Magnetimus am absoluten Nullpunkt

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Da ich bei der Suche nicht wirklich fündig geworden bin, stelle ich meine Frage hier:

Gibt es bei Null Kelvin noch ein magnetisches Feld? Und wie ist das beim elektrischen Feld?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Temperatur ist die Eigenschaft eines makroskopischen Vielteilchensystems im thermischen Gleichgewicht. Für einzelne oder sehr wenige Teilchen kann (und muss) man keine Temperatur definieren.

Nehmen wir ein einzelnes, sich bewegendes Elektron: das hat an sich keine Temperatur, ist aber natürlich von einem elektrischen und (wegen der Bewegung) von einem magnetischen Feld umgeben. Sehr viele sich exakt parallel und gleich schnell bewegende Elektronen könnte man als absoilut geordneten Zustand mit Temperatir Null bezeichenn - und selbstverständlich haben diese wiederum ein elektrisches und ein magnetisches Feld.

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Danke für die Antwort Augenzwinkern

Also wenn ich das richtig verstanden habe, dann gibt es immer ein magnetisches und elektrisches Feld, weil man jedem Teilchen Bewegung zuordnen kann? Schon dadurch, dass es den absoluten Nullpunkt gar nicht geben kann...
Temperatur auf Teilchenebene ist ja dann ziemlich sinnlos Big Laugh

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Du denkst zu kompliziert: ein einzelnes Elektron hat keine Temperatur, aber immer ein elektrisches Feld.

chrissan · Anmeldungsdatum: 05.03.2012 Beiträge: 5

Ich denke Whae meint, dass ein e in einem System bei 0 K sich ja nicht mehr bewegen kann und daher auch kein magnetisches Feld existieren sollte. Oder?

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Ja, genau. Wenn man mal theoretisch annehmen würde, dass es irgendwo ein abgeschlossenes System mit 0 Kelvin gibt.
Ich verstehe sowieso nicht ganz, WAS ein magnetisches oder elektrisches Feld überhaupt ist... Energie? Oder eine Kraft? Aber woher kommt dann die Energie? grübelnd

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Ein einzelnes Elektron, das sich bewegt, hat immer noch keine Temperatur (auch wenn es sich bewegt), da Temperatur für ein einzelnes Teilchen keine Bedeutung hat!

Außerdem kann ich mir aussuchen, ob sich das Elektron bewegt - oder ob es in Ruhe ist und mich mich relativ zu ihm bewege - in beiden Fällen werde ich ein magnetisches Feld feststellen.

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Hm, also entweder ich verstehe hier was falsch oder wir reden ein bisschen aneinander vorbei... Augenzwinkern

Ich hatte mich gefragt, ob es ein magnetisches Feld gibt, wenn sich kein Teilchen bewegt, also der absolute Nullpunkt erreicht ist. Und da das praktisch ja nicht möglich ist, eben nur mal theoretisch gesehen.
Wobei dann die Frage vielleicht sinnlos ist, das hatte mich halt nur interessiert. Big Laugh

Aber so, wie ich das verstehe, hat ein Elektron also immer ein elektrisches Feld, egal was ist. Wenn es sich in einem abgeschlossenen System befindet und nicht bewegt, dürfte es aber eigentlich kein Magnetfeld haben...? (davon abgesehen, ob das praktisch überhaupt möglich ist)

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

semoi · Anmeldungsdatum: 20.12.2011 Beiträge: 82

Servus,

Schaut mal was da publiziert wurde. Die benutzen ultra-kalte Atome mit einer Temperatur von unter 1 micro-Kelvin. Die magnetischen Eigenschaften der Atome hängen hier nicht mehr von der Temperatur ab.

Euer Beispiel des einzelnen Elektrons:
Ein Elektron hat einen Spin. Mit dem Spin ist ein magnetisches Moment verbunden. Also auch ein Magnetfeld.

Beantwortet das Deine Frage Whae?

Gruß,
semoi

semoi · Anmeldungsdatum: 20.12.2011 Beiträge: 82

Servus,

Schaut mal was da publiziert wurde. Die benutzen ultra-kalte Atome mit einer Temperatur von unter 1 micro-Kelvin. Die magnetischen Eigenschaften der Atome hängen hier nicht mehr von der Temperatur ab.

Euer Beispiel des einzelnen Elektrons:
Ein Elektron hat einen Spin. Mit dem Spin ist ein magnetisches Moment verbunden. Also auch ein Magnetfeld.

Beantwortet das Deine Frage Whae?

Gruß,
semoi

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Erst mal danke, semoi.

Was mich allerdings jetzt verwirrt: TomS, du hast geschrieben, ein ruhendes Elektron hat kein Magnetfeld. Im Prinzip war genau das meine Frage;). Was mir daran jetzt komisch erscheint, ist, dass man ja jedes Elektron als ruhend beschreiben könnte, sodass sich das Bezugssystem bewegt. Dieses Elektron dürfte dann kein Magnetfeld haben:D Das geht ja irgendwie auch nicht grübelnd

Was genau am Elektron verursacht das Magnetfeld? Die Bewegung des Elektrons im Raum oder der Spin? Kann man den Spin auch als Bewegung bezeichnen?
Und kann ein einzelnes Elektron überhaupt ein Magnetfeld besitzen??

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

habe meinen Beitrag erweitert!

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Sorry, hatte ich noch nicht gesehen.

Also, ich habe jetzt verstanden, dass ein Elektron immer ein Magnetfeld besitzt, weil man ihm Bewegung zuschreiben kann.
Und wenn sich nichts bewegt, auch nicht der Beobachter, wenn es gar keine Bewegung geben würde?
Augenzwinkern

Danke für deine Hilfe:)

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

So weit ich weiß, wird in den Maxwell-Gleichungen die Existenz von elektromagnetischen Wellen beschrieben, also der Zusammenhang zwischen magnetischem und elektrischem Feld.
Heißt das, wenn es ein elektrisches Feld gibt, ist automatisch auch ein magnetisches Feld vorhanden?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Dier inhomogenen Maxwellgkleichunegn lauten ganz grob

räumliche bzw. zeitliche Änderungsrate der elektromagnetischen Felder = elektrische Ladungsdichte bzw. Stromdichte

Eine Ladungsdichte erzeugt immer ein elektrisches Feld; eine Stromdichte ein Magnetfeld; eine sich bewegende elektrische Ladung entspricht aber einer Stromdichte und erzeugt deswegen ein Magnetfeld. Damit solte das alles klar sein.

http://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen#Mikroskopische_Maxwellgleichungen

Und eine Temperatur kommt dabei überhaupt nicht vor

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Gewöhnliche Materie besteht aus Teilchen, diese haben nicht selten eine Ladung.
Aber gibt es geladene Teilchen die nicht rotieren?
Wenn solche Teilchen gibt und diese zusammengesetzt sind, bitte erwähnen.

Die Idee ist simpel. Vielleicht wenn ein Magnetfeld bei einer Ladung nicht zu beobachten ist, dann nicht deswegen weil diese sich ruht, sondern weil die permanente Präsenz von Magnetfelder sich kompensiert, ähnlich wie gewöhnliche Materie uns neutral erscheint, da die unterschiedliche Ladungen sich kompensieren?

semoi · Anmeldungsdatum: 20.12.2011 Beiträge: 82

Servus,

mir liegt nicht viel daran, TomS zu kritisieren. Du schreibst tolle Beiträge. Trotzdem will ich das hier nicht so stehen lassen.
TomS, man merkt, dass Du durch und durch Theoretiker bist, weshalb ich hier einige einfache Fragen für Dich habe:

Frage 1:
Wie beschreibst Du die magnetische Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen? Gibt es nach Deiner Auffassung überhaupt eine?
Meiner Meinung nach ist dies eine sehr einfache Frage und sie trifft den Kern Deiner Aussage. Meine Antwort findest Du hier: Die beiden magnetische Momente der Elektronen koppeln, weil jedes Elektron am Ort des anderen ein B-Feld erzeugt. Falls Du jedoch auf QED und Photonenaustausch stehst, dann zeige mir doch bitte Deine Rechnung -- oder ist Dein Stringtheorie-Comic bezeichnend? ;)

Frage 2:
Wie/warum entstehen magnetische Materialien? Was ist der Mechanismus? Hängt es mit dem Spin der Valenzelektronen zusammen?
Bzgl. des Mechanismuses schreibt Nobelpreisträger Ketterle: "In condensed matter physics, there are two paradigms for magnetism:
localized spins interacting via tunneling and
delocalized spins interacting via an exchange energy."

Ich freue mich auf Deine Antworten.

@ Whae: Falls Du Interesse an einer einfachen relativistischen Beschreibung des B-Feldes hast (was passiert in einem anderen Inertialsystem), so empfehle ich Dir die Lekture der Feynman lectures on physcs, vol. 2, mainly electromagnetism and matter [Addison-Wesley Publishing, Massachusetts, 1964] (Kapitel 13-6: "The relativity of magnetic and electric fields"). Das Buch gibt es bei Dir sicherlich in einer neueren Ausgabe in der Bibliothek.

Gruß,
semoi

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Whae · Anmeldungsdatum: 31.10.2011 Beiträge: 34

Ich denke, ich weiß jetzt Bescheid Augenzwinkern

Also vielen Dank für eure Hilfe, es war echt interessant Thumbs up!

Viele Grüße smile

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

prima - aber semoi ist noch nicht glücklich traurig

semoi · Anmeldungsdatum: 20.12.2011 Beiträge: 82

Nein, TomS: Ich bin glücklich, denn ich erwartete keine wirkliche Antwort. Ich vermutete, dass Du ein wenig weiter gehst und das B-Feld über Spin-Bahn Kopplung erklärst ... mein eigentlicher Punkt ist jedoch der: Es kommt nicht darauf an exakt zu sein, sondern darauf, das Phänomen durch ein einfaches Modell zu beschreiben. Und Deine QED (bitte nenne mir noch Deine Referenz) ist sicherlich nicht genauso einfach und anschaulich, wie das zitierte Paper, oder? Aber, falls Du mit eine einfache Erklärung für Frage 2 hast, dann bin ich wirklich daran interessiert. Bitte mit Referenz.
Gruß,
Semoi

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

semoi · Anmeldungsdatum: 20.12.2011 Beiträge: 82

Hallo TomS,

vielen Dank für Deine Ausführungen. Ich stimme Dir zu, dass die ursprüngliche Frage eine ganz andere war. Wie ich aber bereits schrieb, veranschaulichen die obigen beiden Fragen meine anfänglichen Argumente:
* Was Du machst (ich übertreibe natürlich), ist von einer Theorie (hier QED) aus zu gehen und Du versuchst alles daraus zu erklären. Alles was nicht in dieses Weltbild passt ist falsch -- Kuhn prägt dafür das Wort "Paradigma". Deine Theorie kann nicht wirklich viele Phänomene erklären, denn sie ist zu kompliziert (nicht darauf zugeschnitten). Deshalb nimmst Du lieber in Kauf, dass vieles nicht verständlich ist, als eine Erklärung gelten zu lassen, die außerhalb Deiner akzeptierten Theorie liegt. Und ich spreche hier nicht über Esoterik, sondern
* akzeptierte Wissenschaftler (siehe meine obige Referenz) publizieren diese einfachen Erklärungen. Es ist ein gängiges Bild, dass der Spin ein B-Feld erzeugt und dass zwei magnetische Momente so koppeln.
* Für das Vielteilchensystem ist "meine Erklärung" des 2-Teilchensystems einfach zu übertragen. Die zitierte Aussage von Ketterle ist nichts besonders. In den meisten Festkörperlehrbüchern findest Du die Theorien von Stoner, Pauli und wie sie alle heißen. Sie alle haben gemein, dass der Spin für den Magnetismus verantwortlich ist. Und dass ist auch nicht einmal besonders weit weg von Deiner Aussage, denn der Spin ist ein Drehimpuls. Lässt Du nun das Bild gelten, dass beim Elektron die Ladung um seine eigene Achse rotiert (vergiss für den Moment, dass der Ladungsradius nach QED verschwindet), so hast Du Deine Bewegung und ein daraus resultierendes B-Feld -- ich weiss, dass mit diesem Bild etwas nicht stimmt, habe aber vergessen was es war. Würde mich freuen, falls Du mein Gedächtnis auffrischen könntest. Wie auch immer, ich werde stets folgende Aussage betonen: "Versuche nicht ein Phänomen exakt zu beschreiben, denn die meisten die dies versuchen, tragen nichts zur Physik bei. Benutze einfache Bilder -- je einfacher, desto besser, denn Du siehst ihre Kraft und auch ihre 'short comings'(deutsch?)". Dies sagte mir Hans Feldmann vor vielen Jahren, es half mir viele Probleme zu lösen.

Liebe Grüße,
Semoi

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Ich glaube, dass du die Differenzen überbewertest. Ich akzeptiere selbstverständlich phänomenologische Modelle, die üblicherweise in einem bestimmten Bereich genügend genmau sowie zumeist einfachere Aussagen liefern; ich akzeptiere natürlich insbs. die nicht-rel. QM und die darauf aufbauenden Vielteilchentheorien sowie die Festkörperphysik.

Ich bin nur der Meinung, dass diese Modelle (wenn theoretisch oder phänomenologisch unvollständig, d.h. nur in bestimmten Bereichen anwendbar) aus einer fundamentaleren Theorie (hier: QED) ableitbar sein müssen.

Wenn dies nicht möglich ist, dann haben wir eine Lücke in unserem Verständnis! Wem diese Lücke nun zuzuschreiben ist (dem phänomenologischen Modell oder der vermeintlich fundamentaleren Theorie) ist dabei eine andere Frage.

Bsp. QED: ich gehe soweit, zu behaupten, dass diese Theorie letztlich alle Phänomene der Festkörperphysik durch sukzessive Näherung, Konstruktion von effektiven Theorien etc. löst. Alles andere wäre eine echte Revolution in der modernen Physik.

Bsp. Stringtheorie: hier ist die Fragestellung, wo das Problem liegt (im Standardmodell einerseits oder in der Stringtheorie andererseits) noch offen.

Was ich damit sagen will ist folgendes: wenn wir uns hier nicht sicher sind, wie wir Magnetismus erklären sollen, dann entstehen damit unmittelbar zwei Aufgaben (also nicht einfach in Wikipedia nachschauen ;-) zum einen eine phänomenologische Beschreibung finden und zum zweiten diese in den Kontext der QED einzubetten; wenn wir uns dagegen nicht sicher sind, wie wir die Entstehung der Massen im Standardmodell erklären sollen, dann werden wir zum einen den Higgsmechanismus zitieren, aber ob wir dann auch eine Ableitung dieses Mechanismus' aus der Stringtheorie fordern oder ob wir das einfach so stehen lassen, ist eine andere Frage, die wir auf Basis der heutigen Erkenntnisse bzgl. der Stringtheorie ehrlicherweise noch nicht beantworten können.

Ich lehne also keine einfache Erklärung ab, fordere jedoch, dass sie sich in den Kontext einer bekannten, gut bestätigten und fundamentaleren Theorie einbetten lässt.

Dass das im Falle des Magnetismus schwierig ist liegt dabei weder am Magnetismus selbst noch an der QED, sondern einfach an der Tatsache, dass ich es eben nicht besser weiß ;-)