen...
Der Vakuumzustand in der Quantenfeldtheorie ist ein Wohldefiniertes mathematisches Objekt, nämlich der Grundzustand des Systems!
Daher: Die Anwendung eines Vernichtungsoperators auf den Vakumzustand resultiert in einer Null. Jede Rechnung, die einen Solchen Prozess mit einschließt, resultiert in der Wahrscheinlichkeit Null für diesen Prozess.
Eine wichtige folge ist, das als eine Art Kausalitätsforderung in der Rechnung immer erst Teilchen erzeugt und dann Teilchen vernichtet werden können.
Das Vakuum hat keinen Impuls, keine Ladung, keinen Spin, ... denn dies sind alles Teilcheneigenschaften, stecken also in den Operatoren.
Es macht keinen Sinn sich darüber zu streiten was dieses Vakuum in Realität ist, denn seine Existenz ist nur eine sinnvolle mathematische Forderung (das Spektrum meines Hamiltonoperators soll noch unten beschränkt sein, daher auch seine Energie), hat also nichts mit einem Äther zu tun.
Auf einer gewissen Ebene ist Theoretische Physik weitgehend Mathematik. Begriffe werden Mathematisch definiert. Mann kann da nicht einfach Irgendetwas reininterpretieren, was in der Definition nicht steht. Dafür hat man nämlich Definitionen.

3. Virtuelle Teilchen
Virtuelle Teilchen klingt furchtbar geheimnisvoll. Der bessere Name wäre Wechselwirkungsteilchen.
Zunächst ein Blick auf die Maxwellgleichungen, bzw. deren Lagrangedichte. Diese enthält einen Term für das freie Feld und einen Wechselwirkungsterm, der mein Feld an Ladungen und Ströme koppelt. Mein Freises elektromagnetisches Feld wechselwirkt nicht, sondern es braucht ein anderes Feld dazu, es ist nicht Selbstwechselwirkend. Ich kann in der folge elektrische und magnetische Felder Superponieren, meine Theorie ist linear.

In der QED habe ich mein Maxwellfeld für die Photonen und mein Diracfeld für geladene Teilchen bzw. deren Antiteilchen, der Einfachheit halber im folgenden nur Elektronen und Positronen.
Beide Felder sind nicht Selbstwechselwirkend. Der wechselwirkungsterm koppelt das elektromagnetische Feld an mein Elektron - und mein Positronfeld. Ich habe also drei Felder in meinem Term. Die einfachste Mögliche Wechselwirkung ist als Fyenmandiagramm dargestellt ein Dreibein, also ein Wechselwirkungspunkt mit drei freien Beinen für ein Elektron, ein Positron und ein Photon.

Angenommen, ich habe einen Prozess, bei dem ein Elektron und ein Positron aneinander gestreut werden. Klassisch ist das eine Art Billiardstoß. Meine Teilchen fliegen unter einem bestimmten Winkel aufeinander zu, kollidieren und entfernen sich unter einem bestimmten anderen Winkel wieder.

Wie sieht das in der QED aus? Die einfachste Möglichkeit einen solchen Prozess darzustellen ist durch zwei Wechselwirkungspunkte. Ich klebe im Diagramm also die Arme für die Photonen aus zwei Dreibeinen zusammen.
Meine Felder beschreiben das erzeugen und vernichten von Teilchen, also müssen auch Wechselwirkungen immer durch Erzeugung und Vernichtung beschrieben werden.

Im Obigen Prozess wird ein Photon erzeugt und ein Elektron – Positron – Paar vernichtet, worauf ein neues paar mit anderen Impulsen erzeugt und das Photon vernichtet wird.
Das Photon existiert nur zwischen den zwei Wechselwirkungspunkten, dient also nur zur Beschreibung dieser, während die freien arme die echten messbaren Teilchen sind (also eine entsprechende Energie und einen entsprechenden Impuls haben). Deshalb nennt man diese Photonen Wechselwirkungsteilchen oder virtuelle Teilchen und spricht eigentlich nichts dagegen sie als ein Artefakt des Formalismus (Störungstheorie) zu sehen.
In der Tat habe ich gleichartige Strukturen auch wenn ich Störungstheorie für eine klassische Feldtheorie mache, nur habe ich dort keine Teilcheninterpretation.

Soviel erst einmal zu den Grundlagen. Kommentare zu Anwendungen, wie dem Casimireffekt: http://www.casimir.rl.ac.uk/default.htm werden folgen.

Eine Anmerkung nur:
Zitat:
Als praktischer Informatiker sehe ich die Analogie: Planeten kreisen um die Sonne - Elektronen kreisen um den Atomkern. Da stimmt ja noch alles.
Elektronen kreisen keineswegs wie Planeten um den Atomkern. Das ist seit fast 100 Jahren überholt.
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  #22  
Alt 22.04.08, 01:40
quick quick ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Hallo Querkopf,

den Dankesworten von Uli schließe ich mich gern an.
Ich bin schon richtig gespannt auf Deinen Kommentar zum Casimir-Effekt.
Hier würde mich insbesondere die Abgrenzung zu anderen Oberflächenkräften interessieren.

mfg
quick
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  #23  
Alt 22.04.08, 12:19
uwebus uwebus ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Querkopf,
----
Es macht keinen Sinn sich darüber zu streiten was dieses Vakuum in Realität ist, denn seine Existenz ist nur eine sinnvolle mathematische Forderung.
----
Was soll das? Wenn Du das Universum zu verstehen suchst, mußt Du von der Realität ausgehen und nicht von irgendwelchen mathematischen Formeln. Das Vakuum existiert nun mal als Realität, oder meinst Du, wir bilden uns den Abstand zwischen den Gestirnen nur ein?

Erst wenn Du das reale Vakuum zur Kenntnis nimmst und dessen Funktionen verstehst, kommst Du weiter im Weltverständnis. Alles andere ist nichts anderes als mathematischer Frühsport.

Gruß
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  #24  
Alt 22.04.08, 12:41
Querkopf Querkopf ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

uwebus,

Du hast offensichtlich nicht gelesen. Ich rede vom Grundzustand eines Systems, den man manchmal auch Vakuum nennt. Was soll das mit dem Raum zwischen den Sternen zu tun haben???
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  #25  
Alt 22.04.08, 14:20
Benutzerbild von ingeniosus
ingeniosus ingeniosus ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Zitat:
Zitat von Querkopf Beitrag anzeigen
Eine Anmerkung nur:
Elektronen kreisen keineswegs wie Planeten um den Atomkern. Das ist seit fast 100 Jahren überholt.
Da scheint etwas in falsche Bahnen zu laufen. Es ist wohl dem kleinsten Physik-Sprössling klar, das das nicht exakt so ist.

Es geht um die Analogie der Bewegung : das Kreisen - nicht mehr!
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ingeniosus
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Hat der menschliche Geist ein neues Naturgesetz bewiesen, ergeben sich mit Sicherheit (Wahrscheinlichkeit=1) sofort neue Fragen und Unklarheiten!

Geändert von ingeniosus (22.04.08 um 14:23 Uhr) Grund: wirkungvoller
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  #26  
Alt 22.04.08, 17:15
Querkopf Querkopf ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Zitat:
Da scheint etwas in falsche Bahnen zu laufen. Es ist wohl dem kleinsten Physik-Sprössling klar, das das nicht exakt so ist.
Es geht um die Analogie der Bewegung : das Kreisen - nicht mehr!
Wenn ich ein wasserstoffähnliches Atom betrachte, dann ist das Problem zentralsymmetrisch, also Isotrop und daher gilt Drehimpulserhaltung.
Mehr kann ich darüber nicht sagen. Wo du dein kreisen hernimmst, ist mir schleierhaft.
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  #27  
Alt 23.04.08, 13:59
uwebus uwebus ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Querkopf,
----
Du hast offensichtlich nicht gelesen. Ich rede vom Grundzustand eines Systems, den man manchmal auch Vakuum nennt. Was soll das mit dem Raum zwischen den Sternen zu tun haben???
----
Das "System" ist das Universum und den Raum zwischen den Sternen nennt man Vakuum, oder ist bei Dir der interplanetare, interstellare oder intergalaktische Raum kein Vakuum?

http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumenergie

"Die Vakuumenergie ist die Energie des „leeren Raumes“ bei vollständiger Abwesenheit von Feldern und Teilchen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik."

Ich würde sagen, laßt Euch erst einmal etwas vernünftiges zum Vakuum einfallen, ehe Ihr damit rechnet!

Gruß

Geändert von uwebus (23.04.08 um 14:11 Uhr)
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  #28  
Alt 23.04.08, 15:45
Querkopf Querkopf ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Dann sollte man den Wiki Artikel überarbeiten (aber das steht ja auch in dem Roten Kasten am Anfang). Wikipedia ist auch nicht der Ersatz für ein Fachbuch.

Ein Vakuumzustand ist nur der Grundzustand eines Systems in der Vielteilchenquantenmechanik bzw. der Quantenfeldtheorie.
Dieser Vakuumzustand, kann durchaus ein Kollektiv von Elektronen Atomrümpfen oder Spins sein, also alles andere als ein leerer Raum.
Im Falle des Leeren Raumes zwischen den Sternen gebrauche ich den Begriff Vakuum in anderem Zusammenhang!
Gegebenenfalls kann ich postulieren, mein leerer Raum, also mein Vakuum sei gleichzeitig der Vakuumzustand einer QFT.
Man muss Begriffe sehr sauber auseinander halten.
Selbst im Standardmodell habe ich verschiedene Vakua. Wenn ich nämlich Störungsrechnung mache, betrachte ich ein Interagierendes Vakuum, nämlich einen Grundzustand, in dem ich ganz langsam eine Wechselwirkung angeschaltet habe (adiabatische Näherung) und das ist ein andere Vakuum als in einem völlig leeren Raum (den es ohnehin nicht gibt).
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  #29  
Alt 23.04.08, 16:34
Querkopf Querkopf ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Casimir Effekt:
Der Quantenmechanische Harmonische Oszillator hat im Grundzustand eine nichtverschwindende Energie von ½ h-quer Omega. Also auch die Nullmode schwingt noch mit einer gewissen Energie.

Im Falle eines Quantisierten Feldes summieren wir über eine unendliche Anzahl von Harmonischen Oszillatoren. Da steckt also selbst im Grundzustand eine Menge Energie drin. Die lässt sich aber leider nur in SciFI Filmen nutzen.
Warum? Weil ein Vakuumzustand per Definition keine Teilchen enthält die irgendwie Wechselwirken können.

Wir haben unseren Vakuumzustand (der Grundzustand unseres quantisierten Elektromagnetischen Feldes um Missverständnissen zu vermeiden) und unser Maxwellfeld.
Eine Frage die man sich stellen kann ist, wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit im Vakuum spontan ein elektrisches oder magnetisches Feld anzutreffen.
Die Wahrscheinlichkeit ist Null. Denn unser quantisiertes Feld ist ja ein Operator der Erzeuger und Vernichter von Teilchen enthält. Im Vakuum ist die Wahrscheinlichkeit für das Erzeugen und Vernichten von Teilchen aber Null, denn wir haben per Definition genau Null Teilchen.
Wir müssen uns also keine sorgen machen, das es plötzlich aus dem nichts zu Blitzen anfängt.
Der Erfahrene Statistiker weiß aber, dass es neben einem Wert Für die Wahrscheinlichkeit auch noch Streumaße und ähnliches gibt. Wir rechen also weiter.
Wenn ich nämlich die Wahrscheinlichkeit z.B. für das Quadrat eines elektrischen Feldes ausrechne (das zweite stochastische Moment, das eng mit der Varianz verbunden ist), bekomme ich je nach Randbedingungen für mein Feld einen von Null verschiedenen Wert heraus. Ich habe also im mittel kein Feld und kann auch keines messen aber zwischendurch brodelt es kräftig und ich habe Fluktuationen.

Wie kann ich das interpretieren? Nun, ich habe mit der Quantisierung des Feldes einen Formalismus gefunden, in dem die Erhaltung der Teilchenzahl verletzt ist. Mein Feld beschreibt das erzeugen und vernichten von Teilchen. Ich kann also durchaus zwischendrin virtuelle Teilchen erzeugen und wieder vernichten, solange diese nicht direkt messbar sind (denn dann wären sie real und ich müsste ihnen Energie zur Verfügung stellen).

Aber zurück zum Casimireffekt.
Ich kann meine Nullpunktsenergie nicht Direkt messen. Die Energie hängt aber von den Randbedingungen des Feldes ab. Also müsste sich die Energiedifferenz zwischen Feldern unterschiedlicher Randbedingungen bemerkbar machen. Das ist genau was der Casimireffekt zeigt. Das ausrechnen des Effektes ist sehr technisch und relativ anspruchsvoll.
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  #30  
Alt 23.04.08, 18:05
uwebus uwebus ist offline
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Standard AW: Licht: Welle oder Teilchen?

Querkopf,
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Aber zurück zum Casimireffekt.
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Ich will mich nicht in Eure Betrachtungen vertiefen, da bei mir das Vakuum eine Aufgabe im Universum erfüllt, nämlich die, Gravitation (actio) zu erzeugen und damit überhaupt erst EM-Felder (reactio) zu ermöglichen. Das läuft bei Physikern erfahrungsgemäß unter Blödsinn. Aber beim o.a. Effekt kommt mein “Blödsinn-Modell“ wieder zu einer ziemlich überraschenden Übereinstimmung mit dem empirischen Wert der Casimir-Kraft, schau doch mal nach unter http://uwebus.de/rzg6/023.htm “Adsorptionseffekt bei Metalloberflächen“. Ich will Euch ja nicht von Euren Theorien abbringen, aber irgendwie müßte es Euch doch stutzig werden lassen, wenn man mit einem endlichen Feldmodell so viele unterschiedliche Übereinstimmungen mit den empirischen Werten der Physik erzielt.
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