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EinsteinFan
Gast
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 EinsteinFan Verfasst am: 06. Mai 2013 10:14 Titel: Materie und Antimaterie |
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Meine Frage:
Gibt es einen physikalischen Grund (mathematische Formel), warum sich Materie und Antimaterie annihilieren, wenn sie aufeinander treffen?
Warum wird dabei 100 % Energie frei?
Meine Ideen:
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Uriezzo
Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim
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| Uriezzo Verfasst am: 06. Mai 2013 11:20 Titel: Re: Materie und Antimaterie |
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| EinsteinFan hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Gibt es einen physikalischen Grund (mathematische Formel), warum sich Materie und Antimaterie annihilieren, wenn sie aufeinander treffen?
Warum wird dabei 100 % Energie frei?
Meine Ideen:
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Ja, der Grund ist die elektromagnetische Wechselwirkung oder Wechselwirkungen ganz allgemein:
In der Quantenfeldtheorie vermitteln Wechselwirkungen nicht nur Kräfte zwischen Ladungen wie wir sie aus der klassischen Physik kennen, sondern eben auch Zerfälle und auch Prozesse, in denen Teilchen und Antiteilchen "sich annihilieren". Der Wechselwirkungsterm, der das alles im Falle der elektromagnetischen WW beschreibt, ist
Dabei koppelt die Viererstromdichte  an das elektromagnetische Feld  .
Allerdings wird Dir diese Formel nicht viel sagen, wenn Du nicht ein wenig Quantenfeldtheorie verstehst.
Aus Sicht der Quantenfeldtheorie jedenfalls ist die Annihilation eines Elektrons mit einem Positron ein ganz ähnlicher Prozess wie die Streuung eines Photons an einem Elektron und somit eigentlich ganz unspektakulär.
Die Energie bleibt bei so einem Annihilationsprozess wie bei jedem physikalischen Prozess erhalten: Insofern findet sich die Energie, die zuvor in Elektron und Positron gesteckt hat, danach in den Photonen wieder.
Interessanter als die Frage, welcher physikalissche Grund hinter so einem Annihilationsprozess steckt, ist die Frage, wieso es Antimaterie überhaupt gibt:
Wenn ich Quantenmechanik und spezielle Relativitätstheorie miteinander verbinden will, stellt sich rasch heraus, dass ich das nur widerspruchsfrei tun kann, indem ich Antimaterie postuliere: Insofern ist die Existenz von Antimaterie ein weiterer Beleg für Einsteins Relativitätstheorie. |
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EinsteinFan
Gast
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| EinsteinFan Verfasst am: 06. Mai 2013 12:14 Titel: |
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Danke für deine Antwort.
Folgt die Existenz von Antimaterie aus der Relativitätstheorie oder der Quantenmechanik?
Denn beide Theorien kann man doch gar nicht verbinden!? |
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Uriezzo
Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim
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| Uriezzo Verfasst am: 06. Mai 2013 12:55 Titel: |
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| EinsteinFan hat Folgendes geschrieben: | | Folgt die Existenz von Antimaterie aus der Relativitätstheorie oder der Quantenmechanik? |
Aus beidem zusammen.
| EinsteinFan hat Folgendes geschrieben: | | Denn beide Theorien kann man doch gar nicht verbinden!? |
Spezielle Relativitätstheorie und Quantenmechanik lassen sich sehr gut miteinander verbinden. Die resultierende Theorie heißt Quantenfeldtheorie: Aus den Wellenfunktionen der nichtrelativistischen Quantentheorie werden in der Quantenfeldtheorie Feldoperatoren, um es mal ganz salopp zu formulieren. Observablen lassen sich dann mit Hilfe dieser Feldoperatoren darstellen.
Wo es Probleme gibt, ist, wenn man die Schwerkraft noch hinzunehmen möchte: Man kennt momentan noch keine Quantenfeldheorie, die die Gravitation b.z.w. die allgemeine Relativitätstheorie sinnvoll miteinschließt.
Es gibt aber Ansätze (e.g Stringtheorie, Quantengravitation etc) dazu. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 06. Mai 2013 13:54 Titel: |
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| EinsteinFan hat Folgendes geschrieben: | | Folgt die Existenz von Antimaterie aus der Relativitätstheorie oder der Quantenmechanik? |
Die relativistischen Feldgleichungen für Spin 0 Felder (Klein-Gordon), Spin 1/2 Felder (Dirac) und Spin 1 Felder (Maxwell) können ähnlich aufgefasst werden wie die nicht-relativistische Schrödingergleichung.
Man erhält aus diesen Gleichungen Lösungen mit negativer Frequenz. Diese Lösungen lassen sich nicht konsistent eliminieren bzw. vermeiden. Andereseits sieht man den Gleichungen bzw. LÖsungen aber auch an, dass ihre mathematsichen Ergebnisse in bestimmten Bereichen physikalisch nicht mehr sinnvoll sind. U.A. funktioniert die Wahrscheinlichkeitsinterpretation der QM nicht mehr.
Der Ausweg ist letztlich die kanonische Quantisierung der Felder zu Feldoperatoren und die Einführung eines sogenannten Fockraumes, dessen Zustände Teilchen beschreiben; der Formalismus ist sehr abstrakt, man hat keine Wellenfunktionen oder Wahrscheinlichkeitswellen mehr, aber auch keine Punktteilchen.
Im Zuge dieser Quantisierung kann man die o.g. Lösungen mit negativer Frequenz als Antiteilchen interpretieren. Sie sind sozusagen das genaue Gegenteil eines Teilchens (was z.B. die Ladung betrifft) verhalten sich aber ansonsten wie ganz gewöhnliche Teilchen (positive Energie, propagieren vorwärts in der Zeit, ...)
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Einsteinfan
Gast
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| Einsteinfan Verfasst am: 06. Mai 2013 14:03 Titel: |
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Und die Existenz der Antimaterie ist wirklich ein Beleg für die Relativitätstheorie? |
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