Unser Leben -- ein Staubkorn

[Samantha]

Wenn das Quantenvakuum aber nicht ewig sein kann, muss vorher etwas anderes vorhanden gewesen sein, dass dieses Vakuum auslöste.

Was veranlasst dich, zu glauben, dass das Quantenvakuum nicht ewig sein kann?

Die Instabilität wegen des Zerfalls des Quantenvakuums.

[Scrypton]

Wenn das Quantenvakuum aber nicht ewig sein kann, muss vorher etwas anderes vorhanden gewesen sein, dass dieses Vakuum auslöste.

Was veranlasst dich, zu glauben, dass das Quantenvakuum nicht ewig sein kann?

Die Instabilität

Welche?

wegen des Zerfalls des Quantenvakuums.

Welchen Zerfall?

[Halman]

Was veranlasst dich, zu glauben, dass das Quantenvakuum nicht ewig sein kann?

Die Instabilität

Welche?

wegen des Zerfalls des Quantenvakuums.

Welchen Zerfall?

Samantha bezieht sich vielleicht auf ein Posting von mir, welches zwei Links zu diesem Unterthema enthält. Ich werde es hier einfach mal zitieren:

Fakt ist, dass das Universum NICHT ewig ist (es ist etwa 15,7 Milliarden Jahre alt).

Aber das, woraus das Universum ist/entstand, kann durchaus ewig sein.

Ja.

So z.B. all jenes, was außerhalb des Universums liegt - meinet wegen das große Nichts.

Ja, das Universum aus dem Nichts. Dies wirft allerdings auch wieder eine Frage auf.

Aber das, woraus das Universum ist/entstand, kann durchaus ewig sein.
So z.B. all jenes, was außerhalb des Universums liegt - meinet wegen das große Nichts.

... das große Nichts, dass natürlich kein Nichts ist!

Ja, das "Nichts" wäre laut Krauss das [Quanten]Vakuum.

Oh - offensichtlich bezog sie sich auf Wikipedia.

[Samantha]

Danke, Halman!

Welchen Zerfall?

Das habe ich gelesen.

Vakuumfluktuationen (auch Quanten- oder Nullpunktsfluktuation) sind Teilchen-Antiteilchen-Paare, die in der Quantenfeldtheorie im Vakuum entstehen und gleich wieder zerfallen.

Im Formalismus der Feynman-Diagramme werden sie durch innere Linien ohne offenes Ende beschrieben. Sie gehören damit zu den virtuellen Teilchen, die Grundgesetze der klassischen Physik wie den Energieerhaltungssatz verletzen oder umgehen und nicht permanent existieren.

Quelle http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumfluktuation

[Pluto]

Danke, Halman!

Welchen Zerfall?

Das habe ich gelesen.

Vakuumfluktuationen (auch Quanten- oder Nullpunktsfluktuation) sind Teilchen-Antiteilchen-Paare, die in der Quantenfeldtheorie im Vakuum entstehen und gleich wieder zerfallen.

Quelle http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumfluktuation

Hast du glaube ich falsch verstanden.
Aus Quantenfluktuationen im Quantenvakuum entstehen und zerfallen Teilchen. Das Quantenvakuum bleibt dabei bestehen.

[ThomasM]

Aus Quantenfluktuationen im Quantenvakuum entstehen und zerfallen Teilchen. Das Quantenvakuum bleibt dabei bestehen.

Da muss ich auch mal dazwischen klugschießen.

Das Quantenvakuum ist dadurch definiert, dass darin Teilchenpaare entstehen und zerfallen. Diese Fluktuationen sind das Vakuum. Das "Nichts", was man sich gemeinhin vorstellt gibt es demnach nicht, das ist ein philosophisches Idealbild.

Gruß
Thomas

[Halman]

Danke, Halman!

gerne

Welchen Zerfall?

Das habe ich gelesen.

Vakuumfluktuationen (auch Quanten- oder Nullpunktsfluktuation) sind Teilchen-Antiteilchen-Paare, die in der Quantenfeldtheorie im Vakuum entstehen und gleich wieder zerfallen.

Im Formalismus der Feynman-Diagramme werden sie durch innere Linien ohne offenes Ende beschrieben. Sie gehören damit zu den virtuellen Teilchen, die Grundgesetze der klassischen Physik wie den Energieerhaltungssatz verletzen oder umgehen und nicht permanent existieren.

Quelle http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumfluktuation

Verletzen virtuelle Teilchen wirklich den Energieerhaltungssatz?

Nehmen wir als Beispiel den Betazerfall. Hier tritt eine Wechselwirkung auf, in der sich ein Down-Quark des Neutrons in ein Up-Quark umwandelt und dabei ein W-Boson (virtuelles Teilchen) ausgesandt wird. Dann zerfällt das W-Boson in ein Elektron und ein Antineutrino, wobei die Leptonenzahl erhalten bleibt (vor dem Zerfall des W-Bosons war die Leptonenzahl 0 und nach dem Zerfall ebenfalls, da sich die Werte von Teilchen und Antiteilchens aufheben).

Grafiquelle

In der Grafik wird der β-Zerfall in einem anschaulichen Feynman-Diagramm dargestellt. Die drei Feynman-Graphen, die von unten nach oben verlaufen, stellen die drei Quarks (Up, Down, Down) dar, aus denen sich das Neutron zusammensetzt. Der "Knick" repräsentiert die Wechselwirkung, in der sich ein Down-Quark in ein Up-Quark verwandelt. Die Wellenlinie ist das W-Boson, die beiden Feynman-Graphen mit unterschiedlicher Pfeilrichtung* sind die Leptonen (Elektron und Antineutrino).

Am Ende vom β-Zerfall ist die Energie erhalten geblieben. An dieser Stelle fragte ich mich, wo denn die Masse des W-Bosons geblieben ist (immerhin 80-fache Protonenmasse).
An dieser Stelle lasse ich lieber einen Fachmann zu Wort kommen:

Zitat von Agent Scullie:
die "bleibt" nirgendwo, da sie gar nicht erst vorhanden ist. Man darf sich den Austausch eines virtuellen Teilchens nicht bildlich so vorstellen, dass da tatsächlich ein Teilchen von A nach B fliegt. Vielmehr symbolisiert der Austausch des virtuellen Teilchens - die innere Linie in einem Feynman-Diagramm - eine Beteiligung des zugrundeliegenden Feldes am jeweiligen Prozess. Die verwirrende Sprechweise, dass da ein Teilchen ausgetauscht wird, geht auf die Besonderheiten zurück, die sich aus der Störungsrechnung ergeben.

Dementsprechend entsteht auch nicht beim Beta-Zerfall ein W-Boson, das dann zerfällt, sondern es ist einfach das zugehörige Feld am Ablauf des Beta-Zerfalls beteiligt. Zuweilen umschreibt man das auch so, dass virtuelle Teilchen die relativistische Energie-Impuls-Beziehung

E^2 - p^2 = m^2

nicht erfüllen müssen. Deswegen darf ein virtuelles W-Boson eine Masse von 80 GeV haben, obwohl die beteiligten Energien und Impulse viel kleiner sind.

die Geschichte mit dem "Leihen" von Energie stammt aus der populärwissenschaftlichen Literatur. Demnach soll die Unschärfebeziehung zwischen Energie und Zeit erlauben, dass für kurze Zeit Energie aus dem Nichts entstünde und wieder verschwände. Im Falle eines W-Bosons würde dann eine Energie von 80 GeV entstehen, die alsbald wieder verschwinden müsste, wozu das W-Boson zerfallen müsste. "Geliehen" wird die benötigte Energie nach dieser Darstellung also weder aus dem Higgs-Feld noch aus dem zugehörigen Quantenfeld, sondern einfach aus dem Nichts. Allerdings ist das nur eine popularisierte Darstellung, die man nicht weiter ernstnehmen sollte. In der tatsächlichen QFT gibt es kein solches Leihen von Energie. Insbesondere sagt die Energie-Zeit-Unschärfebeziehung auch nicht aus, dass Energie für kurze Zeit aus dem Nichts entstehen dürfe.

Zitatquelle

Vielleicht mag uns Janina etwas über virtuelle Teilchen, die Beteiligung der Quantenfelder und ihren Wechselwirkungen untereinander sagen. (Die QFT übersteigt mein bescheidenes Wissen.)

*Das Antineutrino läuft IMHO nicht etwa wirklich rückwärts in der Zeit; die entgegengesetzte Pfeilrichtung macht es lediglich als Antiteilchen kenntlich.

[Halman]

Danke, Halman!

Welchen Zerfall?

Das habe ich gelesen.

Vakuumfluktuationen (auch Quanten- oder Nullpunktsfluktuation) sind Teilchen-Antiteilchen-Paare, die in der Quantenfeldtheorie im Vakuum entstehen und gleich wieder zerfallen.

Quelle http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumfluktuation

Hast du glaube ich falsch verstanden.
Aus Quantenfluktuationen im Quantenvakuum entstehen und zerfallen Teilchen. Das Quantenvakuum bleibt dabei bestehen.

Ein Quantenvakuum, welches bereits ewig existiert, ohne ein Universum hervorzubringen, ist stabil. Wenn es dann doch plötzlich ein Universum hervorbringt, stellt sich die Frage, warum es dies plötzlich tut.

Unterstellt man, dass das Quantenvakuum mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein Universum hervorbringt, so könnte man dies folgendermaßen darstellen:
|Ψ> = a|entstanden> + b|nicht entstanden>
Dies könnte man mit dem Zerfall eines radioaktiven Isotops vergleichen. Wann es zerfallen wird ist unbestimmt, aber sicher ist, dass es zerfallen wird.
Wenn also das Quantenvakuum ewig stabil ist, so sollte es auch weiterhin ewig stabil sein. Die Entstehung unseres Universums resultiert aber aus einer Instabilität und sollte nach endlicher Zeit erfolgen. Daher kann man durchaus fragen, woher das Quantenvakuum kommt.

[Pluto]

Ein Quantenvakuum, welches bereits ewig existiert, ohne ein Universum hervorzubringen, ist stabil. Wenn es dann doch plötzlich ein Universum hervorbringt, stellt sich die Frage, warum es dies plötzlich tut.

Diese Vorstellung war vom Prinzip her bereits Aristoteles bekannt:

Zur Wahrscheinlichkeit gehört auch, dass das Unwahrscheinliche eintritt. -

[Halman]

Ein Quantenvakuum, welches bereits ewig existiert, ohne ein Universum hervorzubringen, ist stabil. Wenn es dann doch plötzlich ein Universum hervorbringt, stellt sich die Frage, warum es dies plötzlich tut.

Diese Vorstellung war vom Prinzip her bereits Aristoteles bekannt:

Zur Wahrscheinlichkeit gehört auch, dass das Unwahrscheinliche eintritt. -

Stimmt und da Gott viele für das Unwahrscheinlichste halten, wäre er immerhin möglich.

Wenn ein Quantenvakuum die Eigenschaft hat, ein Universum hervorzubringen, so wird dies mit hunderprozentiger Sicherheit nach endlicher Zeit geschehen. Ist es nach ewiger Zeit nicht geschehen, können wir davon ausgehen, dass das Quantenvakuum ewig stabil ist und künftig in ewiger Zeit kein Universum entstehen wird, da die Wahrscheinlichkeit offenkundig 0 beträgt. Ist sie > 0, kann nur endliche Zeit bis zur Entstehung des Universums vergehen.