Henning Genz"Wie die Zeit in die Welt kam"

[nancy50]

Hallo,
wer hat dieses Buch gelesen ??
Ich hab dort auf Seite 216... ein Verständnisproblem zur Brechung der Raum- und Ladungsspieglung und komme dort schon lange Zeit nicht weiter.

Danke

N50

[EMI]

Zitat von nancy50

Ich hab dort auf Seite 216... ein Verständnisproblem zur Brechung der Raum- und Ladungsspieglung und komme dort schon lange Zeit nicht weiter.

Es wäre hilfreich, wenn Du versuchst zu erläutern was dort im Buch steht und was Du daran nicht verstehst nancy50.

Gruß EMI

[nancy50]

Ach, Emi, das ist so was von komplex, dass wirklich nur auf der Ebene des Buchtextes diskutiert werden kann, da das Ganze hier mit einen Beispiel erläutert wird.
Ich warte erst mal ab, ob sich da wer meldet, wenn nicht bleibt mir gar nichts weiter übrig als das ganze hier zu explizieren, ist aber sehr umfangreich.
Es geht um den Nachweis, dass Naturgesetze nicht Spiegelsymmetrisch, nicht Ladungssysmmetrisch und , das "undenkbare", nicht Zeitumkehrsymmetrisch sind.(3 Nobelpreise )
Letzderem verdanken wir u.a. unsere Existenz, denn sonst wären Teilchen und Antiteilchen zu völliger Strahlung geworden.Eins auf 1 Mrd. blieb aber " Gott sei Dank", über.
Danke

N50

[EMI]

Zitat von nancy50

Ach, Emi, das ist so was von komplex, ...

Na dann lies dich doch hier mal locker ein nancy50:

http://de.wikipedia.org/wiki/CPT-Theorem

Gruß EMI

[nancy50]

ja, da war ich schon, alles klar dort.
Aber ich will mir die Gesetze selber ableiten.
Also schön der Reihe nach .
erst eine Raumspieglung, dann die Ladungsspieglung und zuletzt die Zeit umkehren.
Das hat Genz schön an einem Beispiel zelebriert.
Ich stolpere nur bei der kombinierten CP Spieglung, aber dazu später, sollte sich niemand mehr melden.

Grüße
N50

[EMI]

Zitat von nancy50

Ach, Emi, das ist so was von komplex...

Hallo nancy50,

ich weis zwar immer noch nicht was dich bedrückt aber ich versuche hier mal den Sachverhalt darzustellen.
Kann ja sein, dass das auch andere interessiert.

Jedem von uns sind flächenhafte oder räumliche Symmetrien z.B. Schneekristall, Quadrat, Kreis, Kugel bekannt. Sie sind gegenüber Drehungen invariant.

Hier interessiert uns aber vor allem das Symmetrieverhalten bzw. die damit verbundene Invarianz der Naturgesetze.
Bleibt ein Naturgesetz unverändert, invariant, wenn wir es beliebigen raumzeitlichen Veränderungen (Transformationen) unterziehen?
Wenn wir heute hier in Deutschland den radioaktiven Zerfall untersuchen und daraus Resultate ableiten, sind wir überzeugt,
dass entsprechende Untersuchungen vor z.B. 100 Jahren in Amerika die gleichen Resultate ergeben hätten.
Das Gesetz des radioaktiven Zerfalls ist gegenüber einer räumlichen und/oder zeitlichen Transformation invariant.

Die Invarianz, die für die Naturgesetze gilt, ist mit der Symmetrie von Raum und Zeit verbunden. (Homogenität von Raum und Zeit)
Symmetrie und Invarianz der Naturgesetze haben Erhaltungsgrößen für physikalische Größen zur Folge.
Der Impulserhaltungssatz folgt aus der Homogenität des Raumes.
Der Energieerhaltungssatz folgt aus der Homogenität der Zeit.
Der Drehimpulserhaltungssatz folgt aus der Isotropie (alle Richtungen sind gleichwertig) des Raumes.

Das ist auch im subatomaren, in der relativistischen Quantenmechanik so, auch hier sind Invarianzprinzipien (meist) mit einem Erhaltungssatz verknüpft.
Hier spielen diskontinuierliche Symmetrien z.B. die Raumspieglung und Zeitumkehr eine wesentliche Rolle.
Eine Umkehr der Zeitrichtung führt nicht zur Änderung eines Naturgesetzes, alle Naturgesetze sind gegenüber einer Zeitumkehr invariant.

Alles was wir erfahren, zeigt klar, dass es nur eine Richtung der Zeit gibt, einen unwiderruflichen Ablauf Richtung Zukunft.
Die WW zwischen Elementarteilchen zeigen aber, dass keine Zeitrichtung bevorzugt ist, die Naturgesetze sind vollkommen symmetrisch in beide Zeitrichtungen.
Dieser Gegensatz wird durch Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen (Entropie) aufgelöst.
Bei sehr einfachen Ereignissen in der Welt der Teilchen können ein bestimmter Prozess und der dazu zeitlich umgekehrte gleich wahrscheinlich sein.
Je komplexer die Folge von Ereignissen ist, je stärker überwiegt die relative Wahrscheinlichkeit für einen der beiden Prozesse (das erleben wir als Zeitrichtung).
Deshalb kennt ein Mensch nur die Vergangenheit und nicht die Zukunft.

Die Physiker waren daher auch davon überzeugt, dass ein physikalischer Prozess invariant gegenüber einer räumlichen Spiegelung (Paritätstransformation) ist.
Zwischen einem Objekt und seinem Spiegelbild herrscht eine Symmmetrie, für die Raumspieglung (Parität), gilt ein Erhaltungssatz.

Die Geschichte der Physik hat uns mehrmals gelehrt, dass der gesunde Menschenverstand alles andere als zuverlässig ist.
Es stellte sich heraus, das alle Prozesse der schwachen WW unter Paritätsverletzung verlaufen!
Ein schwacher Prozess wie z.B. der Betazerfall verläuft stets so, dass sein Spiegelbild nicht mit gleicher Wahrscheinlichkeit in der Natur realisiert ist.

Die selbstverständliche Annahme der Paritätserhaltung wurde mitte der 50ziger experimentell bei der schwachen WW widerlegt.
Dabei wurde der Zerfall der radioaktiven Kerne des Kobalts:
Co -> Ni + e- + Elektronantineutrino
untersucht.
Jeder Kobaltkern hat einen Eigendrehimpuls, einen Spin. Der Drehsinn bezüglich des Spinrichtung kann entweder dem einer Rechtsschraube oder dem einer Linksschraube entsprechen. Bei einer Rechtsschraube bewirkt eine Drehung im Uhrzeigersinn eine Bewegung von uns weg in das Muttergewinde hinein, während die entgegengesetzte Drehung die Schraube auf uns zu bewegt. Bei einer Linksschraube sind die Verhältnisse umgekehrt.

Durch die Experimente mit Kobalt sollte die Frage beantwortet werden, ob eine Korrelation zwischen dem Drehsinn der Kobaltkerne und der Emissionsrichtung der Elektronen besteht.
Mit Spin behaftete Kerne sind, wie wir wissen, kleine Elektromagneten und daher lies sich durch das Anlegen eines mag.Feldes eine Ausrichtung aller Kobaltkerne erreichen.
Die Ausrichtung entsprach dabei der einer Rechtsschraube.
Die Beobachtung des Betazerfalls der ausgerichteten Kobaltkerne zeigte, dass nahezu alle Elektronen in die entgegengesetzte Kernspinrichtung emittiert wurden.
Betrachtet man diesen Vorgang im Spiegel, wird aus dem rechtsdrehendem Kobaltkern eine Linksschraube, während die Emmisionsrichtung der Elektronen ungeändert bleibt!

Würde die Paritätssymmetrie von der schwachen WW respektiert, so sollten wir erwarten, dass die von den ausgerichteten Kobaltkernen emittierten Elektronen mit gleicher Häufigkeit in beide Richtungen beobachtet werden. Nur in diesem Fall sind der Vorgang und sein Spiegelbild miteinander verträglich.
Dieses berühmte Experiment zeigte die Verletzung der Spiegelsymmetrie bei der schwachen WW!

Bei allen Leptonen kann der Spin entweder in Bewegungsrichtung des Teilchens (Rechtsschraube) oder entgegen seiner Bewegungsrichtung orientiert sein (Linksschraube). Neutrale Leptonen (Neutrinos) wurden bisher nur als "Linksschrauben" und Antineutrinos nur als "Rechtsschrauben" beobachtet.

Der schwache Zerfall des Pions in ein Myon und ein Neutrino bzw. Antineutrino erfolgt stets so, dass das Neutrino aus dem Pi+ Zerfall einer Linksschraube (Linkshändig)entspricht, während sich das Antineutrino aus dem Pi- Zerfall wie eine Rechtsschraube (Rechtshändig) verhält.

Pi+ -> Myon+(links) + Myonneutrino(links)
Pi- -> Myon-(rechts) + Antimyonneutrino(rechts)

Darauf die Paritätstransformation angewand:

Pi+ -> Myon+(rechts) + Myonneutrino(rechts)
Pi- -> Myon-(links) + Antimyonneutrino(links)

Dieser spiegelbildliche Prozess beider Zerfälle wurde aber bisher NIE beobachtet! Paritätsverletzung!

Eine weitere diskontinuierliche Transformation, die sich nicht auf das Raum-Zeit-Verhalten bezieht, ist die Ladungskonjukation, die Vertauschung von Teilchen und Antiteilchen.
Die Verletzung der Invarianz gegenüber einer Ladungskonjuktion geht Hand in Hand mit der Verletzung der Spiegelsymmetrie in der schwachen WW.
Betrachten wir hierzu noch mal den beobachteten Pionenzerfall:

Pi+ -> Myon+(links) + Myonneutrino(links)
Pi- -> Myon-(rechts) + Antimyonneutrino(rechts)

und wenden hier die Ladungskonjuktion an(Teilchen -> Antiteilchen, Antiteilchen -> Teilchen), dann folgt:

Pi- -> Myon-(links) + Antimyonneutrino(links)
Pi+ -> Myon+(rechts) + Myonneutrino(rechts)

Das sind aber gerade die oben gezeigten, durch die Verletzung der Invarianz gegenüber einer Paritätstransformation verbotenen Reaktionen(noch nie beobachtet)!
Wir sehen also, das die Ladungskonjuktion bei der schwachen WW zu unbeobachteten Prozessen führt.

Wenden wir aber beide Transformationen (Parität und Ladungskonjuktion) nacheinander an, so ergibt sich wieder eine im Experiment beobachtete Reaktion!
Angewand auf den Zerfall des positiven Pions:

Pi+ -> Myon+(links) + Myonneutrino(links) , folgt:

Parität(P): Pi+ -> Myon+(rechts) + Myonneutrino(rechts)
Ladungskonjuktion(C): Pi- -> Myon-(rechts) + Antimyonneutrino(rechts)

den in der Natur beobachteten Zerfall des negativen Pi-Mesons.
Die kombinierte CP-Transformation ist (vorerst!) in der schwachen WW invariant.

Das CP-Theorem wurde mit einer Vielzahl von Experimenten bestätigt, bis sich mitte der 60ziger wiederum auch eine Verletzung der CP-Invarianz zeigte.
Diese Verletzung wurde beim Zerfall der Kaonen entdeckt.

Nun wird's leider etwas komplexer.

Ein el.neutraler Kaonenstrahl enthält zwei Komponenten, eine kurzlebige Ks mit einer Lebensdauer von 9x10^-10 s, die in zwei Pionen zerfällt, und eine langlebige KL mit einer Lebensdauer von 5,8x10^-8 s, die in 3 Pionen zerfällt.

Die Ursache für diese zwei Komponenten des Kaon's liegt in der echten Neutralität des neutralen Kaons. Man kann Ks und KL als Mischzustände aus zwei Kaonen K1 und K2 betrachten:

Ks = K1 + εK2
KL = εK1 + K2

In Teilchen und Antiteilchenkomponenten ergibt sich:

KL = 1/√2 [(1+ε)K + (1-ε)Anti K]
Ks = 1/√2 [(1+ε)K - (1-ε)Anti K]

Die Verletzung der CP-Invarianz besteht darin, dass neben den erlaubten K2-Zerfallskanälen z.B.:

K2 -> Pi+ + Pi- + Pi

ein Zerfallskanal entdeckt wurde, der nicht erlaubt ist:

K2 -> Pi+ + Pi-

Die CP-Verletzung wird aber aufgehoben wenn man nun noch die Umkehrung der Zeitrichtung, Zeitspieglung (T) ausführt.

Da nachgewiesen ist, dass die CP-Invarianz verletzt wird ist klar, das die Zeitumkehr auch verletzt sein muss!
Erst die nacheinander durchgeführten Transformationen, Raumspieglung P, Ladungskonjuktion C und Zeitumkehrung T ergibt invariante Naturgesetze.

Die multiplikativen Erhaltungsgrößen C,P und T ergeben das invariante (kovariante) CPT-Theorem (CPT=1), bei dem bis Heute keine Verletzung aufgefunden wurde!
Aus einer CPT-Verletzung würde auch eine Verletzung der der SRT folgen.

Um das Ganze tiefgründiger zu verstehen, muss man etwas tiefer ins Kleine.
Die CP-Verletzung resultiert aus Massenmischungen schwerer Quarks. Der Theorie zufolge müsste die CP-Verletzung bei Zerfällen, an denen schwere Quarks beteiligt sind, am ausgeprägtesten sein. Diese ausgeprägtere CP-Verletzung wurde nachgewiesen.

Geht man noch tiefer ins Kleine offenbart sich, dass die CP-Verletzung nicht die Ursache der "Unsymmetrie" zwischen Materie und Antimaterie im Universum sein kann, sie reicht dafür einfach nicht aus!

Im Übrigen ist sie als Begründung gar nicht nötig, da es keine Unsymmetrie im Universum gibt.
Musste ich noch anfügen, sorry.

Gruß EMI

[Marco Polo]

Kann ja sein, dass das auch andere interessiert.

Ja EMI, das tut es.

Jedem von uns sind flächenhafte oder räumliche Symmetrien z.B. Schneekristall, Quadrat, Kreis, Kugel bekannt. Sie sind gegenüber Drehungen invariant.

Hmmm...selbst habe ich zuletzt vor gefühlten 35 Jahren einen Schneemann gebaut. Das macht mich sozusagen zu einem, ich nenne es mal, "Symmetrieexperten", da dieser Schneemann symmetrisch war. Zumindest in der x-Achse.

Kannst mich aber auch "Schneemannexperte" nennen oder von mir aus auch "Snowmanexpert".

Spass beiseite und zum Thema:

Was mich auf den Plan gerufen hat ist deine folgende Aussage:

Hier interessiert uns aber vor allem das Symmetrieverhalten bzw. die damit verbundene Invarianz der Naturgesetze.
Bleibt ein Naturgesetz unverändert, invariant, wenn wir es beliebigen raumzeitlichen Veränderungen (Transformationen) unterziehen?

Ich weiss was eine Invarianz ist. Aber von einer Invarianz der Naturgesetze habe ich noch nie gehört.

Ein Naturgesetz ist ein Naturgesetz. Die Frage der Invarianz stellt sich doch hier gar nicht.

Es sei denn du meinst es im Sinne eines Prinzips. Also z.B. wie beim Relativitätsprinzip.

[EMI]

Zitat von Marco Polo

Ein Naturgesetz ist ein Naturgesetz. Die Frage der Invarianz stellt sich doch hier gar nicht.

Ja so dachte man, bevor man die Verletzung der Invarianz der Naturgesetze (bei P, C und CP) bei der schwachen WW entdeckte.

Gruß EMI

[Marco Polo]

Zitat von EMI

Ja so dachte man, bevor man die Verletzung der Invarianz der Naturgesetze (bei P, C und CP) bei der schwachen WW entdeckte.

diese Verletzung muss nichts heissen. Ich denke, dass wir nach wie vor von einer Nicht-Invarianz der Naturgesetze sprechen dürfen, bzw. dass sich die Frage der Invarianz erst gar nicht stellt.

Das ist aber Auslegungssache, oder? So sehe ich es zumindest...

[EMI]

Zitat von Marco Polo

Das ist aber Auslegungssache, oder?

Nein auch das hat nichts mit persönlicher Auslegung zu tun, Marco.

Die angenommene Invarianz aller Naturgesetze wird in der schwachen WW bei Raumspieglung P, Ladungsumkehr C und der kombinierten Transformation CP verletzt.
Das ist seit 50 Jahren experimentelle Tatsache.

Zitat von Marco Polo

Ich denke, dass wir nach wie vor von einer Nicht-Invarianz der Naturgesetze sprechen dürfen.

Invarianz ist die Unveränderlichkeit von Größen.
Invarianz ist also die Unveränderlichkeit von Naturgesetzen.

Eine Nicht-Invarianz der Naturgesetze würde heißen, Naturgesetze sind Nicht-Unveränderlich, sprich diese sind je nach Ort verschieden und sie verändern sich mit der Zeit.
Ergo, z.B. das grav.Gesetz war zur Zeit Newtons ganz anders wie Heute und z.B. in Amerika ist es anders wie in Deutschland.

Das ist genau so falsch wie die Annahme, dass ein beschleunigtes System dadurch ein Inertialsystem wird, weil man in dieses wechselt.

Gruß EMI