Entropie bei Teilchen-Prozessen?

Kalliope1981 · Anmeldungsdatum: 27.09.2013 Beiträge: 1

Meine Frage:
Meine Schüler haben mir die folgende Frage gestellt: Bei Paarbildung bzw. Annihilation von z.B. Positron und Elektron, welches ist der Zustand der höheren/niedrigeren Entropie?

Meine Ideen:
Ehrlich gesagt, keine Ahnung. Ich habe Entropie bis jetzt nur im Zusammenhang mit großen Teilchenanzahlen gehört, nicht im Zusammenhang mit Teilchenphysik.

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

Ich versuche mich mal an einer Antwort (wenn ich das richtig interpretiere, bist du Physiklehrer, also kann ich ganz normal mit den Begriffen umgehen, ohne sie vorher zu definieren, aber du kannst natürlich gerne fragen smile

).

Ich würde behaupten, dass unter gewissen Annahmen, die implizit getroffen wurden, die Entropie genau gleich ist (intuitiv, weil der Prozess "reversibel" ist)

Generell hast du Recht, die herkömmliche Entropiedefinition aus der klassischen statistischen Physik scheint da nicht so richtig zu greifen, weil die Systeme zu klein sind. Es gibt aber die Definition aus der Quantenmechanik (von Neumann Entropie) über die Dichtematrix (falls es da nicht irgendwelche Probleme in Bezug auf die QFT gibt, aber das glaube ich nicht).

Insofern könntest du natürlich diese Entropiedefinition nehmen und schauen, was dabei rauskommt - aber das Ergebnis hängt davon ab, ob du das System isoliert betrachtest (dann ist die Zeitentwicklung unitär und, auch weil das ganze ein reversibler Prozess ist, die Entropie bleibt einfach immer gleich) oder nicht (wenn du den Anfangszustand als reinen Zustand betrachtest, wirst du eine steigende Entropie haben, egal ob du mit zwei Photonen anfängst, die ein Paar erzeugen oder mit zwei Elektronen anfängst, die annihilieren und Photonen erzeugen).

Im Endeffekt würde ich also behaupten, dass die Entropie in diesem Prozess eine wenig aussagekräftige Größe ist. Entropie in der Quantenmechanik spielt immer nur eine Rolle, wenn ich Teilsysteme betrachte bzw. das Zusammenspiel von dynamischen Teilsystemen. Das ist aber etwas, was im Kern des Beispiels keine Rolle spielt - insbesondere, weil der Kernprozess reversibel ist.
Die Definitionen in der Thermodynamik resultieren aus dieser Sichtweise, obwohl die Zusammenhänge noch immer nicht vollständig klar sind (z.B. wurde Landauers Prinzip erst letztes Jahr auf eine rigorose Basis gestellt - insgesamt ist Quantum mechanics/foundations and Thermodynamics gerade relativ groß).

Gruß
MI

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18185