Virtuelle Teilchen

Fakt · Gast

Es wurde hier mehrfach erwähnt, dass es keine virtuellen Teilchen gibt.

Doch sie existieren!

Ich habe hier folgende Links, die dies verifizieren.

tinypic.com/player.php?v=2lbl640&s=5#.VL348uk5CUl

vimeo.com/45684779

PS Es gibt eine ORIGINAL-Arbeit zur Energie zeit unschärferelation, die das weiter untermauert.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Fakt · Gast

Du hast aber behauptet, dass es virtuelle Teilchen nicht im realen Sinne gibt, sodass sie Wirkungen in der realen Welt bewirken.
Schau dir doch bitte die Links an. Dort nimmt ein renommierter Physiker Stellung dazu.
Auch bei youtube unter "virtual particles".

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Fakt · Gast

Ich habe dich soweit verstanden.
Doch schau dir bitte die beiden Links an.

Hier

tinypic.com/player.php?v=2lbl640&s=5#.VL348uk5CUl

vimeo.com/45684779

Dann siehst du, dass das Nichts (Vakuum) wirklich! voller virtueller Teilchen ist.

Übrigens habe ich eben einen Artikel über Lawrence Krauss gelesen, der sagt, dass Universen, ja sogar Raum aus dem Nichts, d.h. aus virtuellen Teilchen entstehen kann.

Ich denke nicht, dass hier irgendjemand Krauss widerlegen kann, oder doch!?

Hier ist der Link
tagesspiegel.de/wissen/vor-dem-urknall-wie-kann-das-universum-aus-dem-nichts-entstehen/11179340.html

Fakt · Gast

HIER SIND WEITERE WICHTIGE LINKS!!!

Wer Interesse hat, bitte anschauen.

In einem Video nimmt Krauss selbst Stellung zu virtuellen Teilchen und dem Nichts.

.youtube.com/watch?v=V_H9y1oQ4Rg

bigthink.com/videos/lawrence-krauss-the-flavors-of-nothing-2

PS Wenn Krauss Unsinn erzählen sollte, warum wird er in der ganzen Welt als einer der renommiertesten Physiker angesehen?!

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Fakt · Gast

Guter Punkt. Dem kann ich soweit zustimmen. Jedoch sagt Krauss, dass aus den Quantenfluktuationen alias virtuellen Teilchen (Quantenmechanik plus Gravitation (ART)) sogar Raum entstehen kann. Nicht nur Teilchen.
Wenn es diese Teilchen im realen physikalischen Sinne nicht geben sollte, wie kann dann das, was Krauss sagt noch stimmen? Er bezieht sich doch gerade auf die Realität.
Wie meint das Krauss jetzt?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Fakt · Gast

Ich werde mir die Links morgen genauer anschauen.
Krauss spricht also von mathematischen Gleichungen, wenn er von virtuellen Teilchen spricht. Mathematisch sieht das dann so aus, als würden virtuelle Teilchen aus dem Vakuum entstehen. Daraus dann unter Umständen sogar dad Universum.

Fakt · Gast

Bei der Hawking Strahlung ist es dann so, dass reale Teilchen Antiteilchen Paare entstehen. Eines wird in das SL gesaugt umd verringert die Masse. Ist das richtig? Warum spricht Hawking von virtuellen Teilchen?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Fakt · Gast

Okay. Du hast mich überzeugt. Es macht schon Sinn, was du schreibst. Auch wenn es schwierig zu verstehe ist.
ich habe mir auch die Links von jh8979 angesehen, dort wird mitunter dasselbe gesagt.
Es ärgert mich, dass Physiker wie Lawrence Krauss und Stephen Hawking eine solch ungenaue Sprache verwenden. Sie wissen doch, worum es geht.

Es ist doch auch so, dass man beispielsweise zwei Elektronen, die sich auf einander zu bewegen und diese sich aufgrund ihrer gleichnamig elektrischen Ladung abstoßen ebenfalls durch den Austausch eines virtuellen Partikels beschreibt. In diesem Fall wohl ein virtuelles Photon. Das sieht dann in einem Feynman Diagramm aus wie eine schlängelnde Linie. Diese läuft zusammen in einem Vertex, glaube ich. Dabei hat dieses virtuelle Photon aber keine physikalische Existenz. Aber mithilfe diese Mathematik kann man die Wirklichkeit recht genau beschreiben.

Fakt · Gast

Ist es richtig, was ich oben drüber schreibe?
Kannst du mir noch etwas mehr zu Feynman-Diagrammen und virtuellen Teilchen sagen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Ich werde demnächst mal einen Beitrag verfassen, in dem ich Hawking's Rechnung kommentiere, ohne zu viel hineinzuinterpretieren. Wäre schön, wenn du den bzgl. Verständlichkeit kommentieren könntest.

Fakt · Gast

Mache ich. Bin schon gespannt.

Cosmo · Gast

Es ist schon interessant, dass etwas das "nicht existieren soll" den Hauptbeitrag zum Protonenspin liefert.
Früher glaubte man, dass nur die Quarks zum Protonenspin beitragen, später wurden dann die "Gluonen" als Hauptverdächtige ausgemacht (Spinkrise:Quarks tragen höchstens ein Drittel bei) - wohlgemerkt sollen "Bahndrehimpulse" eine Hauptrolle spielen - schon eigenartig.

(Spinkrise nachgoogeln)

Schon Einstein sagte: die Welt ist eins
(man lese sich seine Rede in Leiden von 1920 durch)

Etwas, was im Raumzeitkontinuum Wirkung zeigt (selbst wenn es nicht "sichtbar" ist) ist durchaus existent!
Das man dieses "Etwas" als virtuelles Teilchen bezeichnet, halte ich auch für irreführend. Nihil de nihile est - von nix kommt nix! Mathematische Modelle machen dieses "Etwas" nicht einfach "nicht existent" - nur mal ein bisschen logisch denken :-)
MfG

Fakt · Gast

@TomS
Kennst du Links, die einem Laien die Feynman-Diagramme unter Berücksichtigung virtueller Teilchen näher bringt?
Ich meine damit Erklärungen zu inneren Linien, äußeren Linien, Propagatoren Vertices usw.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Fakt · Gast

Danke für den Link.

Also zunächst mal sind Feynman-Diagramme bildlich dargestellte, ziemlich komplizierte Mathematik. Es geht da um Lagrange-Dichten.
Dann gibt es die äußeren Linien, die realen Teilchen entsprechen und es gibt die inneren Linien, die man als Propagatoren bezeichnet. Der Ausdruck stammt wieder aus der Mathematik.
Die äußeren Linien treffen sich in einem Vertex (Wechsewirkungspunkt). Und von da aus geht eine innere Linie, die ein virtuelles Teilchen darstellt. Für dieses gilt aber nicht die Energie-Impuls-Beziehung. Virtuelle Teilchen verletzen also die korrekte Beziehung zwischen Energie und Impuls. Sie verletzen aber nicht die Energie- und Impulserhaltung – im Gegenteil: Sie sind ja gerade deshalb “off-shell”, damit sie die Erhaltungssätze korrekt erfüllen können.

Ist das korrekt, was schreibe?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Fakt · Gast

Ich habe mal in das Buch von Krauss hineingelesen. Er sagt wirklich, dass Raum und vielleicht auch Zeit aus dem Nichts entstehen können. Jetzt weiß ich ja, das virtuelle Teilchen nur in Feynman Diagrammen auftauchen
Aber wie ist es real physikalisch?
Im Nichts muss doch etwas vorgehen, sodass ein Universum daraus entstehen kann.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Schwierig zu sagen, was er genau meint:
- ich habe sein Buch nicht gelesen
- wir haben noch keine präzise ausformulierte Theorie der Quantengravitation
- in dem Umfeld gibt es diverse Ansätze; auf welchen bezieht er sich?

Vielleicht fange ich mal an, mit der Unschärfenrelation in einem wohlbekannten Umfeld zu argumentieren.

Zunächst: Nichts ist ein unpräziser Begriff, der allenfalls in einem populärwissenschaftlichen Kontext angebracht ist; und auch da könnte man präziser sein. Man könnte von Vakuum sprechen, wobei das allenfalls für Teilchenphysiker ein vernünftiger Begriff ist (auch die gibt es Mehrdeutigkeiten). Am besten sprechen wir von Grundzustand bzgl. des Hamiltonoperators, d.h. des Zustandes mit der geringstmöglichem Energie eines bestimmten Systems.

Betrachten wir als Beispiel das Wasserstoffatom: hier wird nur das Elektron als Quantenobjekt betrachtet, das Proton wird einfach mittels eines klassischen elektromagnetischen Feldes modelliert. Das Elektron hat einen niedrigsten Zustand, den sogenannten Grundzustand. In diesem Grundzustand liegt für das Elektron eine gewisse Ortsunschärfe vor, die ca. von der Größenordnung des "klassischen Radius" R des Wasserstofatoms ist (kann man exakt ausrechnen, brauchen wir hier aber nicht).

Nun folgt aus der Heisenbergschen Unschärfenrelation ungefähr

durch Umformen und Einsetzen

Die Impulsunschärfe ist definiert als

In der Wurzel stehen die Erwartungswerte für das Impulsquadrat sowie das Quadrat des Erwartungswertes des Impulses. Das ist letztlich die in der Statistik vewendete Definition für eine Streuung, also die Unsicherheit einer Messgröße, hier des Impulses p.

Der Erwartungswert des Impulses ist im Grundzustand des Wasserstoffatoms sicher exakt Null. Der Grund ist die Kugelsymmetrie des Grundzustandes; alle Bewegungsrichtungen sind gleichberechtigt, daher mitteln sie sich sozusagen exakt weg. Damit folgt für die Impulsunschärfe

Nun beachten wir noch, dass sich die kinetische Energie mittels des Impulses schreiben lässt als

und damit wiederum für das Quadrat des Impulses gilt

Eingesetzt in die obige Gleichung

gilt dann

Das Ergebnis ist spannend. Wir betrachten hier den Grundzustand unseres Systems. Dabei haben wir einen Ortsoperator, sozusagen ein mathematisches Werkzeug, um die Abmessung unseres "Quantenobjektes" zu berechnen; dafür erhalten wir die Größenordnung R. Dann habe. Wir einen Impulsoperator bzw. einen Operator für die kinetische Energie, der es uns ermöglicht, die typische kinetische Energie des Elektrons zu berechnen. Die erstaunliche Beobachtung folgt aus der Kombination der beiden folgenden Formeln:

Die erste Gleichung besagt, dass der Mittelwert bei einer Impulsmessung am Elektron exakt Null ist. Die zweite Formel besagt, dass das Elektron trotzdem eine gewisse kinetische Energie hat, also nicht absolut in Ruhe sein kann.

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Eine ähnliche Betrachtung funktioniert für viele Beobachtungsgrößen in der Quantenmechanik sowie in der Quantenfeldtheorie. Z.B. kann man den Grundzustand dadurch definieren, dass der Erwartungswert des Teilchenzahloperators N, also des Operators, der die Anzahl der Teilchen in einem bestimmten Zustand zählt, exakt Null ist

Nun kann man andere Operatoren betrachten, z.B. wieder den Operator für die kinetische Energie, und man stellt fest, dass dessen Erwartungswert nicht verschwindet. D.h. salopp gesprochen, "obwohl im Grundzustand kein Teilchen vorliegt, trägt dieser Zustand kinetische Energie; es ist nichts da, aber es bewegt sich etwas".

Häufig bezeichnet man dies als Effekt der "Vakuumfluktuationen". Das Vakuum ist sozusagen nicht wirklich "leer". Ich halte das aber für keine vernünftige Aussage, denn es gibt eine einzige präzise Definition für "Vakuum", nämlich über den Operator N, und bzgl. dieser Definition ist es tatsächlich leer. Sagen wir besser, der Grundzustand hat eine ganze Reihe von Eigenschaften, und einige davon verschwinden eben nicht, d.h. der Grundzustand ist zwar der mit der niedrigsten Energie, oder der mit Teilchenzahl Null, aber eben mit anderen, nicht-trivialen Eigenschaften.

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Ohne nun genau zu wissen was Krauss genau meint, kann ich zumindest folgendes sagen: es gibt Formulierungen zur Quantengravitation, in denen man ein ähnliches Spiel mit anderen Operatoren treiben kann. Insbs. kann man geometrische Operatoren konstruieren, die sozusagen Flächen und Volumina sowie davon abgeleitet Größen "messen". Und da gibt es abgeleitete Größen wie oben die kinetische Energie, die im Grundzustand ebenfalls auf nicht-triviale Eigenschaften hinweisen. Salopp gesprochen läge ein Zustand vor, in dem z.B. das Volumen eine nicht-verschwindende Unschärfe aufweist.

Damit haben wir nun noch keine Erzeugung von Etwas aus Nichts, aber zumindest eine grobe Idee, welche Konzepte in der moderne Physik diskutiert werden, um die Eigenschaften des Grundzustandes der Quantengravitation sowie der "Entstehung von Volumen" zu diskutieren.