Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

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Agent Scullie
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#41 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Agent Scullie » Do 29. Sep 2016, 15:22

So, ich habe mich mal direkt in diesem Forum angemeldet, um nicht immer Halman als Übermittler missbrauchen zu müssen ;)

Pluto hat geschrieben:Ja. Allerdings gibt er am Ende seines sehr professionellen Textes, gewisse Zweifel zu.
Ich zitiere aus Seite 43 der PDF-Datei: [...]
Genau die letztere Erklärung fehlt!
Das alles bestätigt nur meinen Verdacht, dass hier das letzte Wort noch nicht gefallen ist, und es vielleicht noch weiterer empirischer Forschung bedarf, bevor wir sagen können, was richtig ist: Die Feldtheoretiker mit ihrer These oder diejenigen Experten die die Theorie der virtueller Teilchen unterstützen.
Deine Argumentation klingt so, als würdest du davon ausgehen, dass es hier um zwei konkurrierende Theorien ginge, nämlich die QFT, wie sie von mir und den von mir zitierten Quellen dargestellt wird, auf der einen Seite, und eine von dir "Theorie der virtuellen Teilchen" genannte Alternativtheorie auf der anderen. Dem ist aber nicht so. Wenn ein Physiker davon spricht, dass im Vakuumzustand virtuelle Teilchen auftreten würden, da heißt das nicht, dass er eine Alternativtheorie zur QFT vertritt, sondern vielmehr, dass er der Ansicht ist, es sei in einem populärwissenschaftlichen Rahmen vertretbar, den Vakuumzustand, wie er von der QFT beschrieben wird, so darzustellen, als wenn da virtuelle Teilchen beteiligt wären. Dass eine solche Darstellung also eine im populärwissenschaftlichen Bereich annehmbare Ungenauigkeit sei.

Wenn man jedoch ernsthaft über Physik diskutieren will - und das soll, soweit ich das mitbekommen habe, hier doch offenbar der Fall sein - dann ist so eine "Ungenauigkeit" sicherlich nicht mehr akzeptabel.

Dass der unendliche Wert für die Vakuumenergie als Unzulänglichkeit der QFT betrachtet werden kann, ist natürlich richtig, und es wäre denkbar, dass in einer noch zu entdeckenden neuen Physik herauskommen könnte, dass im Vakuumzustand tatsächlich ständig virtuelle Teilchen entstehen (auch wenn es eher unwahrscheinlich wäre, dass eine neue Physik in diese Richtung gehen würde). Wenn aber heutzutage ein Physiker den Vakuumzustand mit virtuellen Teilchen erklärt, dann tut er das nicht deswegen, weil er eine solche neue Physik im Sinn hat, sondern weil er das als populärwissenschaftliche Darstellung der QFT für akzeptabel hält.
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#42 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Agent Scullie » Do 29. Sep 2016, 15:37

Pluto hat geschrieben:Eine interessante fachliche Meinung.
Aber das ändert nichts an meiner Aussage, dass viele (die Mehrheit?) der Physiker die Fluktuationen mit virtuellen Teilchen erklären.
Sind die denn alle blöd?
Nein, die sind nur der Meinung, die meisten Nicht-Physiker seien blöd ;)

Ernsthaft: die meisten sich mit der QFT beschäftigenden Physiker sind der Meinung, die Mehrzahl der Laien würden eine korrektere Darstellung der QFT nicht verstehen, und greifen daher auf so eine Darstellung mit virtuellen Teilchen zurück, in der Annahme, darunter würde sich der durchschnittliche Laie noch am ehesten etwas vorstellen können.

Und Stephen Hawking argumentiert in "Das Universum in der Nussschale" damit, dass er ja Positivist sei und für ihn der Unterschied daher eh nicht so besonders groß sei.

Wenn du dir mal die Mühe machen würdest, von einem Physiker deiner Wahl eine Fachpublikation zu lesen statt nur populärwissenschaftlicher Artikel, würdest du ziemlich bald merken, dass deine Aussage unhaltbar wird.
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#43 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Agent Scullie » Do 29. Sep 2016, 15:43

Pluto hat geschrieben:.
Halman hat geschrieben:Wer hat nun recht: Agent Scullie oder Pluto?
Ich vermute Beide. :mrgreen:
Es sind unterschiedliche Sichten auf das Problem. Virtuelle Teilchen veranschaulichen die Mathematik.
Soweit es Wechselwirkungsprozesse anbetrifft, die mit den Mitteln der S-Matrix-Theorie beschrieben werden, tun virtuelle Teilchen das tatsächlich. Ganz anders jedoch beim Vakuumzustand: da "veranschaulichen" sie nur die Überzeugung des jeweiligen Autors, der (als Laie angenommene) Leser würde etwas anderes nicht verstehen.

Die den Vakuumzustand betreffende Mathematik der QFT kann man mit fluktuierenden elektrischen Feldstärken und der Analogie zum harmonischen Oszillator veranschaulichen, aber sicher nicht durch virtuelle Teilchen.
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#44 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Agent Scullie » Do 29. Sep 2016, 15:50

Pluto hat geschrieben:
Halman hat geschrieben:Um zu den virtuellen Teilchen zurückzukommen. Inzwischen habe ich eine Reaktion im SciFi-Forum erhalten. Ich soll Dir folgende Fragen stellen:
Angeommen, das mit den virtuellen Teilchenpaaren bei Vakuumfluktuationen würde stimmen, müsste es dann nicht möglich sein, auszurechnen, wie viele solcher Teichenpaare etwa pro Zeit- und Volumeneinheit entstehen? Wie würde so eine Berechnung ungefähr aussehen?
Meine Antwort an das Sci-Fi Forum: Man kann sie nicht berechnen.
Genauso wenig kann man die Zahl der Sandkörner an den Stränden der Meere berechnen. Aber es gibt sie trotzdem.
Für die Zahl der Sandkörner an den Stränden gilt jedoch, dass es kein Naturgesetz gibt, wonach überall im Universum Sandkörner vorhanden sein müssen. Sehr wohl gibt es aber ein Naturgesetz, demzufolge überall im Raum Vakuumfluktuationen vorhanden sein müssen. Würde aus diesem Gesetz nun folgen, dass bei solchen Vakuumfluktuationen ständig virtuelle Teilchen entstehen müssten, so sollte aus diesem Gesetz auch eine Rechenmethode ableitbar sein, die es erlauben würde, die mittlere Zahl der virtuellen Teilchen in einem gegebenen Raumvolumen zu berechnen.

Zum Vergleich: die in meinem PDF-Dokument beschriebenen Rechenmethoden erlauben auch, für eine Mode des elektromagnetischen Feldes die Amplitude der Vakuumfluktuationen des elektrischen Feldes und die Energie im Vakuumzustand zu berechnen, auch wenn da über alle Moden summiert ein unendlicher Wert herauskommt.
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#45 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Agent Scullie » Do 29. Sep 2016, 16:06

Pluto hat geschrieben:Wie erklärt dieser "man| die Haking-Strahlung eines Schwarzen Lochs? Ohne virtuelle Teilchen, die zu realen Teilchen werden, kann man nicht erklären warum ein SL Materie verliert.
Oh doch, das kann man. Das kann man sogar sehr gut. Salopp formuliert wird durch das Gravitationsfeld des schwarzen Loches der Vakuumzustand in der näheren Umgebung modifiziert. Die zugehörige Rechnung ist etwas komplizierter, man betrachtet dazu zwei asymptotisch flache Regionen der Raumzeit, eine links vom schwarzen Loch in der fernen Vergangenheit, die andere rechts vom schwarzen Loch in der fernen Zukunft, und es kommt heraus, dass die Energieeigenzustände in der zweiten Region durch eine Bugoliubov-Transformation aus den Energieeigenzuständen der ersten Region hervorgehen, was u.a. dazu führt, dass der Vakuumzustand der ersten Region nicht mit dem Vakuumzustand der zweiten Region übereinstimmt.

Vor Jahren gab es zu mal einen Artikel von einem Markus Pössel, der aber irgendwie nicht mehr online verfügbar ist. Ich gucke mal, dass ich den Herrn Pössel mal frage, ob ich den Artikel selbst online stellen darf.

In abgekürzter Form wird das auch hier erläutert:

https://www.wissenschaft-online.de/astr ... t_h02.html

in den Abschnitten "Was tat Hawking genau?" und "...und in der mathematisch-physikalischen Sprechweise?".

Im Abschnitt "Alles klar! Jetzt bitte mal für Menschen wie Du und ich" wird aber leider zusätzlich wieder die virtuelle Teilchengeschichte aufgeführt, so dass man da als Unkundiger leicht was durcheinander bringen könnte. Immerhin lässt der Titel bereits erahnen, dass dies die populärwissenschaftliche Version ist, die sich an Laien richtet.
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ThomasM
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#46 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von ThomasM » Do 29. Sep 2016, 17:05

Agent Scullie hat geschrieben:So, ich habe mich mal direkt in diesem Forum angemeldet, um nicht immer Halman als Übermittler missbrauchen zu müssen ;)
Hallo Scullie
Willkommen im Forum und danke für deine Beiträge. Arbeitest du noch aktiv in der Physik? Bei mir ist das Ganze nun schon 20 Jahre her.

Gruß
Thomas
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#47 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Pluto » Do 29. Sep 2016, 17:22

Agent Scullie hat geschrieben:Deine Argumentation klingt so, als würdest du davon ausgehen, dass es hier um zwei konkurrierende Theorien ginge, nämlich die QFT, wie sie von mir und den von mir zitierten Quellen dargestellt wird, auf der einen Seite, und eine von dir "Theorie der virtuellen Teilchen" genannte Alternativtheorie auf der anderen. Dem ist aber nicht so. Wenn ein Physiker davon spricht, dass im Vakuumzustand virtuelle Teilchen auftreten würden, da heißt das nicht, dass er eine Alternativtheorie zur QFT vertritt, sondern vielmehr, dass er der Ansicht ist, es sei in einem populärwissenschaftlichen Rahmen vertretbar, den Vakuumzustand, wie er von der QFT beschrieben wird, so darzustellen, als wenn da virtuelle Teilchen beteiligt wären. Dass eine solche Darstellung also eine im populärwissenschaftlichen Bereich annehmbare Ungenauigkeit sei.

Wenn man jedoch ernsthaft über Physik diskutieren will - und das soll, soweit ich das mitbekommen habe, hier doch offenbar der Fall sein - dann ist so eine "Ungenauigkeit" sicherlich nicht mehr akzeptabel.
Hallo!
Ich habe schon so viel sehr Positives über dich von Halman gehört (dass man sehr viel von dir lernen kann), dass es mich ganz besonders freut, dich hier in persona zu lesen. :D

Doch zum Thema...

Nicht mehr akzeptabel...
klingt nach einer ziemlich harten Abkanzelung einer These die immerhin in offiziellen Lehrbüchern der Physik enthalten ist.

Agent Scullie hat geschrieben:Dass der unendliche Wert für die Vakuumenergie als Unzulänglichkeit der QFT betrachtet werden kann, ist natürlich richtig...
Stimmt! Unendlichkeiten sind immer suspekt. :D

Agent Scullie hat geschrieben:..und es wäre denkbar, dass in einer noch zu entdeckenden neuen Physik herauskommen könnte, dass im Vakuumzustand tatsächlich ständig virtuelle Teilchen entstehen (auch wenn es eher unwahrscheinlich wäre, dass eine neue Physik in diese Richtung gehen würde). Wenn aber heutzutage ein Physiker den Vakuumzustand mit virtuellen Teilchen erklärt, dann tut er das nicht deswegen, weil er eine solche neue Physik im Sinn hat, sondern weil er das als populärwissenschaftliche Darstellung der QFT für akzeptabel hält.
Ich anerkenne dein höheres Fachwissen (bin Chemiker und nicht Physiker). Doch ganz so abwegig kann die Teilchenhypothese nicht sein, wenn sie in Physik-Lehrbüchern beschrieben wird.
Der Naturalist sagt nichts Abschließendes darüber, was in der Welt ist.

Pluto
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#48 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Pluto » Do 29. Sep 2016, 17:43

Agent Scullie hat geschrieben:In abgekürzter Form wird das auch hier erläutert:

https://www.wissenschaft-online.de/astr ... t_h02.html

in den Abschnitten "Was tat Hawking genau?" und "...und in der mathematisch-physikalischen Sprechweise?".

Im Abschnitt "Alles klar! Jetzt bitte mal für Menschen wie Du und ich" wird aber leider zusätzlich wieder die virtuelle Teilchengeschichte aufgeführt, so dass man da als Unkundiger leicht was durcheinander bringen könnte. Immerhin lässt der Titel bereits erahnen, dass dies die populärwissenschaftliche Version ist, die sich an Laien richtet.
In dem von dir verlinkten Artikel steht u.a. unter der Überschrift "Hawking-Strahlung" folgendes...
Nach dieser abstrakten Erklärung folgen nun zwei anschauliche Interpretationsmöglichkeiten, die einander äquivalent sind: Die erste lehnt sich an das oben beschriebene quantenfeldtheoretische Konzept eines Quantenvakuums an. Die zweite ist eher klassischer Natur und nutzt die Konzepte der Thermodynamik.
Das sind zwei diskrete Interpretationen der Hawking-Strahlung. Da diese bisher empirisch nicht nachgewiesen worden ist, bleiben beide Interpretationen reine Hypothesen. Bei der Teilchen Variante besteht die Strahlung nicht aus virtuellen Teilchen; diese müssten in dem Moment wo sie den Ereignishorzont verlassen, real werden (sonst gäbs ja keine Strahlung).

Ob die theoretisch vorhergesagte Strahlung nun Teilchen enthält oder nicht, ist also nicht eindeutig geklärt. Für mich sind Beides gleichwertige Hyopothesen, die die Hawking-Strahlung zu erklären vermögen.

Betrachtet man nun die neusten Entwicklungen auf diesem Gebiet, so darf man die postulierte "Feuerwand" um ein S/L nicht außer Acht lassen. Hier wird diese vom Astrophysiker und MIT-Profeessor Sean Carroll in einem Vortrag in den ehrwürdigen Hallen des Faraday-Instituts der Royal Society in London, erklärt (ab ca. Minute: 30).



Carroll spricht hier von der Entstehung virtueller Teilchen am Ereignis-Horizont schwarzer Löcher. Er sagt auch wenig später "This is one way of looking at Hawking radiation", und räumt damit ein, dass auch alternative Betrachtungen (Interpretationen) möglich sind.
Eine davon ist sicher die thermondynamische Betrachtung, wie du sie vorgetragen hast.

Meiner Meinung nach sind also die Teilchen- und die Thermodynamische-Interpretation die du favorisierst, einfach unterschiedliche Betrachtungen von ein und demselben postulierten Phänomens am Ereignishorizont schwarzer Löcher, und daher gleichwertige Theorien (Hypothesen).

Welche Interpretation nun die Richtige ist, werden wir meines Erachtens erst wissen, wenn wir weitere Daten gesammelt haben die es uns erlauben zu sagen, so-und-so ist es. Bis dahin bleiben beide Alternativen interessant. Eindeutig ist zurzeit auch hier nichts.
Der Naturalist sagt nichts Abschließendes darüber, was in der Welt ist.

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#49 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Halman » Do 29. Sep 2016, 20:44

Um an das Thread-Thema anzuknüpfen und zugleich an die aktuelle Diskussion über virtuelle Teilchen, verweise ich auf meinen Beitrag vom Di 22. Dez 2015, 23:04, indem ich aus einer Buchbesprechung zu dem Buch "Das Universum aus dem Nichts" zitierte (leider steht die Buchbesprechung im Internet nicht mehr zur Verfügung, so dass uns lediglich meine Zitate bleiben). Offenbar sind virtuelle Teilchen i.V.m. Vakuumfluktutationen ebenso unsterblich sind wie der innere Schweinehund.
Der Kosmologe und Harvard-Physiker Prof. Lawrence Maxwell Krauss geift jedenfalls auf diese populärwissenschaftliche Beschreibung zurück, wie in seinem Kapitel Das Nichts ist instabil deutlich wird. Darin spricht er von "brodelnes Gebräu virtueller Teilchen, die in so kurzer Zeit entstehen und wieder vergehen, dass wir sie nicht direkt beobachten können."
Ein Zitat aus der oben erwähnten Buchbesprechung unterstreicht diese Darstellung:
### Kapitel 10 "Das Nichts ist instabil" Hier geht es um unsere "Schöpfung", aber im wissenschaftlichen Sinne:
Das "Nichts" ist ein Raum, ein leerer Raum - und im leeren Raum gibt es die Energie des leeren Raums mit den sogenannten virtuellen Teilchen und die Gesetze der Physik. Diese Teilchen aber bleiben für uns "unsichtbar" bzw nicht direkt beobachtbar, da sie so schnell entstehen und wieder vergehen - darum wird auch gesagt, dass das "Nichts" instabil ist - sprich es kann sich jederzeit etwas bilden, etwas entstehen - aus solch einem "Entstehen", solch einem "Augenblick" sind auch wir bzw unser bekanntes Universum hervorgegangen - wir sind also etwas aus dem "Nichts".
Mag sein, dass Krauss der Meinung ist, dass diese Erklärung für seinen Leserkreis verständlich und überzeugend ist, doch mich überzeugt sie nicht, da sie mit einem meiner Meinung nach falschen Bild, nämlich den von virtuellen Teilchenpaaren bei Vakuumfluktuationen, argumentiert.
Tja, ein Proton müsste man sein: Dann würde man die Quantenphysik verstehen, wäre immer positiv drauf und hätte eine nahezu unendliche Lebenszeit:-) - Silvia Arroyo Camejo

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#50 Re: Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

Beitrag von Pluto » Do 29. Sep 2016, 21:10

Halman hat geschrieben:Offenbar sind virtuelle Teilchen i.V.m. Vakuumfluktutationen ebenso unsterblich sind wie der innere Schweinehund.
Wieso diese Ironie?
Vakuumfluktuationen sind eine wissenschaftliche Theorie. Sie sind weit mehr als der innere Schweinehund oder eine Hypothese, denn sie konnten empirisch bestätigt werden (siehe CCasimir-Experiment und Lamb-Effekt).

Halman hat geschrieben:Ein Zitat aus der oben erwähnten Buchbesprechung unterstreicht diese Darstellung:
### Kapitel 10 "Das Nichts ist instabil" Hier geht es um unsere "Schöpfung", aber im wissenschaftlichen Sinne:
Das "Nichts" ist ein Raum, ein leerer Raum - und im leeren Raum gibt es die Energie des leeren Raums mit den sogenannten virtuellen Teilchen und die Gesetze der Physik. Diese Teilchen aber bleiben für uns "unsichtbar" bzw nicht direkt beobachtbar, da sie so schnell entstehen und wieder vergehen - darum wird auch gesagt, dass das "Nichts" instabil ist - sprich es kann sich jederzeit etwas bilden, etwas entstehen - aus solch einem "Entstehen", solch einem "Augenblick" sind auch wir bzw unser bekanntes Universum hervorgegangen - wir sind also etwas aus dem "Nichts".
Mag sein, dass Krauss der Meinung ist, dass diese Erklärung für seinen Leserkreis verständlich und überzeugend ist, doch mich überzeugt sie nicht, da sie mit einem meiner Meinung nach falschen Bild, nämlich den von virtuellen Teilchenpaaren bei Vakuumfluktuationen, argumentiert.
Wie begründest du, dass dies ein falsches Bild ist?
Warum verwirfst du diese Theorie?
Der Naturalist sagt nichts Abschließendes darüber, was in der Welt ist.

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