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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 27.02.11, 15:28
marie2113 marie2113 ist offline
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Standard Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Hallo Leute!

Ich soll eine Facharbeit über den Casimir-Effekt schreiben und bin bei Recherchen auf eine Arbeit gestoßen, die mich irritiert hat. Darin steht, der Casimir-Effekt würde auch ohne die ganzen Vakuumfluktuationen existieren und wäre kein Beweis für irgendeine Vakuumenergie.
Leider läuft mein Verständnis der ganzen Rechnungen gegen 0 und ich glaube ich habe nichts außer der Zusammenfassung der Arbeit verstanden. Nun weiß mein Lehrer aber schon von der Seite und meint, ich soll in meiner Facharbeit diskutieren, welche Theorie sinnvoller erscheint - was wohl nicht funktioniert wenn ich eine der beiden Theorien nicht verstehe. Auf keiner anderen Website oder in irgendeinem Buch ist ebenfalls die Rede von einem von Vakuumfluktuationen unabhängigem Casimir-Effekt. Zu meinem Leidwesen ist das ganze nun auch noch auf Englisch.

Vielleicht könnte mir jemand zumindest die Grundlagen dieser Theorie erklären?
Hier der Link:

http://arxiv.org/PS_cache/hep-th/pdf/0503/0503158v1.pdf

Gruß,
Marie
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  #2  
Alt 27.02.11, 19:13
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
Hallo Leute!

Ich soll eine Facharbeit über den Casimir-Effekt schreiben und bin bei Recherchen auf eine Arbeit gestoßen, die mich irritiert hat. Darin steht, der Casimir-Effekt würde auch ohne die ganzen Vakuumfluktuationen existieren und wäre kein Beweis für irgendeine Vakuumenergie.
Leider läuft mein Verständnis der ganzen Rechnungen gegen 0 und ich glaube ich habe nichts außer der Zusammenfassung der Arbeit verstanden. Nun weiß mein Lehrer aber schon von der Seite und meint, ich soll in meiner Facharbeit diskutieren, welche Theorie sinnvoller erscheint - was wohl nicht funktioniert wenn ich eine der beiden Theorien nicht verstehe. Auf keiner anderen Website oder in irgendeinem Buch ist ebenfalls die Rede von einem von Vakuumfluktuationen unabhängigem Casimir-Effekt. Zu meinem Leidwesen ist das ganze nun auch noch auf Englisch.

Vielleicht könnte mir jemand zumindest die Grundlagen dieser Theorie erklären?
Hier der Link:

http://arxiv.org/PS_cache/hep-th/pdf/0503/0503158v1.pdf

Gruß,
Marie
Darf ich mal fragen, für welches Institution du diese Facharbeit schreibst ?
Hintergrund: um das Papier verstehen zu können, muss man sich m.E. schon 4-5 Jahre mindestens auf Uni-Niveau sehr intensiv mit Hauptfach Physik/Theorie beschäftigt haben. Da du schreibst "mein Lehrer", klingt das als seist du auf der Penne ????

Wenn das so sein sollte, dann kann es aber nicht wahr sein, dass dein Lehrer meint, du könnest solche Publikationen beurteilen. Das könnten 99% der Physiklehrer an Gymnasien selber nicht.

Gruß,
Hawkwind
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  #3  
Alt 27.02.11, 19:57
marie2113 marie2113 ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Danke, für die Antwort!

Ja, ich bin noch Schülerin und gehe in die 11. Klasse.

Mein Seminarfach- "Lehrer" ist eigentlich kein Lehrer und arbeitet an der medizinischen Hochschule. Und er hat sich die Seite auch nicht so genau angeguckt, er meinte nur, ich könne ja dann prima bewerten, welche Theorie besser, einfacher und logischer wäre und war ganz stolz auf mich, dass ich was gefunden hab, von dem er noch nicht gehört hatte.


Also besteht keine Möglichkeit, dass ich es verstehe?
Was würdest du mir dann vorschlagen, jetzt zu tun??

Gruß,
Marie
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  #4  
Alt 27.02.11, 21:11
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
Danke, für die Antwort!

Ja, ich bin noch Schülerin und gehe in die 11. Klasse.

Mein Seminarfach- "Lehrer" ist eigentlich kein Lehrer und arbeitet an der medizinischen Hochschule. Und er hat sich die Seite auch nicht so genau angeguckt, er meinte nur, ich könne ja dann prima bewerten, welche Theorie besser, einfacher und logischer wäre und war ganz stolz auf mich, dass ich was gefunden hab, von dem er noch nicht gehört hatte.


Also besteht keine Möglichkeit, dass ich es verstehe?
Was würdest du mir dann vorschlagen, jetzt zu tun??

Gruß,
Marie
Wirklich verstehen kannst du es nicht.
Ich will mal versuchen, in ein paar hoffentlich halbwegs verständlichen Worten
zu beschreiben, worum es in dem Artikel geht.

In der populärwissenschaftlichen Literatur liest man häufig, dass das Vakuum der Quantenphysik nicht wirklich leer sei. Es entstünden vielmehr ständig Elektron-Positron-Paare, die sich aber gleich wieder vernichten ("virtuelle Paare"). Dieses nennt man Vakuumfluktuationen oder auch Vakuumpolarisation. So erklärt man auch den Casimireffekt, siehe z.B.
http://de.wikipedia.org/wiki/Casimir-Effekt
und kann ihn auch entsprechend berechnen.

Das genannte Papier verfolgt einen anderen Ansatz. Es nutzt den Formalismus der Quantenelektrodynamik (im Papier "QED" genannt)
http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenelektrodynamik
- nämlich sog. Feynman-Diagramme
http://de.wikipedia.org/wiki/Feynman-Diagramm
um die Casimir-Kraft zu berechnen. In Abb. 1 in dem Papier sieht man die Feynmangraphen der "reinen" Vakuumfluktuation. Wenn du mit anderen Feynmandiagrammen (z.B. Wiki oder in dem Papier Abb. 3) vergleichst, so fällt auf, dass diese Diagramme "isoliert" sind; es fehlen Linien (=Teilchen), die aus dem Diagramm heraus- oder hereinführen - dieses Fehlen äußerer Linien zeigt an, dass diese Diagramme aus Abb. 1 allein das Vakuum beschreiben.

In ihrer Rechnung weiter unten beschreibt der Autor Jaffe in Abb. 3 schematisch, was er tut: er berechnet die Beiträge zur Casimirkraft alleine aus Diagrammen mit äißeren Linien - die reinen Vakuum-Diagramme aus Abb. 1 werden ignoriert. Das soll das "-" Zeichen auf der linken Seite von Fig. 3 anzeigen (die Diagramme ohne äußere Linien nennt der Autor in der Beschreibung der Abb. "one-point function").

Die Schlussfolgerung ist, dass sich die Casimirkraft auch ohne spezielle Annahmen über das Vakuum zu machen, korrekt berechnen lässt.

Ehrlich gesagt, mich überrascht das nicht, denn die reinen Vakuumdiagramme aus Abb. 1 sind m.E. unphysikalisch: Physik ist, was messbar ist und solche Diagramme brauchen, um messbar zu sein, äußere Linien (Teilchen oder Felder) die mit einer Messapparatur wechselwirken können.

Vielleicht könnte man folgende Bewertung versuchen: der Ansatz aus dem Papier ist originell und folgt bewährten Standardverfahren der Quantenelektrodynamik. Diese Methode ist m.E. vermutlich exakter als die bis dahin vorgenommenen Summierungen über Nullpunktsenergien. Der Autor kritisiert die Standardmethode
Zitat:
Zitat von Jaffe
In the standard approach[12], the Casimir force is calculated by computing the change in the zero point energy of the electromagnetic field when the separation between parallel perfectly conducting plates is changed. The result, eq. (3), seems universal, independent of everything except h, c, and the separation, inviting one to regard it as a property of the vacuum.
This, however, is an illusion. When the plates were idealized as perfect conductors, assumptions were made about the properties of the materials and the strength of the QED coupling a, that obscure the fact that the Casimir force originates in the forces between charged particles in the metal plates.
(Hervorhebung von mir).

Ohne diese Kritik nun im einzelnen nachvollziehen zu wollen, unterstelle ich mal, dass der Autor Jaffe
http://web.mit.edu/physics/people/fa...fe_robert.html
- ein weltbekannter Theoretiker - mit Sicherheit weiss, worüber er spricht und seine Kritik berechtigt ist.

Das alte Argument mit virtuellen Elektron-Positron-Paaren im Vakuum, die polarisiert werden, mag mehr der Anschauung dienen; es ist weniger exakt.

Ich fürchte, das war keine wirkliche Hilfe ?
Das Thema ist einfach zu schwierig.

Gruß,
Hawkwind

Ge?ndert von Hawkwind (27.02.11 um 21:13 Uhr)
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  #5  
Alt 28.02.11, 12:04
marie2113 marie2113 ist offline
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marie2113 eine Nachricht ?ber ICQ schicken
Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Wow, ich hab es sogar fast komplett verstanden. - Beste Vorraussetzungen für ein späteres Physikstudium

Vielen, vielen Dank, das war eine mega-Hilfe, vor allem die Infos zum Autor. Jetzt weiß ich sogar ungefähr, was ich in der Facharbeit schreibe.

Habe nur noch ein paar Fragen:
Was sind Feynman-Diagramme eigentlich? Ist das die gängige Form der Abbildung in der Physik? Sie erscheinen mir ein wenig seltsam...

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Ehrlich gesagt, mich überrascht das nicht, denn die reinen Vakuumdiagramme aus Abb. 1 sind m.E. unphysikalisch: Physik ist, was messbar ist und solche Diagramme brauchen, um messbar zu sein, äußere Linien (Teilchen oder Felder) die mit einer Messapparatur wechselwirken können.
Also war die Publikation eine logische Folge und zu erwarten und gar keine "Gegentheorie" sondern eine physikalischere Form der Vakuumfluktuations-variante?
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  #6  
Alt 28.02.11, 12:31
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
Wow, ich hab es sogar fast komplett verstanden. - Beste Vorraussetzungen für ein späteres Physikstudium

Vielen, vielen Dank, das war eine mega-Hilfe, vor allem die Infos zum Autor. Jetzt weiß ich sogar ungefähr, was ich in der Facharbeit schreibe.
Na prima, mir kamen meine Sätze im Nachhinein ein wenig konfus vor.


Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
Was sind Feynman-Diagramme eigentlich? Ist das die gängige Form der Abbildung in der Physik? Sie erscheinen mir ein wenig seltsam...
Diese Diagramme sind ein geniales Mittel, komplizierte Terme, die bei Rechnungen in der QED auftauchen, ziemlich anschaulich und systematisch darzustellen. Es gibt dazu die Feynmanregeln - ein "Rezept", das angibt, wie ich aus so einem Diagramm den entspechenden mathematischen Term gewinnen kann. Man kann in der Praxis so vorgehen, dass man sich überlegt, welche möglichen Diagramme zu einem "Prozess", z.B. elastische Streuung

Elektron + Positron -> Elektron + Positron

("Bhaba-Streuung") beitragen können (äußere Linien also 4 an der Zahl: eine einlaufendes Elektron, ein einlaufendes Positron, ein auslaufendes Elektron und ein auslaufendes Positron).



Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
Also war die Publikation eine logische Folge und zu erwarten und gar keine "Gegentheorie" sondern eine physikalischere Form der Vakuumfluktuations-variante?

Würde ich auch nicht als "Gegentheorie" ansehen, sondern eher als eine Art Präzisierung der bestehenden Methoden. Die Diagramme, die Jaffe dann auswertet, enthalten die typischen Vakuumfluktuationen, aber eben nicht solche ohne äußere Linien, sondern als Elemente in Diagrammen mit äußeren Linien .. etwa so in der Art wie hier:

Die äußeren Schlangenlinien stehen dabei für ein Photon; die inneren durchgezogenen Linien in der Schleife für ein virtuelles Elektron-Positron-Paar. Die Zeit fliesst von links nach rechts. Es kommt ein Photon, das ganz kurz in ein Elektron-Positron-Paar aufspaltet, das sich aber wieder umgehend in ein Photon annihiliert (also Photon -> Photon). Jaffes Aussage ist, dass so ein Diagramm ohne das äußere Photon (d.h. Vakuum -> Vakuum) keine Relevanz für den Casimireffekt hat.

So verstehe ich ihn zumindest ... .

Viel Erfolg für die Arbeit.
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  #7  
Alt 28.02.11, 12:48
marie2113 marie2113 ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Jaffes Aussage ist, dass so ein Diagramm ohne das äußere Photon (d.h. Vakuum -> Vakuum) keine Relevanz für den Casimireffekt hat.
das versteh ich nicht...
Soll das heißen, dass das Photon den Casimir-Effekt macht?
Aber ist das nicht auch die Aussage der herkömmlichen Variante, dass wegen des begrenzten Wellenlängenspektrums (kann man das so sagen?!) ein Photonendruck von außen auf die Platten wirkt und sie zusammendrückt?
Oder hab ich Wikipedia falsch verstanden?
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  #8  
Alt 28.02.11, 13:02
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
das versteh ich nicht...
Soll das heißen, dass das Photon den Casimir-Effekt macht?
die Aufspaltung eines Photons in ein virtuelles e+ e- -Paar.

Das von mir gepostete Diagramm wiederum ist sozusagen nur ein Ausschnitt aus den Diagrammen, die Jaffe rechnet. Letztlich enthalten seine Diagramem Elektronen als äußere Linien (die auf den Platten) und er berechnet die Kraft, die sie aufeinander ausüben. Das ist mehr symbolisch Abb. 2 in seinem Papier.
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  #9  
Alt 28.02.11, 13:17
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Zitat:
Zitat von marie2113 Beitrag anzeigen
Aber ist das nicht auch die Aussage der herkömmlichen Variante, dass wegen des begrenzten Wellenlängenspektrums (kann man das so sagen?!) ein Photonendruck von außen auf die Platten wirkt und sie zusammendrückt?
Das ist ein mehr anschauliches Argument, aber vielleicht ganz gut für deine Arbeit. Es geht aber nicht um Wellenlängen, sondern um virtuelle Elektron-Positron-Paare (diese nennt man "Vakuumpolarisation"):
Zitat:
Zitat von wiki
Außerhalb der Platten existiert also ein Kontinuum an virtuellen Teilchen, während innerhalb der Platten nur eine diskrete Anzahl von Teilchen entstehen kann, nämlich die, die den Randbedingungen der gegenüberstehenden Platten genügen. Daraus resultiert ein „Photonendruck“ von außen auf die Platten.

hervorhebung von mir.
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  #10  
Alt 28.02.11, 13:22
marie2113 marie2113 ist offline
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Standard AW: Casimir-Effekt ohne Vakuumfluktuationen?

Jetzt versteh ich gar nichts mehr...

Jaffe berechnet dann also die Wechselwirkung durch Photonen der äußeren Elektronen in den Metallplatten? Und aus den Photonen werden aber (irrelevanterweise?) Teilchen-Antiteilchen-Paare, die wieder zum Photon werden. Aber müssten sich dann die Platten nicht abstoßen?

Ich komm mir echt vor wie ne kleine dumme Schülerin...
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