Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

[Halman]

Nun könnte man einwenden, dass auch Photonen EM-Wellen sind. Allerdings kenne ich nur zwei "Arten" von Photonen:
1. Reale Photonen in Form von Anregungen des EM-Feldes und
2- Virtuelle Photonen in Form von Wechselwirkungen des EM-Feldes mit einem anderen Quantenfeld (ich denke da an das Elektronfeld/Diracfeld).
Vakuumfluktuationen ebenfalls als "virtuelle Teilchen" zu bezeichnen, würde bedeuten, diesen Begriff doppelt zu belegen.

Die üblichen populärwissenschaftliche Darstellung mit virtuellen Teilchen(paaren) im Vakuumzustand besagen aber noch nicht einmal das. Da wird nicht etwa der Begriff "virtuelles Teilchen" für zwei unterschiedliche Dinge verwendet, sondern es wird vielmehr so dargestellt, als wäre beides dasselbe, als wären also die virtuellen Teilchen beim Vakuumzustand der gleiche Typ von virtuellen Teilchen, der auch Kräfte vermittelt.

Ja, da hast du recht und genau dies ist ja das Problem. Die Physik wird vernebelt und diffus. Darum bin ich der Meinung, dass das Modell mit virtuellen Teilchen bei Vakuumfluktationen eher irritierend als förderlich ist.
Du wirst Dich sicher an unsere langen Diskussionen im SciFi-Forum und meine Schwierigkeiten daran erinnern. Zwar gab es häufig Verständnisprobleme auf meiner Seite, was bei so einem schweren Thema auch nicht verwunderlich ist, aber gefüllt mehr Verwirrungen durch die populärwissenschaftlichen Quellen. Wieviele Jahre haben wir darüber Diskussionen geführt?

Für ein Forum ist das natürlich super. Da haben wir was zu diskutieren. Wie gefällt es Dir nun hier?

[Halman]

Sondern?
Welche alternative Erklärungen gibt es für das Aufkommen der Kraft, die die Platten zusammendrückt?

Die, dass das EM-Feld dies bewirkt. Quantenfelder, wie das EM-Feld, können ebenfalls Kraft ausüben. Dafür sind nicht zwingend Teilchen erforderlich.

Dass Teilchen nicht zwingend notwensig sind ist mir bekannt. Allerdings sind die Teilchen-Erklärung und die Feld-Erklärung meines Erachtens unterschiedliche Beschreibungen ein und desselben Phänomens.
Schon Einstein sprach von der Materie als eine erstarrte Form von Energie (E=mc²).

Ja, sicher. Nur handelt es sich beim EM-Vektorfeld nicht um Materie. Die Quantenfelder sind immateriell. Ich halte mich an den großen theortischen Physiker Walter Thirring, welcher erklärte: Die Quantenfelttheorie sagt, der ganze Raum ist von Feldern erfüllt, und die sind nicht materiell, sondern im Gegenteil, die Materie, das sind nur lokale Anregungen des Feldes.

Eine der möglichen Erklärungen wird im Wikipedia-Artikel über den Casimir Effekt erwähnt...

• Dazu werden virtuelle Teilchen angenommen, die aufgrund der Energieunschärfe kurzfristig aus dem Vakuum erzeugt werden.

Was sich genau zwischen den Platten im Casimir-Experiment abspielt, wissen wir nicht, also erstellen Physiker diverse Modelle, um den Effekt zu beschreiben. Deine Erklärung mit Quantenfeldern ist sicher richtig, aber das schließt nicht aus, dass es alternative Erklärungen gibt, wie eben das oft verwendete Teilchen-Modell.

Natürlich schließt dies alternative Erklärungen nicht aus, doch damit tritt man gegen die QFT an. Janina erklärte uns mal, wie genau diese Theorie mit den Messergebnissen übereinstimmt. Wenn die QFT falsch ist, dann ist sie sehr gut falsch.

Wenn ich mich als Laie mit Physik auseinandersetze, dann auf Basis der "guten" Theorien, wie der ART, QM und QFT. Daher versuche ich zu verstehen, was diese Theorien beschreiben, wenn auch nur in den Grundlagen, da mir die erforderlichen mathematischen Kenntnisse fehlen.
Ob das, was diese Theorien beschreiben, wahr ist, können wir gem. Karl Popper nicht mit vollkommener Sicherheit wissen. Wir können aber wissen, was Theorien aussagen und wir können herausfinden, ob populärwissenschaftliche Beschreibungen ihren Anspruch gerecht werden, die jeweiligen Theorien korrekt zu beschreiben oder ggf. auch nicht.

Nun könnte man einwenden, dass auch Photonen EM-Wellen sind. Allerdings kenne ich nur zwei "Arten" von Photonen:
1. Reale Photonen in Form von Anregungen des EM-Feldes und
2- Virtuelle Photonen in Form von Wechselwirkungen des EM-Feldes mit einem anderen Quantenfeld (ich denke da an das Elektronfeld/Diracfeld).
Vakuumfluktuationen ebenfalls als "virtuelle Teilchen" zu bezeichnen, würde bedeuten, diesen Begriff doppelt zu belegen.

Es handelt sich bei Photonen um die sog. Wellen-Teilchen Dualität, eine Erkenntnis wonach den Objekten der Quantenphysik gleichermaßen die Eigenschaften von klassischen Wellen wie die von klassischen Teilchen zugeschrieben werden müssen. So wird es auch immer wieder von Physikern erklärt. Hier ein Zitat von Dr. Wiebke Salzmann:

Tatsächlich ist Licht beides – Welle und Teilchen, denn Photonen sind quantenmechanische Objekte. Man nennt diese Eigenschaft, sowohl Welle als auch Teilchen zu sein, Welle-Teilchen-Dualismus. Dabei bedeutet „sowohl – als auch“ genau das: Das Objekt ist beides gleichzeitig. Je nachdem, welche seiner Eigenschaften man misst, zeigt es sich mehr als Teilchen oder mehr als Welle. Die Beschreibungen bestimmter Phänomene im Wellen- oder im Teilchenbild sind immer nur Vereinfachungen, um es unserer Anschauung leichter zu machten.
Im Prinzip betrifft dies alle Objekte – nur sind bei makroskopischen Objekten, die Wellenlängen so klein, dass man deren Welleneigenschaften vernachlässigen kann und beispielsweise einen Schrank oder einen Kieselstein als reines Teilchen betrachten kann.
[Quelle: http://www.physik.wissenstexte.de/unschaerfe_II.htm

Das haben wir noch mehr Streitstoff, super für das Diskutieren.

Der Welle-Teilchen-Dualismus stammt aus der frühen Quantenphysik. Als Mitte der 1920er Jahre die Quantenmechanik formuliert wurde, war damit der Welle-Teilchen-Dualismus veraltet. Wenn Du mich nun fragst, was denn ein Photon nun sei, Welle oder Teilchen, dann antworte ich mit Feynman: „Es ist keins von beiden.“. Ich füge hinzu, dass es auch kein Welle-Teilchen ist, sondern ein Quantenobjekt.

Diesbezüglich verweise ich auf meine Beiträge vom So 23. Mär 2014, 18:28 und Di 28. Jul 2015, 01:27, auch wenn ich mich damit der "Gefahr" aussetze, von Agent Scullie kritisiert und korrigiert zu werden. Aber dies ist, sofern erforderlich, durchaus von mir beabsichtigt.

Mich würde mal eine Quelle von Steven Weinberg interessieren, in der er von virtuellen Teilchen in Verbindung mit Vakuumfluktuationen spricht.

Versuchs mal mit Kapitel 1 seines Buches: The First Three Minutes", in dem Weinberg das "Standardmodell" der Physik beschreibt.

Danke für die Quelle.

[Pluto]

Immer noch genauso wie in meinem PDF-Dokument, auf das erstmals Halman in diesem Thread verwiesen hat (das 13-seitige, nicht das 43-seitige, das in der Zitierliste auftaucht), beschrieben:
http://www.xup.in/dl,14748946/Vakuumflu ... eldes.pdf/
Kurz zusammengefasst: aus der QFT folgt, dass die im Vakuumzustand auftretenden Vakuumfluktuationen als Feldfluktuationen zu verstehen sind, nicht als ständiges Entstehen und Wiederverschwinden von Teilchen oder Teilchenpaaren.

Danke. Ja, darin kommst du zum Schluss, dass es Schwankungen von Quantenfelder handelt, was streng genommen richtig ist. Andere Physiker sehen das allerdings nicht ganz so streng, und lassen die Bezeichnung "Teilchen" zu.

Jede Mode des elektromagnetischen Feldes besitzt eine gewisse Nullpunktenergie aka Vakuumenergie.

Kleines Sprach-philosophische Einlage zum Wort "Mode"...
Du sagtest es heiße DIE Mode (weiblich).
Logisch ist das allerdings nicht, weil das Wort Mode nicht aus der Bekleidungsindustrie kommt (wo es bekanntlich weiblich ist), sondern vom englischen Wort mode, was auf deutsch so viel wie Zustand bedeutet. Im Englischen ist das ein neuteres Wort. So sollte es also auch auf Deutsch logischerweise DAS Mode heißen.

Sprache ist halt nicht logisch.
Doch zurück zum Thema.

Die entsteht nicht spontan, sondern ist immer da, was damit zu tun hat, dass der Vakuumzustand ein Energieeigenzustand ist.
Und sie hat auch nichts mit spontan entstehenden Teilchen zu tun, sondern damit, dass das elektrische und magnetische Feld mit einer gewissen Amplitude schwanken (fluktuieren).

Das ist bekannt. Aber wenn ein elektromagnetisches Feld schwankt entstehen Photonen und diese sind bekanntlich Beides, Wellen und Teilchen.
Populärwissenschaftlich oder nicht, Dr. Wiebke Salzmann erinnert uns in ihrem Artikel an den Welle-Teilchen-Dualismus der Quantenphysik. Wenn das für Frau Dr. rechtens ist, soll es für mich nur billig sein. Sie schreibt...

Tatsächlich ist Licht beides – Welle und Teilchen, denn Photonen sind quantenmechanische Objekte. Man nennt diese Eigenschaft, sowohl Welle als auch Teilchen zu sein, Welle-Teilchen-Dualismus. Dabei bedeutet „sowohl – als auch“ genau das: Das Objekt ist beides gleichzeitig. Je nachdem, welche seiner Eigenschaften man misst, zeigt es sich mehr als Teilchen oder mehr als Welle. Die Beschreibungen bestimmter Phänomene im Wellen- oder im Teilchenbild sind immer nur Vereinfachungen, um es unserer Anschauung leichter zu machten.
Im Prinzip betrifft dies alle Objekte – nur sind bei makroskopischen Objekten, die Wellenlängen so klein, dass man deren Welleneigenschaften vernachlässigen kann und beispielsweise einen Schrank oder einen Kieselstein als reines Teilchen betrachten kann.
[Quelle: http://www.physik.wissenstexte.de/unschaerfe_II.htm]

Da täusch dich mal nicht. In dem von dir verlinkten Artikel:

http://www.tagesspiegel.de/wissen/vor-d ... 79340.html

gibt es einen Abschnitt "Krauss' Theorie provoziert Widerspruch". Lies mal diesen und die nachfolgenden Abschnitte.

Danke!
Natürlich gibt es da Einsprüche, aber richten sich diese gegen die Verwendung des Begriffes der Teilchen, oder eher gegen Aussagen von Lawrence Krauss wie diese?

• Raum-Zeit-Bläschen können sich spontan bilden. "Wenn man Raum und Zeit ,quantisiert’, dann fluktuieren sie", sagt Krauss. "Man kann virtuelle Raumzeit genauso erzeugen wie virtuelle Partikel." Dann stehen wir vor einer Situation, in der es keine Materie im Raum gibt – und noch nicht einmal Raum, argumentiert der Physiker. "Das ist deutlich näher am Nichts."

[Zitat aus dem Artikel]

Die Tatsache, dass du eine Frage wie die obige "Du behauptest, dass die Teilchen-Erklärung falsch sei und deine richtig ist. Wie begründest du das?" stellst, zeugt ganz offenkundig von etwas anderem. Nämlich davon, dass du davon überzeugt bist, die populärwissenschaftliche Darstellung mit den virtuellen Teilchen im Vakuumzustand sei nicht nur eine populärwissenschaftliche Darstellung, die bestenfalls für halbwegs interessierte Laien brauchbar ist, sondern sei auch von einer fachwissenschaftlichen Warte aus betrachtet als korrekt anzusehen.

Es wundert mich einfach, dass so viele Physiker das Phänomen mit Hilfe von Teilchen beschreiben.
Kann diese Darstellung denn so falsch sein?

Oh, das kann ich dir sagen. In populärwissenschaftlichen Quellen, wie du sie liest oder dir ansiehst, ist an zwei verschiedenen Stellen von virtuellen Teilchen die Rede, einmal beim Vakuumzustand und andererseits bei Wechselwirkungsprozessen.

Wenn das so wäre (was ich nicht glaube) dann wäre das sogar intellektuell unredlich, und ein grober Missbrauch des Vertrauens ihrer Zuhörer.

Deshalb denke ich eher, dass wir, wie so oft in der QP ist, einfach noch zu wenig über diese sonderbare Quantenwelt verstehen, um sagen zu dürfen, so-und-so ist es. Basta!

Ja, weil alle Quellen, in denen diese Physiker diese Darstellung verwenden, populärwissenschaftliche Quellen sind. In keinem Lehrbuch zur QFT wirst du diese Darstellung finden. Und was Hawking anbetrifft: er erklärt selbst, dass für ihn als Positivist der Unterschied zwischen der falschen und der korrekten Darstellung gar nicht so groß ist.

Meine ich doch auch.

Falls du das als Anlass nehmen solltest, dich selbst ebenfalls zum Positivisten zu erklären, solltest du bedenken, dass du in einem vorherigen Posting von der physikalischen Realität gesprochen - und von der spricht man laut Hawking als Positivist grundsätzlich nicht.

Nee...
Auf Grund der Erkenntnisse der Hirn- und Bewusstseinsforschung, bezeichne ICH mich als radikaler Konstruktivist.
Etwa nach dem Motto... "What you see, is all there is."

Doch warum tun das so viele Physiker trotzdem?

Das steht doch in meiner Antwort, die du zitiert hast: weil sie zuweilen auch mal populärwissenschaftliche Darstellungen für Laien präsentieren.

Was aber aus deiner Sicht offenbar intellektuell unredlich ist?
Aus meiner Sicht hingegen, ist sie schlimmstenfalls ein Vereinfachung der Erklärung die ständig verwendet wird.

Kurz zusammengefasst: aus der QFT folgt, dass die im Vakuumzustand auftretenden Vakuumfluktuationen als Feldfluktuationen zu verstehen sind, nicht als ständiges Entstehen und Wiederverschwinden von Teilchen oder Teilchenpaaren.

Ich habe verstanden, dass dies deine Aussage ist.
Ich meine nur, wir haben nun mal nicht genügend empirische Belege, um diese Frage endgültig zu beantworten.

[Halman]

Die entsteht nicht spontan, sondern ist immer da, was damit zu tun hat, dass der Vakuumzustand ein Energieeigenzustand ist.
Und sie hat auch nichts mit spontan entstehenden Teilchen zu tun, sondern damit, dass das elektrische und magnetische Feld mit einer gewissen Amplitude schwanken (fluktuieren).

Das ist bekannt. Aber wenn ein elektromagnetisches Feld schwankt entstehen Photonen und diese sind bekanntlich Beides, Wellen und Teilchen.

Ja, bekanntlich kann das Atom über das Planetenmodell beschrieben werden. Damit speißen Fachleute Laien ab. Ich bin Agent Scullie dafür dankbar, von ihm nicht so abgefertigt zu werden.

Populärwissenschaftlich oder nicht, Dr. Wiebke Salzmann erinnert uns in ihrem Artikel an den Welle-Teilchen-Dualismus der Quantenphysik. Wenn das für Frau Dr. rechtens ist, soll es für mich nur billig sein. Sie schreibt...

Tatsächlich ist Licht beides – Welle und Teilchen, denn Photonen sind quantenmechanische Objekte. Man nennt diese Eigenschaft, sowohl Welle als auch Teilchen zu sein, Welle-Teilchen-Dualismus. Dabei bedeutet „sowohl – als auch“ genau das: Das Objekt ist beides gleichzeitig. Je nachdem, welche seiner Eigenschaften man misst, zeigt es sich mehr als Teilchen oder mehr als Welle. Die Beschreibungen bestimmter Phänomene im Wellen- oder im Teilchenbild sind immer nur Vereinfachungen, um es unserer Anschauung leichter zu machten.
Im Prinzip betrifft dies alle Objekte – nur sind bei makroskopischen Objekten, die Wellenlängen so klein, dass man deren Welleneigenschaften vernachlässigen kann und beispielsweise einen Schrank oder einen Kieselstein als reines Teilchen betrachten kann.
[Quelle: http://www.physik.wissenstexte.de/unschaerfe_II.htm]

Mit der Quantenmechanik ist der Welle-Teilchen-Dualismus überholt. Da berufe ich mich auf das Buch "Skurrile Quantenwelt" und Feynman.

Hast Du meine verlinkten Beiträge dazu berücksichtigt?

Kurz zusammengefasst: aus der QFT folgt, dass die im Vakuumzustand auftretenden Vakuumfluktuationen als Feldfluktuationen zu verstehen sind, nicht als ständiges Entstehen und Wiederverschwinden von Teilchen oder Teilchenpaaren.

Ich habe verstanden, dass dies deine Aussage ist.
Ich meine nur, wir haben nun mal nicht genügend empirische Belege, um diese Frage endgültig zu beantworten.

Es geht darum, wie die empirischen Belege, die vorliegen, gem. der QFT gedeutet werden. Die Deutung über virtuelle Teilchen entspricht nicht der QFT. Wenn Du diese der Anschaulichkeit wegen vorziehst, dann opferst Du die QFT.

[Pluto]

Wenn Du diese der Anschaulichkeit wegen vorziehst, dann opferst Du die QFT.

Unsinn. Ich bin nur ein Amateur, ein interessierter Zuschauer.
Wenn jemand die QFT opfert, dann sind das die Physiker, die sich nicht einigen können, welche Interpretation die Richtige ist und dabei die Öffentlichkeit hinters Licht zu führen versuchen.

[Halman]

Wenn Du diese der Anschaulichkeit wegen vorziehst, dann opferst Du die QFT.

Unsinn. Ich bin nur ein Amateur, ein interessierter Zuschauer.
Wenn jemand die QFT opfert, dann sind das die Physiker, die sich nicht einigen können, welche Interpretation die Richtige ist und dabei die Öffentlichkeit hinters Licht zu führen versuchen.

Nun, das nöntige Fachwissen wurde Dir hier ja vermittelt.

Wie will man denn vernünftigt über Physik diskutieren? Meiner Meinung nach geht dies nur auf Grundlage physikalischer Theorien, sei es die ART oder die QFT. Darstellungen, welche behaupten, so eine Theorie mit einfachen Worten zu beschreiben, aber in Wahrheit etwas anderes darstellen, sind eben falsche Darstellungen und dies sollte man dann schon kritisieren.

[Pluto]

Nun, das nöntige Fachwissen wurde Dir hier ja vermittelt.

Dieses "fachwissen" ist mir zu einseitig.
Andere Physiker scheinen sich darum nicht zu kümmern.

Wie will man denn vernünftigt über Physik diskutieren? Meiner Meinung nach geht dies nur auf Grundlage physikalischer Theorien, sei es die ART oder die QFT. Darstellungen, welche behaupten, so eine Theorie mit einfachen Worten zu beschreiben, aber in Wahrheit etwas anderes darstellen, sind eben falsche Darstellungen und dies sollte man dann schon kritisieren.

Ich bin der Meinung, Physik MUSS eine empirische Wissenschaft bleiben. Die Mathematiker haben die String-Theorie ohne Empirie verfolgt, mit welchem Ergebnis? Die Welt lacht darüber (selbst ein Teil der Fachwelt)!
Deshalb finde ich, wir haben keinerlei Belege, und sollte uns nicht zu sehr auf mathematische Modelle verlassen, für Dinge die nicht empirisch untermauert werden.

[Pluto]

Der Welle-Teilchen-Dualismus stammt aus der frühen Quantenphysik....

Deine Meinung sei dir gegönnt.
Und wie ist es mit dem Doppelspalt Experiment?
Ist das auch ein Relikt aus der frühen Quantenphysik, welchem man heute keine Beachtung mehr schenken braucht?

[Scrypt]

Ich bin der Meinung, Physik MUSS eine empirische Wissenschaft bleiben. Die Mathematiker haben die String-Theorie ohne Empirie verfolgt, mit welchem Ergebnis?

Mit keinem!

Die Welt lacht darüber

???
Ob die String-Theorie zutreffend ist oder nicht steht noch völlig offen.

[Pluto]

Ob die String-Theorie zutreffend ist oder nicht steht noch völlig offen.

Eben.
Die meisten Physiker wenden sie sich wieder vermehrt der Empirie und dem Sammeln von Daten zu.
Und das ist gut so.