Vakuumenergie Casimir Effekt

SiegfriedT. · Gast

Meine Frage:
Hey Leuts. Ich stehe total auf dem Schlauch. Ich versuche zu verstehen, wie der Casimir Effekt funktioniert. Aufgrund von virtuellen Teilchen aus dem Vakuum. Jetzt habe ich irgendwo im Board gelesen, dass das überhaupt nicht stimmt. Was stimmt jetzt?

Meine Ideen:
Vakuumenergie und die Entstehung von Teilchen aus dem Vakuum wird doch so gut in jeder Physik Sendung postuliert. Auch von angesehen Physikern.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Der Punkt ist, dass virtuelle Teilchen eine Rechenmethode sind, und im Gegensatz zu realen Teilchen keine physikalische Realität besitzen.

Es ist für Physiker meist einfacher mit virtuellen Teilchen zu argumentieren, da es anschaulicher ist/die sehr abstrakte Rechnung anschaulich macht. Aber das bedeutet nicht, dass diese virtuellen Teilchen wirklich existieren.

SiegfriedT · Gast

Bedeutet das, dass auch aus dem Vakuum keine Teilchen spontan entstehen? Der Physiker Lawrence Krauss hat in seinem neuesten Buch unmissverständlich gesagt, dass Teilchen sowie Raum spontan aus dem Vakuum oder Nichts entstehen kann.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

SiegfriedT · Gast

Ok verstanden. Ich weiß nicht, ob du Krauss gelesen hast. Ist denn die Aussage von Krauss richtig, dass es prinzipiell möglich ist, dass Teilchen und sogar der Raum selbst aus dem Nichts entstehen können?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Teilchen können nicht aus dem Nichts entstehen, das verbietet der Energieerhaltungssatz. Bzgl. Raum ist die Frage wesentlich komplizierter und heute sicher noch nicht umfassend verstanden (möglich ist es durchaus).

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Nein, ich habe Lawrences Bücher nicht gelesen... aber ich nehme einfach mal an, dass er im Sinne der Vereinfachung etwas Richtiges verkürzt ausgedrückt hat, was dann vllt nicht 100%ig korrekt sein könnte wenn man es auf die Goldwaage legt. Er ist ja ein kluger Kopf.

SiegfriedT · Gast

Da stimme ich dir zu. Lawrence Krauss sagt, wenn ich es richtig wiedergebe in seinem Buch: es besteht die Möglichkeit, dass Teilchen und am wichtigsten der Raum aus dem Nichts entstehen können. Er sagt, dass auf diese weise das Universum aus dem Nichts entstehen kann. Einfach so, sozusagen.

Stimmst ihr zwei Krauss da zu. Ich meine, Krauss ist dich ein Experte auf seinem Gebiet.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

SiegfriedT · Gast

Ich muss nochmal nachhacken. Es kann doch nicht sein, dass Krauss ein komplett falsches Buch schreibt. Das Universum kann aus dem absoluten Nichts entstehen. Er definiert sogar mehrere Arten des Nichts. Krauss kann sich doch nicht derart irren.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

SiegfriedT · Gast

Guten Morgen, gestern Abend war es ja spät Augenzwinkern

Ich nehme an, dass du Physiker bist und dich mit der Materie im sprichwörtlichen Sinn auskennst. Augenzwinkern

Wie würdest du mir denn die Entstehung des Universums 100% korrekt erklären? Ich nehme mal an, dass du mir sagen möchtest, dass die Annahme, dass das Universum aus dem Nichts entstanden ist, notwendigerweise fehleranfällig ist, vielleicht ist diese Aussage prinzipiell nicht falsifizierbar. Erst die Planck Zeit definiert den ersten Zeitpunkt nach dem Urknall, nachdem überhaupt physikalische Aussagen gültig und sinnvoll sind.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Der Punkt ist, dass es heute einige vielversprechende Ansätze gibt, wie eine Theorie der Quantengravitation die Entstehung des Universums und den Urknall (der dann anders geartet wäre) erklären könnte. Dabei gibt es auch das deSitter-Instanton (Hawking et al.) das einem Universum aus dem Nichts wohl am näherten kommt.

Aber! Keiner dieser Ansätze darf heute für sich in Anspruch nehmen, eine vollständige und abgeschlossene Theorie darzustellen. Jeder dieser Ansätze ist noch lückenhaft. Viele Ansätze widersprechen sich (die Branenkosmologie, entstanden aus der Stringtheorie und das ekpyrotische Modell sagen etwas völlig anderes als z.B. die LQC). Kein Ansatz ist heute testbar.

Also ja, es gibt dazu Ideen, Modelle usw. Aber nein, behaupten, dass man das wüsste, sollte besser niemand!

SiegfriedT · Gast

Kannst du mir das mit dem deSitter-Instanton näher erklären? Ich habe sowas mal bei Hawking gelesen, habe mich aber nicht näher damit beschäftigt. Was ist ein Instanton und warum kann daraus ein Universum entstehen, aus dem Nichts?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Gerne, aber ich muss erst mal ein paar Arbeiten dazu lesen; auswendig weiß ich das nicht (und überhaupt scheint es um diesen Ansatz ziemlich still geworden zu sein ...)

SiegfriedT · Gast

Super. Ich warte dann, was du schreibst.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Im no-boundary proposal betrachten Hawking et al. zunächst die "Wellenfunktion des Universums". Diese beschreibt nicht ein Universum, sondern einen Quantenzustand, zu dem alle prinzipiell mathematisch möglichen (überabzählbar unendlich viele) Universen mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeitsamplitude beitragen. Ein Universum entspricht dabei einer (durch eine Metrik spezifizierte) vierdimensionale Raumzeitgeometrie. Die Wellenfunktion entspricht einer Superposition.

Eine exakte Lösung ist weit jenseits unserer heutigen mathematischen Möglichkeiten, deshalb werden folgende Näherungen eingeführt:
- kugelsymmetrische Geometrien
- semi-klassische Näherung

Letzteres bedeutet, dass zur Wellenfunktion hauptsächlich klassisch erlaubte Geometrien = Lösungen der Einstein-Gleichungen beitragen (während Geometrien, die diese Gleichungen nicht lösen nur "kleine" Beiträge leisten).

Eine besondere Klasse von Lösungen sind sogenannte Instantonen. Ein Instanton entspricht einem quantenmechanischen Tunnelprozess, in dem sozusagen aus dem Nichts eine klassische deSitter-Geometrie entsteht. Diese entspricht einem homogenen und isotropen, leeren Universum mit Inflation oder kosmologischer Konstante. Der Tunnelprozess findet dabei in einer "imaginären Zeit" statt, wobei dies letztlich ein Kunstgriff ist, die den Urknall selbst eliminiert.

Die Behauptung von Hawking et al. ist, dass diese no-boundary Lösungen in gewisser Weise die Wellenfunktion dominieren und damit die klassische Geometrie unter Eliminierung des Urknalls erklären. Ich persönlich kann nicht einschätzen, wie verlässlich diese Behauptungen sind.

Zunächst ein sehr umfassendes Paper, in dem das no-boundary proposal sowie die imaginäre Zeit in Kapitel 3 eingeführt wird:

http://arxiv.org/pdf/hep-th/9409195v1.pdf

Dann ein sehr mathematisches Paper sowie eine Präsentation mit einer Skizze der no-boundary Geometrie auf Folie 12:

http://arxiv.org/pdf/0803.1663v1.pdf
http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/workshops/VEU/2007/presentations/181207/VEU_jhartle.pdf

Hallodry · Gast

Hoi, Krauss meint nicht "nichts", sondern er meint die Vakuumenergie des Universums und wie aus Quantenfluktuationen die irgendwann bei dem Beginn des Universums entstanden sind, die heutigen Strukturen im Universum entstanden sind. Bildlich, die Quantenfluktionen sind der "Samen" der Galaxien die man heutzutage im Universum sieht. Und soweit ich weiß wird bei dem Casimir Effekt eben der effekt der virtuellen Teilchen gemessen.

Hallodry · Gast

Zum Instanton kann ich nur Wikipedia zitieren "... it is a solution to the equations of motion of the classical field theory on a Euclidean spacetime." . Da musst du wahrscheinlich erst viel mathematische Physik studieren Augenzwinkern

yang mills theorie ect.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Hallodry · Gast

Das ist kein anderes Thema. So meint das Krauss. Es sagt auch das es keinen Sinn macht vom nichts als "non-being" zu sprechen, weil wir nie wissen werden ob so ein wirkliches nichts existiert. Von daher macht nur die Vakuumenergie als definition von nichts, Sinn. Er wurde aber auch schon ziemlich kritisiert was diese Definition angeht.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Leider ist das ohne Kenntnis des Buches unverständlich.

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Hallodry · Gast

Ja, aber Krauss setzt Vakuumfluktuationen gleich mit "dem nichts" man. Ich hab so ziemlich jedes Video von Krauss mit oder über ihn auf youtube gesehen.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Hallodry · Gast

DOCH

Nee quatsch, stimmt schon Augenzwinkern

sry