Warum fällt die Tasse nicht durch den Tisch

Pauli7 · Gast

...da ja Atome zum größten Teil" leer" sind.
Ich lese oft unterschiedliche Erklärungen.
Ist es die elektromagnetische Abstossung,oder das Pauli Prinzip oder beides?

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Die Tasse fällt nicht durch den Tisch, weil sich die Elektronen der Atome von Tasse und Tisch gegenseitig abstoßen = Elektromagnetismus

Jayk · Anmeldungsdatum: 22.08.2008 Beiträge: 1450

Die Standarderklärung ist auf jeden Fall die mit dem Pauli-Prinzip. Das heißt aber nicht, dass ich die Antwort auf die Frage kenne, denn ich stelle sie mir selber. Doch wie sagte Walter Thirring: "Der Erste, der gegen eine Wand gelaufen ist, hat die Quantenmechanik entdeckt". smile

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Elektromagnetismus ist es keinesfalls, da diese die Stabilität von Atomen, Molekülen und Festkörpern nicht erklären kann.

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Sorry. Dass die Frage schon beim Zusammenhalt von Tasse und Tisch ansetzt, war mir nicht klar.

Ich denke, für den Zusammenhalt von Quarks, Protonen und Neutronen ist die starke Kernkraft verantwortlich. Elektromagnetismus hält Nukleonen und Elektronen zusammen. Damit hätten wir schon mal ein Atom. Moleküle entstehen durch kovalente Bindungen - auch hier wirkt wieder Elektromagnetismus.

Im Groben beschrieben - liege ich da falsch?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Elektromagnetismus suggeriert, dass es sich um eine klassische Theorie handelt. Aber klassisch sind die Systeme nicht stabil.

Erst die Quantenmechanik (und sogar die nur teilweise) insbs. mittels Pauli-Prinzip kann die Struktur von Materie und deren Stabilität erklären.

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Soweit ich weiß hat Wolfgang Pauli seine Entdeckung unabhängig von der Quantenmechanik gemacht. Sie wurde erst später durch die QM beschrieben. Spielt aber hier auch keine Rolle.

Was den stabilen Aufbau der Materie angeht hast du natürlich Recht, wobei ohne Elektromagnetismus überhaupt keine Elektronen um den Atomkern herumschwirren würden.

Das Pauli-Prinzip erklärt daher nicht, weshalb die Tasse nicht durch den Tisch fällt, sondern nur, warum es Tasse und Tisch in dieser Form überhaupt gibt.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Die Erklärung überzeugt mich jetzt nicht. Damit will ich aber nicht sagen, dass sie falsch ist.

Meiner Auffassung nach ist das Pauli Prinzip eine detailliertere (quantemechanische) Beschreibung der klassischen Grundkraft der elektromagnetischen Wechselwirkung.

Um mich vom Gegenteil zu überzeugen, müsstest du jetzt einen detaillierteren Erklärungsversuch wagen. smile

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Ich denke, das Bild, das Atome zum größten Teil leer sind und dass deswegen etwas dort hindurchfallen könnte, ist hier das eigentliche Problem:

Dieses Bild ist - so allgemein formuliert - schlicht falsch, weil es auf rein klassischen Vorstellungen beruht. Dieses Bild würde nur dann Sinn machen, wenn man Elektronen mit Hilfe von - im Vergleich zum Atomradius - sehr kleinen Materie"kügelchen" (oder Punktteilchen) beschreiben könnte, die dadurch wechselwirkten, dass sie mit anderen solchen Kügelchen zusammenstießen.

Nun lassen sich Elektronen aber nicht mit Hilfe von klassischen Materiekügelchen beschreiben. Man braucht, um sie zu beschreiben, Wellenfunktionen, die sich meist über das gesamte Atom ausdehnen (was nun nicht heißt, dass die Elektronen selbst sich über das ganze Atom ausdehnen, aber immerhin, dass sie in diesem Bereich wechselwirken, sei es über das Pauliprinzip oder die elektromagnetische WW). Außerdem wechselwirken Elementarteilchen nicht, indem sie gemäß einer klassischen Vorstellung miteinander zusammenstoßen wie etwa Billiardkugeln aneinanderstoßen. Desweiteren folgen sie keiner klassischen Statistik (Pauliprinzip).

An dem Bild ist also so ziemlich alles falsch, was man falsch machen kann. Daher wundert mich auch, wieso dieses Bild so oft bemüht wird. Es ist eine in jeder Hinsicht unzureichende Beschreibung der Wirklichkeit.

Ob ein Atom leer erscheint oder nicht, hängt vor allem davon ab, aus welcher Sicht ich es betrachte: Aus der Sicht eines Alphateilchens ist es in der Tat so gut wie leer (bis auf den Atomkern). Ebenso aus der Sicht eines Neutrinos oder eines schnellen Elektrons. Ein entsprechend hochenergetisches Teilchen wird wahrscheinlich sogar den Atomkern als weitgehend leer wahrnehmen und ungehindert hindurchfliegen. Ein entsprechend niederenergetisches, geladenes Teilchen (gilt wohl nicht nur für Elektronen, obwohl das Pauliprinzip den Streuquerschnitt natürlich beeinflusst; ich lasse mich da aber gerne belehren, falls jemand Literatur zu entsprechenden Streuquerschnitten hat) wird hingegen ein Atom als "prall gefüllt" "wahrnehmen", wenn ich es mal so salopp formulieren darf.

Außerdem finde ich es müßig, darüber zu streiten, was nun die eigentliche Ursache dafür ist, dass die Materie sich so verhält, wie sie es tut, der Elektromagnetismus oder das Pauliprinzip. Das Pauliprinzip mag mehr für das verantwortlich sein, was wir als "Raum einnehmen" betrachten; die eletromagnetische Wechselwrikung hingegen dafür, dass wir überhaupt mit etwas wechselwirken, es also überhaupt "wahrnehmen" und damit auch als "Hindernis" wahrnehmen.

Richtig ist, dass es beides braucht, um den Aufbau der Materie und unsere Wahrnehmung der Wirklichkeit in dieser Hinsicht zu erklären.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

Ich lasse mich ja jederzeit gern eines Besseren belehren. Einfach nur zu schreiben: "Was du sagst ist falsch." ist nicht gerade sehr hilfreich.

Insofern danke an TomS, denn die Erklärung war tatsächlich hilfreich.
Wie würde es sich denn verhalten, wenn wir annehmen würden, dass Tasse und Tisch aus Neutrinos bestehen? Dass das unrealistisch ist, weiß ich auch. Dient nur dem besseren Verständnis.

Abgesehen davon bin ich Uriezzos Meinung.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Da Neutrinos keine gebundenen Zustände bilden, ist das sinnlos.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Vielleicht ein ganz einfaches Bild zur Erklärung.

Die el.-mag. WW führt zu einem "effektiven" Potential, also einer Art Potentialtopf, in dem die einzelnen Teilchen sitzen (das ist ein klassisches Bild, kann aber in einer bestimmten Näherung auch in der QM gerechtfertigt werden).

Ohne die el.-mag. WW gäbe es diesen Potentialtopf nicht, d.h. die Neutrinos sind freie Teilchen und wechselwirken extrem schwach. Zwar gilt das Pauliprinip auch für Neutrinos, es führet jedoch nicht zu makroskopisch sichtbaren Effekten.

Das Pauliprinzip führt nun dazu, dass die elektrisch geladenen Teilchen im Potentialtopf nicht alle im Grundzustand sitzen. D.h. es resultiert ein weiteres, "kurzreichweitiges und effektiv abstoßendes" Potential zwischen zwei geladenen Fermionen (das ist wieder ein klassisches Bild, kann aber ebenfalls einer bestimmten Näherung in der QM gerechtfertigt werden). Im Endeffekt entsteht dadurch die Schalen- bzw. Bandstruktur der Atome bzw. Festkörper

Peff · Anmeldungsdatum: 04.05.2014 Beiträge: 135

OK. Mir ist klar dass Neutrinos keine gebundenen Zustände bilden. Mir ging es nur um die Vorhersagen des Pauliprinzips für elektrisch ungeladene Teilchen. Hätten von mir aus auch Neutronen sein können.

Das Pauliprinzip gilt also für alle Fermionen. Aus dem Grund fällt die Tasse nicht durch den Tisch. Mit elektromagnetischer Wechselwirkung ist das nicht zu erklären.

Um die Diskussion an dieser Stelle zu beenden:

Mein Satz

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Der Prozess, der zur Bildung eines Neutronensterns führt, ist für Neutrinos sicher nicht denkbar; dazu müsste es gravitativb gebundene Systeme aus Neutrinos geben

Pauli7 · Gast

Was mich verunsichert ist,dass in dem neuen Buch von Lesch und Gaßner gesgt wird,dass beide Effekte zusammen,also auch die elektromagnetische Absotßung,eine Barriere enstehen lassen an der wir uns den Kopf stossen.

Tryte · Gast

Das Pauli-Prinzip übt seine WW doch über Photonen aus oder? Wäre es damit nicht auch die elektromagnetische WW? Oder welche Austauschbosonen wirken hier....? Fermionen "berühren" sich ja nicht grübelnd

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Tryte · Gast

Nicht mal indirekt?
Ich meine, wenn 2 Gegenstände aufeinander treffen wirken ja definitiv Kräfte, die auch definitiv über Austauschbosonen vermittelt werden (sofern wir im Standardmodell bleiben).
Wenn nun das Pauli-Prinzip für diese "Gegenkraft" verantwortlich ist, nun, dann muss irgendeine Wechselwirkung vorliegen, oder? Irgendwas muss den 2 Elektronen ja "mitteilen", dass sie sich in der selben Wellenfunktion befinden und das eben nicht dürfen...
(Ich hoffe ich begebe mich hier nicht auf zu glattes Eis Haue / Kloppe / Schläge

)

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

So ist das aber leider nicht. Gib mir etwas Zeit, ich fasse das mal zusammen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

So, ich habe einen Beitrag im FAQ-Forum geschrieben.

Nochmal zu den auftretenden Kräften: zwischen Festkörpern können anziehende und abstoßende Kräfte auftreten; im Falle von Klebstoffen treten z.B. anziehende Kräfte auf; allerdings müssten natürlich erst alle existierenden Bindungen im Festkörper aufgebrochen werden, bevor ein weiterer Körper durch diese freiwerdenden Bindungen in den ersten eindringen und sich in ihm binden könnte.

Energetisch wäre es z.B. möglich, dass ein kleiner Metallwürfel, der oben auf einer Metallplatte liegt, mit einem kleinen, gedachten (!) Metallwürfel unten in der Platte den Platz tauscht; allerdings wären auf dem Weg dahin alle Bindungen aufzubrechen und neu zu besetzen, Atomrümpfe zu verdrängen usw.; deswegen findet das nicht statt.