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Teilchen aus dem Vakuum?
 
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Aaron
Gast





Beitrag Aaron Verfasst am: 30. Mai 2014 10:44    Titel: Teilchen aus dem Vakuum? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
In der Wikipedia finden sich widersprüchliche Einträge zur Lamb-Verschiebung und zur Vakuumenergie.
Zum einen wird gesagt, dass die Lamb-Verschiebung auf virtuelle Teilchen aus dem Vakuum zurück geht. Analog zum Casimir-Effekt.
Zum anderen wird gesagt, dass dies nicht stimme.
Was stimmt den jetzt?

Meine Ideen:
Wie kommt denn jetzt die Lamb-Verschiebung zu Stande? Und warum soll das mit den Vakuumfluktuationen nicht mehr stimmen?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 30. Mai 2014 11:31    Titel: Antworten mit Zitat

Kannst du den fraglichen Artikel mal verlinken?

Ich suche mal eine vernünftige mathematische Formulierung, um das zu erklären.

Generell: "virtuelle Teilchen aus dem Vakuum" ist in jedem Fall nur der Versuch, mathematische Formeln irgendwie zu interpretieren. Wenn diese "Veranschaulichung" nicht immer konsistent funktioniert, dann ist das kein Grund zur Sorge.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
jh8979
Moderator


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Beitrag jh8979 Verfasst am: 30. Mai 2014 11:32    Titel: Antworten mit Zitat

Virtuelle Teilchen sind nur eine mathematische Möglichkeit wie wir diese Phänomene berechnen können. Insofern stimmt die Aussage, dass sie den Lamb-Shift und den Casimir-Effekt "erklären".

Allerdings haben Sie aber keine physikalische Realität und sind nur mathematische Hilfsobjekte. Es gibt z.B. Wege den Casimir auch ohne virtuelle Teilchen zu berechnen. Insofern ist die Aussage falsch, dass virtuelle Teilchen der physikalische Grund für den Lambshift und den Casimir-Effekt sind.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 01. Jun 2014 00:29    Titel: Re: Teilchen aus dem Vakuum? Antworten mit Zitat

Aaron hat Folgendes geschrieben:
... wird gesagt, dass die Lamb-Verschiebung auf virtuelle Teilchen aus dem Vakuum zurück geht

Die moderne Formulierung der QED berechnet die Lamb-Verschiebung tatsächlich mittels virtueller Photonen, jedoch nicht aus Vakuum. Es handelt sich letztlich um die Selbstenergie des Elektrons entsprechend des folgenden Diagramms

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Electron_self-energy_diagram.svg

Außerdem trägt zur Renormierung des elektromagnetischen Feldes noch die Vakuumpolarisation bei

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Vacuum_polarization.svg

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Physik_echt
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Beitrag Physik_echt Verfasst am: 09. Feb 2015 17:17    Titel: Antworten mit Zitat

Unsinn!

Es gibt virtuelle Teilchen wirklich. Man nennt sie Vakuumfluktuationen.

Hier ist der Beweis: servustv.com/de/Medien/Alles-und-Nichts-Der-Ursprung-des-Universums2
jh8979
Moderator


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Beitrag jh8979 Verfasst am: 09. Feb 2015 17:22    Titel: Antworten mit Zitat

Physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Unsinn!

Es gibt virtuelle Teilchen wirklich. Man nennt sie Vakuumfluktuationen.

Vllt hilft Dir das hier, Deinen Irrtum zu verstehen:
http://www.physikerboard.de/topic,37754,-faq---virtuelle-teilchen.html
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 09. Feb 2015 17:24    Titel: Antworten mit Zitat

Physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Es gibt virtuelle Teilchen wirklich. Man nennt sie Vakuumfluktuationen.

Was bedeutet "es gibt"? und was meinst du mit "man nennt sie ..."?

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Physik_echt
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Beitrag Physik_echt Verfasst am: 09. Feb 2015 17:26    Titel: Antworten mit Zitat

Ich bin NICHT im Irrtum. Sondern Du und TomS.

Guck dir bitte dieses Video an. Da erklärt ein renommierter Physiker die reale Existenz von virtuellen Teilchen.
Der Lamb-Shift ist nur mit der Exsitenz virtueller Teilchen aus dem Vakuum zu erklären.

Hier ist der Beweis: servustv.com/de/Medien/Alles-und-Nichts-Der-Ursprung-des-Universums2
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8184

Beitrag jh8979 Verfasst am: 09. Feb 2015 17:28    Titel: Antworten mit Zitat

Physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Ich bin NICHT im Irrtum. Sondern Du und TomS.

Guck dir bitte dieses Video an. Da erklärt ein renommierter Physiker die reale Existenz von virtuellen Teilchen.
Der Lamb-Shift ist nur mit der Exsitenz virtueller Teilchen aus dem Vakuum zu erklären.

So schnell kannst Du unmöglich den FAQ, den Tom sehr ausführlich geschrieben hat, gelesen und verstanden haben. Tu das also bitte, bevor Du hier weiter Sachen von Dir gibst, von denen Du offensichtlich nicht weisst worum es geht.
Physik_echt
Gast





Beitrag Physik_echt Verfasst am: 09. Feb 2015 17:29    Titel: Antworten mit Zitat

Den habe ich bereits gelesen. Du kannst dir unmöglich das Video angeschaut haben. Tu das also bitte, bevor Du hier weiter Sachen von Dir gibst, von denen Du offensichtlich nicht weisst worum es geht.
Physik_echt
Gast





Beitrag Physik_echt Verfasst am: 09. Feb 2015 17:37    Titel: Antworten mit Zitat

Hier ist ein zweiter Beweis eines Physikers: youtube.com/watch?v=AMTZKzlSnS4

Aber ein jh8979 und ein TomS erklären die Welt neu.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8184

Beitrag jh8979 Verfasst am: 09. Feb 2015 18:25    Titel: Antworten mit Zitat

Physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Du kannst dir unmöglich das Video angeschaut haben.

Richtig. Brauch ich auch nicht. Einer von uns beiden hat fundierte Kenntnisse der Quantenfeldtheorie und weiss was virtuelle Teilchen sind uns was nicht, der andere nicht....
Physik_echt hat Folgendes geschrieben:

Aber ein jh8979 und ein TomS erklären die Welt neu.

Das wir hier etwas neues erklären, haben wir nie behauptet. Im Gegenteil, das ist allen Quantenfeldtheoretikern bekannt und wird auch von niemandem bestritten. Das ändert nichts daran, dass es in populärwissenschaftlichen Erklärung dann trotzdem gerne der Vereinfachung wegen falsch (oder zumindest missverständlich) erklärt wird.
Physik_echt
Gast





Beitrag Physik_echt Verfasst am: 09. Feb 2015 18:38    Titel: Antworten mit Zitat

Du das denkst, dass du dir das Video nicht anschauen brauchst, sagt schon alles. Komm von deinem hohen Ross herunter. Du hängst hier wohl die meiste Zeit in diesem Board und sonderst irgendein Mist ab.

Das du fundierte Kenntnisse der Quantenfeldtheorie hast, ist extrem zu bezweifeln.

In beiden Videos erklären renommierte Physiker (du bist KEINER), dass es eine reale Existenz von virtuellen Teilchen gibt. Siehe Casimir-Effekt und vor allem Lamb-Shift.

Du kannst ja, falls vorhanden, mir einen Link geben von einer deiner vielen wissenschaftlichen Veröffentlichungen ;-)

Schau dir die Videos an.

Da lernst du noch was!
Felix86



Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189

Beitrag Felix86 Verfasst am: 09. Feb 2015 19:27    Titel: Antworten mit Zitat

Und wo findet man deine wissenschaftlichen Veröffentlichungen?
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8184

Beitrag jh8979 Verfasst am: 09. Feb 2015 19:42    Titel: Antworten mit Zitat

Physik_echt hat Folgendes geschrieben:

Schau dir die Videos an.
Da lernst du noch was!

Das bezweifel ich mal ganz stark. Falls Du ernsthaft daran interessiert bist, etwas über virtuelle Teilchen zu lernen guck vllt mal hier:
http://www.mat.univie.ac.at/~neum/physfaq/physics-faq.html
Kapitel A8, z.B.
http://www.mat.univie.ac.at/~neum/physfaq/topics/virtreal
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 09. Feb 2015 21:58    Titel: Antworten mit Zitat

Physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Du das denkst, dass du dir das Video nicht anschauen brauchst, sagt schon alles. Komm von deinem hohen Ross herunter. Du hängst hier wohl die meiste Zeit in diesem Board und sonderst irgendein Mist ab.

Das du fundierte Kenntnisse der Quantenfeldtheorie hast, ist extrem zu bezweifeln.

In beiden Videos erklären renommierte Physiker (du bist KEINER), dass es eine reale Existenz von virtuellen Teilchen gibt. Siehe Casimir-Effekt und vor allem Lamb-Shift.

Du kannst ja, falls vorhanden, mir einen Link geben von einer deiner vielen wissenschaftlichen Veröffentlichungen ;-)

Schau dir die Videos an.

Da lernst du noch was!

Leute, jetzt mal halblang; so müssen wir hier nicht miteinander reden.

Was wir hier behaupten ist, dass virtuelle Teilchen nicht im selben Sinne "existieren", wie z.B. ein Apfel oder ein anderes klassisches Objekt; der erste Knackpunkt ist nämlich bereits die Bedeutung von "existieren". Dem wird kein Physiker widersprechen. Es ist ein gewaltiger Unterschied, ob du den Formalismus virtueller Teilchen im Rahmen mathematischer Näherungen verwendest (ich habe das selbst über viele Jahre getan), oder ob du im Rahmen eines populärwissenschaftlichen Videos behauptest, sie würden "existieren"; ersteres hat eine sehr präzise Bedeutung, und der widerspricht hier auch niemand; letzteres ist die unpräzise Interpretation einer Näherungsmethode (und auch Prof. Lesch wird uns hier zustimmen, dass seine Aussagen in dem Video nicht die präzisen mathematischen Methoden ersetzen können).



Physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Der Lamb-Shift ist nur mit der Exsitenz virtueller Teilchen aus dem Vakuum zu erklären.

Das ist so nicht korrekt; der Satz sollte lauten:

Die Lamb-Shift kann mittels einer Näherung berechnet werden, in der mathematische Objekte verwendet werden, die man als "virtuelle Teilchen" bezeichnet.

Unterschiede: es gibt auch Berechnungsmethoden, die ohne virtuelle Teilchen auskommen; es wird nicht "die Existenz virtueller Teilchen" behauptet, sondern lediglich eine Berechnungsmethode verwendet.



Der wesentliche Grund, der gegen die "Existenz" virtueller Teilchen spricht ist, dass es Rechenmethoden gibt, in denen völlig auf sie verzichtet werden kann (auch diese habe ich selbst angewandt). Ein weiterer Grund ist, dass es Varianten des Formalismus gibt, in denen unterschiedliche "Sorten" virtueller Teilchen vorkommen. Z.B. kannst du die QCD in unterschiedlichen Eichungen formulieren
1) physikalische Eichungen: zwei Gluonfelder, die auch als "virtuellen Teilchen" auftreten
2) kovariante Eichung: vier teilweise unphysikalische Gluonfelder sowie zwei unphysikalische Fadeev-Popov-Geistfelder, so dass insgs. sechs "virtuelle Teilchen" auftreten
In welchen Sinne sollen die mathematischen Artefakte aus (2) "existieren"? Es sind Rechenmethoden, nichts weiter.

PS.: Die Links auf die Homepage von Prof. Arnold Neumaier sind sehr empfehlenswert:

Zitat:
Virtual particles must not be considered real since they arise only in
a particular approach to high energy physics - perturbation theory
before renormalization - that does not even survive the modifications
needed to remove the infinities. Moreover, the virtual particle content
of a real state depends so much on the details of the computational
scheme (canonical or light front quantization, standard or
renormalization group enhances perturbation theory, etc.) that
calling virtual particles real would produce a very weird picture of
reality.


Zitat:
Therefore at the level appropriate to a scattering event, the 'real'
real particles are modeled by 'mathematical' in/out states, which
therefore are also called 'real'. On the other hand, 'mathematical'
virtual particles have nothing to do with observations, hence have no
counterpart in reality; therefore they are called 'virtual'.


Zitat:
he figurative virtual objects in QFT are there only because of the
well-known limitations of the foundations of QFT. In a nonperturbative
setting they wouldn't occur at all. (Indeed, they do not exist in
lattice gauge theory, which is a nonperturbative approximation method.
They also do not exist in exactlty solvable 2-dimensional conformal
field theories, although their perturbation theory also produces the
same sort of feynman diagrams as QED in 4 dimensions.)
This can be seen most clearly by comparing with ordinary quantum
mechanics. One could also do nonrelativistic quantum mechanics with
virtual objects but no one does so (except sometimes in motivations
for QFT), because it does not add value to a well-understood theory.


Zitat:
A sign of the irreality of virtual particles is the fact that
when one does partial resummations of diagrams (which is essential for
renormalization), many of the virtual particles disappear.
A fully nonperturbative theory would sum everything, and no virtual
particles would be present anymore. Thus virtual particles are
entirely a consequence of looking at QFT in a perturbative way
rather than nonperturbatively.


Zitat:
Another group of physicists calculate consequences of the standard
model using quantization on a lattice.
Here virtual particles are completely absent.

Clearly concepts such as virtual particles that depend so much
on the method of quantization cannot be regarded as being real.


Zitat:
States involving virtual particles cannot be created for lack of corresponding creation operators in the theory. Thus it is impossible to represent a virtual particle by means of states.

For lack of a state, virtual particles cannot have any of the usual physical characteristics such as dynamics, detection probabilities, or decay channels. Therefore talk about ''poppoing in and out of existence during very short times'', involving their probability of decay, their life-time, their creation, and their decay when taken seriously, is scientific myth, not grounded in quantum field theory. It must be understood only figuratively.
In diagram-free approaches to QFT such as lattice gauge theory, it is impossible to make sense of the notion of a virtual particle. Even in orthodox QFT one can dispense completely with the notion of a virtual particle, as Vol. 1 of the QFT book of Weinberg demonstrates. He represents the full empirical content of QFT, carefully avoiding mentioning the notion of virtual particles.

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Zuletzt bearbeitet von TomS am 10. Feb 2015 01:57, insgesamt einmal bearbeitet
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 10. Feb 2015 01:48    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe übrigens mal spaßeshalber in Srednicki's Buch zur QFT - das ich nicht besonders mag, aber das es online als PDF gibt - nach "virtual" gesucht; Trefferzahl Null ;-)

Wer dennoch sehen möchte, was es damit auf sich hat, muss nach "propagator" suchen; Srednicki selbst sieht offensichtlich keine Notwendigkeit, über ihre Existenz zu philosophieren, er benutzt sie aber natürlich ausführlich im Rahmen der mathematischen Methoden

http://web.physics.ucsb.edu/~mark/ms-qft-DRAFT.pdf

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ysik_echt
Gast





Beitrag ysik_echt Verfasst am: 10. Feb 2015 15:03    Titel: Antworten mit Zitat

Nochmal zur Lamb-Verschiebung. Diese ist nur erklärbar, wenn man die reale Existenz von virtuellen Teilchen annimmt. Oder was glaubst du verursacht diese Verschiebung!? Kobolde sind es jedenfalls nicht.
Du bist doch auch von der realen Existenz von Elektronen oder Protonen überzeugt oder Quarks. Diese sind doch eigentlich auch nur virtuell. Sie sind Anregungen des entsprechenden Feldes.
Und das Universum besteht nicht unbedingt aus Mathematik. Du bist überzeugt, dass du etwas berechnest, das aber gar nicht existiert. Mathematik ist eine Aneignung des menschlichen Geistes im Zuge der menschlichen Evolution, womit wir die Welt erklären.
Schau mal bei Wikipedia unter Quantenfluktuationen oder Vakuumfluktuationen. Auch im Englischen. Ich nehme an, dass das auch Physiker sind, die diese Beiträge verfasst haben. Warum sollen die ausgerechnet Schmarn erzählen.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8184

Beitrag jh8979 Verfasst am: 10. Feb 2015 16:00    Titel: Antworten mit Zitat

ysik_echt hat Folgendes geschrieben:
Nochmal zur Lamb-Verschiebung. Diese ist nur erklärbar, wenn man die reale Existenz von virtuellen Teilchen annimmt.

Das ist falsch. Die Lamb-Verchiebung lässt sich in der Tat mithilfe von virtuellen Teilchen berechnen. Ich könnte aber genauso gut meine QFT numerisch auf dem Computer ausrechnen. Dort treten keine virtuellen Teilchen auf, trotzdem erhalte ich als Resultat die Lamb-Verschiebung. In welchem Sinne sind die virtuellen Teilchen also "real" und "existieren"?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 10. Feb 2015 16:26    Titel: Antworten mit Zitat

ysik_echt hat Folgendes geschrieben:
Nochmal zur Lamb-Verschiebung. Diese ist nur erklärbar, wenn man die reale Existenz von virtuellen Teilchen annimmt.

falsch

sie ist auch - aber nicht ausschließlich - berechenbar, wenn man virtuelle Teilchen ansetzt; es geht auch ohne

ysik_echt hat Folgendes geschrieben:
Oder was glaubst du verursacht diese Verschiebung!? Kobolde sind es jedenfalls nicht.

richtig ;-)

ysik_echt hat Folgendes geschrieben:
Du bist doch auch von der realen Existenz von Elektronen oder Protonen überzeugt oder Quarks.

ja

ysik_echt hat Folgendes geschrieben:
Diese sind doch eigentlich auch nur virtuell.

falsch

sie sind in einem mathematisch präzisen Sinn "real", d.h. sie entsprechen sogenannten Zustandsvektoren; virtuelle Teilchern entsprechen dagegen Propagatoren, und das ist etwas völlig anders, nämlich eine Sammlung von mathematischen Rechenregeln, wie Zustandsvektoren ineinander zu überführen sind



Mal eine andere Frage: Laut Newton ist die Gravitationskraft zweier Körper der Massen m und M mit Abstand r gegeben durch



Existiert eine Masse m? und eine Masse M?
Existiert ein Abstand r?
Existiert G?
Existiert der Bruchstrich /?

Noch eine zweite Frage: Nimm an, du hast ein radioative Zerfallsgesetz der Form



Existiert eine nicht-ganze Zahl von Teilchen?



Ich nehme übrigens populärwissenschaftliche Bücher und Wikipedia durchaus zur Kenntnis. Ich habe aber im Gegensatz zu dir auch QFT-Bücher gelesen, Vorlesungen dazu gehört, Prüfungen abgelegt und einige Jahre zu diesen Themen gearbeitet sowie Studenten betreut. Dabei ist mir aufgefallen, dass dieser ganze Kram häufig mehr verwirrt als nützt.

Offensichtlich geht es anderen Leuten auch so, z.B. eben Prof. A. Neumaier (Zitat) und S. Weinberg, der u.a. mal einen Nobelpreis bekommen hat und wohl das Standardwerk zur Quantenfeldtheorie verfasst hat:

Zitat:
States involving virtual particles cannot be created for lack of corresponding creation operators in the theory. Thus it is impossible to represent a virtual particle by means of states.

For lack of a state, virtual particles cannot have any of the usual physical characteristics such as dynamics, detection probabilities, or decay channels. Therefore talk about ''poppoing in and out of existence during very short times'', involving their probability of decay, their life-time, their creation, and their decay when taken seriously, is scientific myth, not grounded in quantum field theory. It must be understood only figuratively.
In diagram-free approaches to QFT such as lattice gauge theory, it is impossible to make sense of the notion of a virtual particle. Even in orthodox QFT one can dispense completely with the notion of a virtual particle, as Vol. 1 of the QFT book of Weinberg demonstrates. He represents the full empirical content of QFT, carefully avoiding mentioning the notion of virtual particles.


Wenn wir das also ernsthaft weiter diskutieren wollen (wozu ich durchaus Lust habe) dann doch bitte mit dem Anspruch, ernsthafte Physik zu betreiben. Dazu können wir z.B. in das von mir verlinkte Buch von Srednicki reinschauen. Sei mir nicht böse, aber Videos von Herrn Lesch sind nicht gerade physikalisch präzise; und wir sollten auf eine präzise Formulierung Wert legen, sonst bleiben wir auf diesem Niveau hängen (und dazu habe ich keine Lust).

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physik_echt
Gast





Beitrag physik_echt Verfasst am: 10. Feb 2015 17:18    Titel: Antworten mit Zitat

Wir können von mir aus gerne weiterdiskutieren (auf Wunsch von TomS in präziserer Formulierung). Doch ich muss vorwegschicken, dass ich dies nicht auf einem so hohen mathematischen Niveau machen kann, wie man es wahrscheinlich machen müsste, um es wirklich zu verstehen.
Wenn ich ein Video sehe, in dem ein scheinbar angesehener Physiker sprachlich formuliert, dass es virtuelle Teilchen real "gibt", dann "muss" ich das hinnehmen.

Vielleicht ist ein Hindernis im Verständnis für viele, dass man das Universum eigentlich nur mathematisch verstehen kann. Ich kann noch so viel sagen, dass ein elektrischer Strom induziert wird. Das nützt nichts. Die Physik ist eine präzise mathematische, numerische und quantisierte Wissenschaft.

Nehmen wir z.B. den Lamb-Shift. Man kann es berechnen, aber was verursacht es in der Realität?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 10. Feb 2015 18:11    Titel: Antworten mit Zitat

Ich versuch's mal an einem ganz einfachen Beispiel: Stell dir vor, du berechnest die Bahnen von Planeten um die Sonne; du startest für jeden Planeten mit einer exakt elliptischen Bahn, die du aus den Keplergesetzen bzw. der Newtonschen Theorie erhältst; dein Ergebnis notierst du als



n numeriert die Planeten, (0) zählt die Näherung, in der du arbeitest

Nun ist das Ergebnis offensichtlich nicht vollständig, denn die Planeten ziehen sich ja auch untereinander an. Daher wirst du eine kleine Korrektur der Bahnkurven berechnen müssen; diese nennen wir



Eine korrigierte Bahnkurve ist dann die nullte Näherung plus die Korrektur erster Ordnung



In welchem Sinne „existieren“ nun die Bahnkurven? Ich denke, tatsächlich existieren nur die exakten Bahnkurven nach unendlich vielen Näherungen, jedenfalls nicht die nullte Näherung und auch nicht die kleine Korrektur für sich alleine.

Stellen wir uns des Weiteren vor, dass wir die erste Ordnung nach einem präzisen mathematischen Verfahren X_1 aus der nullten Ordnung berechnen können, d.h.



Nun fassen wir das ganze symbolisch zusammen, d.h. wir definieren für jede Ordnung i das Rechenverfahren X_i. Als Startpunkt benutzen wird die Lösung zur Ordnung (0). Dann füttern wir unsere Verfahren X_i iterativ und erhalten zuletzt ein Ergebnis der gewünschten Ordnung. Nehmen wir an, es wäre möglich dies unendlich oft durchzuführen, dann erhalten wir das exakte Ergebnis



Was „existiert“ nun tatsächlich? Bzw. welcher mathematische Ausdruck repräsentiert die Realität? Die linke Seite der Gleichung!

Rechts dagegen steht eine Vorschrift, wie man aus den exakten Ellipsen als Näherungslösung, die so für sich nicht existieren, sowie den Verfahren X_i, die lediglich Algorithmen oder Computerprogramme sind, die exakte Lösung berechnen kann.

In der QFT geht man ähnlich vor: eine Sammlung vom Feynmandiagrammen ist letztlich die Buchhaltung für die rechte Summe; die sogenannten „freien“ Teilchen sind die exakten Ellipsen, und die „virtuellen“ Teilchen sind die mathematischen Verfahren X_i. Aber real ist das alles nicht existent, es handelt sich nur um eine Rechenmethode. Trotzdem sind die Effekte, die mittels der X_i beschrieben werden, in gewisser Weise real; sie summieren sich ja zur exakten Bahnkurve links. Aber sie sind nicht einzeln jeweils für sich real, oder?

Es gibt noch eine nette Gemeinsamkeit zwischen dem Sonnensystem und der QFT in der o.g. Näherung, der sogenannten Störungstheorie: beide sind mathematisch nicht konsistent! Man kann beweisen, dass diese Störungstheorie für das Sonnensystem nicht wirklich funktioniert; und man kann zeigen, dass in der QFT der Wert der rechten Seite, d.h der Summe gegen unendlich geht!! (das hat nichts mit den bekannten Unendlichkeiten zu tun; diese besagen, dass jedes X_i zunächst unendlich ist und dann durch einen Trick endlich wird). Die Näherung rechts ist also nur sehr eingeschränkt sinnvoll (die Physiker wissen aber ziemlich präzise, wann sie das verwenden dürfen).

Aber all das ist doch der linken Seite, d.h. der realen Bahnkurve egal!

Es gibt auch eine Freiheit, die rechte Seite zu definieren, wobei sich daraus oft Rechenvorteile ergeben; in diesen Fällen unterschieden sich die X_i, d.h. es gibt jetzt z.B. X_i und Y_i; jedes einzelne X_i funktioniert ganz anders als das Y_i, aber der Wert, den die Rechnung ausspuckt, ist wieder identisch. Warum sollten nun die X_i real sein, und nicht die Y_i?

Und last but not least gibt es andere Methoden in der QFT, die letztlich die rechte Seite völlig anders darstellen und berechnen, und in der diese X_i gar nicht mehr vorkommen. Und es gibt auch Phänomene (am bekanntesten dürfte das Quark-Confinement sein), die mittels der rechten Methode prinzipiell nicht berechenbar sind; die Methode versagt, scheitert, … der Mathematiker würde sagen, sie existiert nicht!

Aber all das ist doch der linken Seite, d.h. z.B. dem Proton egal!

Lessons learned? Die rechte Seite ist ein in vielen Fällen sehr präzises Verfahren, um zu berechnen, was in der Realität geschieht. Aber es ist ziemlich sinnlos, über die Realität der einzelnen X_i zu diskutieren. Ja, sie existieren als Algorithmus; nein, sie existieren nicht als Bahnkurve, Teilchen oder sonstwas.

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TomS
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Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 10. Feb 2015 18:21    Titel: Antworten mit Zitat

physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Wenn ich ein Video sehe, in dem ein scheinbar angesehener Physiker sprachlich formuliert, dass es virtuelle Teilchen real "gibt", dann "muss" ich das hinnehmen.

Ja, das ist sehr bedauerlich. Ein Video ist eben das falsche Format für sowas.

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physik_echt
Gast





Beitrag physik_echt Verfasst am: 11. Feb 2015 11:00    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe mir deine Antwort genau durchgelesen und finde sie ehrlich gesagt genial erklärt.
Physikalisch gesehen gibt es real existierende "Dinge" wie das Proton. Dieses kann man mathematisch berschreiben. Um dieses Quantenobjekt erklären zu können nutzt man bestimmte Mathematik, was bei dir die rechte Seite der Gleichung entspricht. Da gibt es Rechenvorschriften, um die Realität erklären zu können. Sie selbst sind aber nicht real in dem vorher genannten Sinne.

Das heißt im Klartext: Das Vakuum kann eine Wirkung haben. Auch beim Urknall hatten Quantenfluktuationen eine Wirkung. Aber nicht in dem Sinn, dass virtuelle Teilchen real existieren. Sie existieren rein mathematisch.

Doch das heißt auch: Man weiß nicht, was wirklich passiert. grübelnd
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 11. Feb 2015 12:39    Titel: Antworten mit Zitat

physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Ich habe mir deine Antwort genau durchgelesen und finde sie ehrlich gesagt genial erklärt.

Danke!

Eine Bitte an dich: zitiere doch mal die wesentlichen Stellen, die ich auch in den FAQs hinterlegen soll

physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Physikalisch gesehen gibt es real existierende "Dinge" wie das Proton. Dieses kann man mathematisch beschreiben. Um dieses Quantenobjekt erklären zu können nutzt man bestimmte Mathematik, was bei dir die rechte Seite der Gleichung entspricht. Da gibt es Rechenvorschriften, um die Realität erklären zu können. Sie selbst sind aber nicht real in dem vorher genannten Sinne.

Richtig

physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Sie selbst sind aber nicht real in dem vorher genannten Sinne.

Sie sind in einem meist eingeschränkten Kontext sinnvoll verwendbar

physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Das heißt im Klartext: Das Vakuum kann eine Wirkung haben. Auch beim Urknall hatten Quantenfluktuationen eine Wirkung. Aber nicht in dem Sinn, dass virtuelle Teilchen real existieren. Sie existieren rein mathematisch.

Auch richtig

physik_echt hat Folgendes geschrieben:
Doch das heißt auch: Man weiß nicht, was wirklich passiert.

Jein

Was meinst du mit "wirklich wissen"

Wir haben eine mathematisch formulierte Theorie; dies macht präzise, experimentell überprüfbare und letztlich "richtige" Aussagen. Beispiel Proton: wir können verschiedene, Formulierungen der QCD mathematisch präzise angeben; wir können dazu verschiedene Näherungen mit jeweils eingeschränktem Gültigkeitsbereich entwickeln; wir können bestimmte mathematische Formulierungen numerisch implementieren; wir können damit z.B. die Massen von Proton, Neutron u.a. gebundenen Zuständen der QCD sehr präzise berechnen.

Wir wissen also im Rahmen der QCD und der abgeleiteten Modelle, wie wir die Theorie „lösen“ können.

Wir können recht guten Gewissens sagen, dass dem "realen Proton" ein Quantenzustand |Proton> entspricht; letzterer ist ein ziemlich allgemeiner und universeller Begriff. Wir können jedoch keine entsprechende Aussage für die „virtuellen Teilchen“ ableiten [z.B. beschreiben die Rechnungen unter Verwendung der virtuellen Teilchen die Streuquerschnitte teilweise sehr präzise, während sie zur Berechnung der Massen nutzlos bzw. falsch sind; umgekehrt werden die Gluonen zur Berechnung der Masse exakt = ohne Näherung beschrieben, die Quarks werden jedoch extrem stark angenähert, d.h. Effekte "virtueller Quarks" werden teilweise komplett vernachlässigt; letzteres liegt daran, dass der Rechenaufwand immens hoch wäre, die Korrekturen dagegen sehr klein]. Der Begriff "Quantenzustand |Proton>" und auch andere Objekte sind also eher universell gültig, Begriffe wie "virtuelles Gluon" dagegen nur in einem ganz bestimmten Kontext sinnvoll.

Es ist also nicht so, dass man gar nichts weiß. Tatsache ist jedoch, dass alles, was man "wirklich weiß", nur die mathematische Modelle der Realität sind – wie präzise diese auch immer funktionieren mögen.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
fruor



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Beitrag fruor Verfasst am: 22. Feb 2015 01:15    Titel: Antworten mit Zitat

Ich finde den Thread sehr interessant und er hilft auch mir, über meinen kindlichen Streit (ich gegen Fernseher) und Prof. Leschs populistischen Aussagen hinwegzukommen.

Ich habe eine Frage, wahrscheinlich nicht ganz On Topic (ich habe nie mit virtuellen Teilchen gerechnet), aber sie drängt sich durchgehend auf:

Wie geht man als mathematisch begabter Quantenphysiker denn nun mit dem Auswahlaxiom um? Stimmt es daß je mehr man sich mit der Beweisführung von "realen" Existenzen und der Berechnung ihrer räumlichen Konsequenzen beschäftigt, desto eher man darauf verzichten sollte? Gibt es Ausnahmen/Abstufungen anhand der Erfahrung, oder soll man sich frühzeitig und konsequent entscheiden ob Banach-Tarski einen jetzt beeindruckt hat oder nicht?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13701

Beitrag TomS Verfasst am: 22. Feb 2015 09:27    Titel: Antworten mit Zitat

Derartige mathematische Spitzfindigkeiten sind für theoretische Physiker irrelevant
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