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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 18.10.20, 09:59
nancy50 nancy50 ist offline
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Beiträge: 179
Standard Alles nur angeregte felder ?

" nach der Meinung von David Tong (Professor für theoretische Physik an der Universität Cambridge) sind die Quantenfelder die wirklichen Bausteine des Universums.
durch anregung von quantenfelder (fundamental ) duch zb. energiezufuhr entstehen feldquanten, zb. photonen.
Elektronen duch anregung eines elektronenfeldes , für jedes teilchen gibts also ein feld, das !nur ! angeregt werden muss und schon hab ich ein teilchen.
soweit so gut.
Aber wo sind denn diese felder in der realen welt und wie sehen sie aus ??
die welt müsste ja voller elektromagnetischer felder (photon ), elektronenfelder (elektron ) usw. sein. (higgsfelder für higgsteilchen )

keine ahnung

n50
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  #2  
Alt 19.10.20, 08:18
Bernhard Bernhard ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Zitat:
Zitat von nancy50 Beitrag anzeigen
die welt müsste ja voller elektromagnetischer felder (photon ), elektronenfelder (elektron ) usw. sein. (higgsfelder für higgsteilchen )
Gewissermaßen trifft das ja auch zu. Elektromagnetische Felder sind z.B. in Form von Licht praktisch überall vorhanden, usw.
__________________
Freundliche Grüße, B.

Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921
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  #3  
Alt 19.10.20, 09:18
nancy50 nancy50 ist offline
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Beiträge: 179
Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

so ist es , glaube ich nicht.
die felder müssen omnipresent sein wie zb das higgsfeld.
im lhc wird nun genügend energie zugeführt und ein higgsteilchen wird frei.
aber wie ist es bei den anderen feldern wie elektronenfeld etc.. ?


n50
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  #4  
Alt 19.10.20, 12:28
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Felder sind gemäß der Quantenfeldtheorie die "Träger von Anregungen", die sich als Teilchen manifestieren können, jedoch nictn müssen. Ein Photon ist zum Beispiel der elementare Anregungszustand des elektromagnetischen Feldes (quantenfeldtheoretisch verstanden). Das klassische elektromagnetische Feld (wie zum Beispiel Sonnenlicht, Funkwellen) entspricht einem Zustand, der eine große Zahl von Anregungen enthält und sich damit in gewisser Weise klassisch verhält, also oft durch elektromagnetische Wellen beschrieben werden kann. Auch statische Felder wie zum Beispiel das elektrische Feld in einem Kondensator können als Anregungszustand des elektromagnetischen Feldes (quantenfeldtheoretisch verstanden) angesehen werden, auch wenn dieses statische Feld nicht auf Photonen im Sinne von Teilchen zurückgeführt werden kann. Das mathematische Konzept der Quantenfeldtheorie ist allgemeiner gehalten und bringt diese unterschiedlichen Erscheinungen unter einen Hut.

Ein wichtiger Begriff im Rahmen der Quantenfeldtheorie ist das sogenannte "Vakuum". Üblicherweise versteht man darunter die Abwesenheit von Anregungen und zugleich den niedrigsten Energiezustand. Dies trifft zum Beispiel auf das elektromagnetische Feld zu: im Vakuum existieren keine Photonen, keine elektromagnetische Wellen, auch keine statischen elektrischen oder magnetischen Felder; die Energie ist minimal (Null). Für andere Felder muss dies nicht gelten: Zum Beispiel enthält der energetisch niedrigste Zustand des Higgsfeldes zwar keine Higgsteilchen, jedoch ein konstantes Higgsfeld; eine Verringerung der Feldstärke würde zu einer Erhöhung der Energie führen (im Gegensatz zum elektrischen Feld hat dieses Higgsfeld keine Richtung und verursacht keine Kraft). Wenig bekannt ist, dass auch Quark- und Gluonfelder im Zustand niedrigster Energie einen von Null verschiedenen Wert aufweisen, jedoch ebenfalls keine teilchenartigen Anregungen aufweisen; dieser Zustand ist tatsächlich außerhalb von Hadronen realisiert. D.h. im Allgemeinen existieren zwei Definitionen von "Vakuum": i) vollständige Abwesenheit des Feldes sowie ii) Zustand niedrigster Energie. I.A. sind diese beiden Definitionen nicht mehr äquivalent; der Zustand niedrigster Energie, der im uns bekannten Vakuum realisiert ist, enthält zwar keine teilchenartigen Anregungen, jedoch im allgemeinen eine konstante Anregung des Feldes.

Noch eigenartig wird es, wenn man sich mit der mathematischen Beschreibung des Vakuums = des Zustandes niedrigster Energie befasst. Zwar enthält dieser Zustand keine teilchenartige Anregung, jedoch Paare teilchenartiger Anregungen, sogenannte Vakuumfluktuationen. D.h., zum Beispiel ist die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron jedoch kein Positron im Vakuum zu finden, exakt Null, jedoch die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron und ein entsprechendes Positron zu finden, ungleich Null. Dies gilt auch für andere Felder. Man darf diesen mathematischen Formalismus nicht zu sehr anschaulich interpretieren; zwar erhält man daraus die korrekte Vorhersage von Messergebnissen, jedoch ist ein anschauliches Bild oft nicht möglich.

Beobachtbare Konsequenzen: Der nicht-verschwindende Wert des Higgsfeldes verleiht bestimmten Elementarteilchen ihre Masse. Die nicht-verschwindenden Quark- und Gluonfelder sind ein Resultat der spontanen Brechung einer Symmetrie; in der Folge sind acht Mesonen (u.a. das Pionen) nahezu masselos (verglichen mit schweren Mesonen und Baryonen wie zum Beispiel Proton und Neutron). Vakuumfluktuationen im Rahmen der QED kennt man aus dem Casimir-Effekt und der Lamb-Shift. Auch der (nicht nachweisbare) Hawking-Effekt = die thermische Strahlung schwarzer Löcher wird mittels inäquivalenter Vakuumzustände und Vakuumfluktuationen berechnet.

Anmerkung - weil das oft verwechselt wird: "Vakuumfluktuationen" sind ein recht schwammiger Begriff. Der Begriff der "virtuellen Teilchen" wird damit oft in eine Topf geworfen, obwohl letzterer mathematisch präzise definiert ist; die Hawkingstrahlung hat nichts mit diesen virtuellen Teilchen zu tun, auch wenn das oft anders erzählt wird.
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  #5  
Alt 19.10.20, 13:14
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
...
Anmerkung - weil das oft verwechselt wird: "Vakuumfluktuationen" sind ein recht schwammiger Begriff. Der Begriff der "virtuellen Teilchen" wird damit oft in eine Topf geworfen, obwohl letzterer mathematisch präzise definiert ist; die Hawkingstrahlung hat nichts mit diesen virtuellen Teilchen zu tun, auch wenn das oft anders erzählt wird.
Naja, Hawking selbst sah das wohl nicht ganz so, er bemühte schon "Paare virtueller Teilchen" zur Erklärung in seiner berühmten Arbeit zu der nach ihm benannten Strahlung (Hervorhebung von mir):
Zitat:
Zitat von Hawking
...
One might picture this negative energy flux in the following way. Just
outside the event horizon there will be virtual pairs of particles, one with negative energy and one with positive energy. The negative particle is in a region which is classically forbidden but it can tunnel through the event horizon to the region inside the black hole where the Killing vector which represents time translations is spacelike. In this region the particle can exist as a real particle with a timelike momentum vector even though its energy relative to infinity as measured by the time translation Killing vector is negative. The other particle of the pair, having a positive energy, can escape to infinity where it constitutes a part of the thermal emission described above.
...
aus
S.W. Hawking: "Particle Creation by Black Holes",
Commun. math. Phys. 43, 199—220 (1975)

siehe z.B.
https://projecteuclid.org/download/p...cmp/1103899181

----
PS. Ich denke, das Konzept virtueller Teilchen scheint auch außerhalb störungs-theoretischer Ansätze Sinn zu machen.
Ich denke z.B. an den Casimir-Effekt.

Geändert von Hawkwind (19.10.20 um 13:28 Uhr)
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  #6  
Alt 19.10.20, 13:35
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Richtig, hat er so geschrieben, und wird seither gerne so abgeschrieben.

Wenn man sich auf die Definition virtueller Teilchen im Rahmen der Quantenfeldtheorie bezieht, dann hat Hawking bei seiner Berechnung keine solchen virtuellen Teilchen verwendet, sein erläuternder Text ist also falsch ;-)

Zitat:
Virtual particles are defined as internal lines in a Feynman diagram
Source https://www.physicsforums.com/insigh...ual-particles/

Hawking betrachtet eine freie Quantenfeldtheorie. In einer freien Quantenfeldtheorie liegt keine Wechselwirkung vor, daher keine Vertizes, und damit auch keine internen Linien zwischen Vertizes.

Der Hawking-Effekt stammt ausschließlich aus inäquivalenten Vakuumzuständen.

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Ich denke, das Konzept virtueller Teilchen scheint auch außerhalb störungstheoretischer Ansätze Sinn zu machen.
Ich denke z.B. an den Casimir-Effekt.
Es gibt verschiedene Berechnungsmethoden für den Casimir-Effekt, möglicherweise auch mittels virtueller Teilchen. Das ändert aber nichts daran, dass es ohne Störungstheorie keine virtuellen Teilchen gibt - sie sind ein mathematisches Artefakt derselben.
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Geändert von TomS (19.10.20 um 13:41 Uhr)
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  #7  
Alt 19.10.20, 13:54
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
Richtig, hat er so geschrieben, und wird seither gerne so abgeschrieben.

Wenn man sich auf die Definition virtueller Teilchen im Rahmen der Quantenfeldtheorie bezieht, dann hat Hawking bei seiner Berechnung keine solchen virtuellen Teilchen verwendet, sein erläuternder Text ist also falsch ;-)
Das sehe ich nicht so: es ist ein alternativer Erklärungsansatz (auch wenn er von ihm nicht explizit in der Rechnung verwendet wird).

Es gibt vielleicht auch eine gewisse Analogie zur Behandlung der Casimir-Kraft, die "traditionell" via Summation von Moden des elm. Feldes und nicht störungstheoretisch hergeleitet wird. Virtuelle Teilchen gab es nur in den verbalen Erklärungen.
Aber Timm hatte hier mal ein Papier von Jaffe(?) bemüht, in dem die Casimir-Kraft alternativ, nämlich störungstheoretisch (via Feynman-Diagrammen) berechnet wurde. Da gab es dann schon innere Linien - also virtuelle Teilchen - in den Diagrammen.
Ich denke, man sollte virtuelle Teilchen auch in Beschreibungen jenseits von Störungstheorie zulassen, wo immer sie nützlich sind, einen Effekt verständlicher zu machen. Vakuumpolarisation z.B. lässt sich qualitativ wunderbar mittels virtueller Teilchen erklären, ohne etwas über komplizierte störungstheoretische Rechnungen höherer Ordnung zu wissen.
...
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  #8  
Alt 19.10.20, 16:49
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Aber Timm hatte hier mal ein Papier von Jaffe(?) bemüht, in dem die Casimir-Kraft alternativ, nämlich störungstheoretisch (via Feynman-Diagrammen) berechnet wurde. Da gab es dann schon innere Linien - also virtuelle Teilchen - in den Diagrammen.
...
Das liegt Jahre zurück, sensationell, dein Gedächtnis.

https://arxiv.org/pdf/hep-th/0503158.pdf

Das für mich überraschende war, dass, wie Jaffe gezeigt hat, der Casimir Effekt nicht zwingend die Existenz von Quantenfluktuationen belegt.
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Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #9  
Alt 19.10.20, 17:02
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Das sehe ich nicht so: es ist ein alternativer Erklärungsansatz (auch wenn er von ihm nicht explizit in der Rechnung verwendet wird).

Es gibt vielleicht auch eine gewisse Analogie zur Behandlung der Casimir-Kraft ...
Die sehe ich nicht. In keinem Paper, das ich dazu jemals gelesen habe, wurden Rechenmethoden aus der QFT verwendet, die virtuelle Teilchen enthalten, insbs. nicht in Hawking's erstem Paper.

Der Hawking-Effekt stammt ausschließlich aus inäquivalenten Vakuumzuständen einer freien Theorie: https://de.wikipedia.org/wiki/Hawkin...Originalarbeit

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Ich denke, man sollte virtuelle Teilchen auch in Beschreibungen jenseits von Störungstheorie zulassen, wo immer sie nützlich sind, einen Effekt verständlicher zu machen. Vakuumpolarisation z.B. lässt sich qualitativ wunderbar mittels virtueller Teilchen erklären, ohne etwas über komplizierte störungstheoretische Rechnungen höherer Ordnung zu wissen.
In jedem QFT-Buch oder -Skript, in dem der Begriff vernünftig eingeführt wird - in vielen wird er auch vermieden, was kein Fehler ist - sind virtuelle Teilchen definiert als innere Linien zwischen Wechselwirkungsvertizes; ohne Störungstheorie und in einer freien Theorie sind sie also per Konstruktion nicht definiert.

Man sollte sie m.M.n. nicht zur Erklärung für Effekte heranziehen, bei deren Berechnung sie nicht auftreten (und im weitesten Sinne nicht auftreten können).

Andersherum darf man sie natürlich für bestimmte Effekte zur Erklärung anführen, bei denen sie eine Rolle spielen - Lamb-Shift und Vakuumpolarisation sind Beispiele - und dabei darf man natürlich auch die komplizierte Mathematik vernachlässigen.

Zum Casimir-Effekt [Papier von Jaffe, störungstheoretisch, ...] selbst gebe ich dir Recht.

Siehe z.B.
Maggiore, p. 127
Peskin / Schroeder, p. 5
Zee, p. 56
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  #10  
Alt 19.10.20, 17:37
nancy50 nancy50 ist offline
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Standard AW: Alles nur angeregte felder ?

.... Dies trifft zum Beispiel auf das elektromagnetische Feld zu: im Vakuum existieren keine Photonen, keine elektromagnetische Wellen, auch keine statischen elektrischen oder magnetischen Felder; die Energie ist minimal (Null).
das ist es was ich nicht verstehe.
wenn keine felder da sind, kann ich doch auch nichts anregen.
also kein elektronenfeld.......folgt kein elektron kann entstehen.
beim higgsfeld ist mir der mechanismus klar...higgsfeld ist immer ! vorhanden, im ganzen universum, ein higgsteilchen kann immer und überall angeregt werden und ist in der welt wie am lhc.
wo sind denn die felder, die nur angeregt werden müssen um zu teilchen zu werden ?
n50
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