Quantenfluktuation im Vakuum

novim

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1

Montag, 1. März 2010, 22:14

Hab vor kurzem über die Quantenfluktuation im Vakuum nen Artikel gelesen bei dem mir einige Fragen aufgekommen sind. Die Quantenfluktuation an sich verstehe ich ja, allerdings wegen der Begründung dieser habe ich folgende Fragen:

Es ist begründet worden, dass laut der Heißenbergschen Unschärferelation die Energie eines Raums nicht genau bestimmt werden kann, weswegen es kein perfektes Vakuum gibt weil im perfekten Vakuum kein Teilchen wäre und die Energie damit genau 0 wäre was gegen die Heißenbergsche Unschärferelation verstoßen würde. Nun ja, nun meine Fragen:

- Gilt die Heißenbergsche Unschärferelation nicht nur für Eigenschaften von Teilchen, wie z.B. Impuls und Position?
- Wenn es kein perfektes Vakuum gibt, müsste es doch eigentlich unendlich kleine Teilchen geben weil man die Raumeinheit beliebig klein wählen könnte oder? Und damit könnte man auch die Raumeinheit kleiner wählen als ein Up-Quark, und so weiter. Irgendwann wäre man doch an einem Punkt angelangt, der kleiner ist als alle Elementarteilchen, wie kann dann trotzdem zu jeder Zeit sich an diesem Ort ein Teilchen befinden damit die Energie unbestimmt ist? Natürlich könnten immer überall Teilchen sein, aber wäre nicht auch das unlogisch?

Beschäftigt mich schon ne Weile diese Frage...

wishmoep

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Montag, 1. März 2010, 22:21

Zitat

- Gilt die Heißenbergsche Unschärferelation nicht nur für Eigenschaften von Teilchen, wie z.B. Impuls und Position?

Soweit ich weiß, gibt es allgemeine Unschärferelationen - und die zwischen Ort und Impuls wurde nach Werner Heisenberg benannt, kann mich da aber auch irren.

Zitat

Irgendwann wäre man doch an einem Punkt angelangt, der kleiner ist als alle Elementarteilchen, wie kann dann trotzdem zu jeder Zeit sich an diesem Ort ein Teilchen befinden damit die Energie unbestimmt ist?

Ich weiß nicht mehr, wo es war, aber ich meine gelesen zu haben, dass man davon ausgeht, dass das Elektron keine räumliche Ausdehnung besitzt... irgendsowas in die Richtung war das... kann mich aber auch wie oben vertuen.

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3

Dienstag, 2. März 2010, 00:16

Vielleicht interessiert dich ja folgender Artikel, denn in im Physik LK geschrieben und dann hier online gestellt hab. Könnte vielleicht einige deiner Fragen beantworten, oder, noch besser, noch mehr Fragen aufwerfen

klick!

$e^{\pi i}+1=0$

"Mathematik ist das freie Spiel mit abstrakten Denksystemen und damit höchst theoretisch. Die Anwendbarkeit auf die Realität ist eigentlich sehr erstaunlich."
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lambda

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4

Dienstag, 2. März 2010, 13:58

Zitat von »novim«

Wenn es kein perfektes Vakuum gibt, müsste es doch eigentlich unendlich kleine Teilchen geben weil man die Raumeinheit beliebig klein wählen könnte oder?

Nein, da es es für die räumliche Länge eine Grenze gibt und zwar die Planck-Länge. Bis ca. $10^{-35} \mathrm{m}$ und dann ist Schluss.

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$\\ \\ \colorbox{white}{$\textcolor{black}{R_{\mu\nu}-\dfrac{1}{2}g_{\mu\nu}R=\kappa T_{\mu\nu}}$}$

novim

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Dienstag, 9. März 2010, 13:59

Sorrym mein Computer spinnt ein bisschen im Moment deshalb die späte Antwort x.x

Zitat von »wishmoep«

Zitat

- Gilt die Heißenbergsche Unschärferelation nicht nur für Eigenschaften von Teilchen, wie z.B. Impuls und Position?

Soweit ich weiß, gibt es allgemeine Unschärferelationen - und die zwischen Ort und Impuls wurde nach Werner Heisenberg benannt, kann mich da aber auch irren.

Zitat

Irgendwann wäre man doch an einem Punkt angelangt, der kleiner ist als alle Elementarteilchen, wie kann dann trotzdem zu jeder Zeit sich an diesem Ort ein Teilchen befinden damit die Energie unbestimmt ist?

Ich weiß nicht mehr, wo es war, aber ich meine gelesen zu haben, dass man davon ausgeht, dass das Elektron keine räumliche Ausdehnung besitzt... irgendsowas in die Richtung war das... kann mich aber auch wie oben vertuen.

Hm ein Elektron keine räumliche Ausdehnung? Aber Elektronen haben doch eine Ruhemasse, auch wenn eine sehr geringe... Teilchen ohne räumliche Ausdehunng mit Ruhemasse hätten eine unendliche große Dichte, praktisch eine Singularität. Ich bin vewirrt o.O

Zitat von »lambda«

Zitat von »novim«

Wenn es kein perfektes Vakuum gibt, müsste es doch eigentlich unendlich kleine Teilchen geben weil man die Raumeinheit beliebig klein wählen könnte oder?

Nein, da es es für die räumliche Länge eine Grenze gibt und zwar die Planck-Länge. Bis ca. $10^{-35} \mathrm{m}$ und dann ist Schluss.

Interessant, also gibt es praktisch keine kleinere Raumeinheit als die Planck-Länge... Also ein perfekter Kreis ist unmöglich allein schon weil es keine perfekte Kurve geben kann.
Aber es ändert doch nichts daran, dass zu jedem Zeitpunkt, jeder Zeit ein Teilchen jede "Kubikplancklänge" "bedecken" muss oder? Anders wäre doch der energische Zustand dieser "kubikplanklänge" genau 0 was der Unschärferelation widersprechen würde. Und wäre immer überall ein Teilchen dann wäre das doch auch problematisch oder?

Und mir ist ne neue Frage gekommen: Bei den Quantenfluktuationen annhilieren doch praktisch sofort das Teilchen und das Antiteilchen. Bei der Annihilation wird doch aber nach E=mc² Energie frei. Diese Energie müsste doch messbar sein und auch deutliche Effekte haben oder? Wie stark ist überhaupt die Quantenfluktuation experimentalisch belegt?

physikus6

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Dienstag, 9. März 2010, 15:35

Zu deiner neuen Frage: Meines Wissen nach handelt sich bei den auftauchenden und wieder verschwindenden Teilchen um sogenannte virtuelle also nicht um beobachtbare Teilchen. Deshalb gibt es keinen direkter Nachweis.

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »physikus6« (9. März 2010, 21:39)

novim

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7

Montag, 29. März 2010, 00:48

Wie soll man sich diese virtuellen Teilchen vorstellen? Wenn sie nicht beobachtbar sind und bei der Annhilation keine Energie abgeben und insgesamt nicht beobachtet werden und eigentlich überhaupt keine Konsequenzen haben - inwiefern kann man dann sagen sie sind ein Element der Realität bzw es gibt sie? Klingt für mich als Laien irgendwie nach einem mathematischen Trick um einen Fehler in einer Theorie nachzubessern? Schließlich müsste zu jeder Planck-Zeit-Einheit auf jeder "Kubikplanckeinheit" ein virtuelles Teilchen sich befinden, also praktisch nie irgendwo Platz sein... Würds vergleichen mit dem Versuch die Newtonsche Gravitation zu retten indem aus dem Quadrat ein hoch 2,0000... wurde. Ich weiß es ist vermessen etwas derart komplexes als 9-Klässler anzuzweifeln aber gerade das ist doch eigentlich wichtig in der Wissenschaft oô... Eher mathematisch notwendiges Konzept als Teil der Realität?

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Montag, 29. März 2010, 01:49

Man kann die Existenz tatsächlich experimentell nachweisen. Google mal nach Casimir- Effekt.

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physikus6

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9

Dienstag, 30. März 2010, 01:03

Hier noch ein kleines Video

novim

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Mittwoch, 31. März 2010, 14:52

Interessant und wirklich sehr hilfreich, hab mir gleich noch die anderen Videos von der Sendung angeschauen *007*

Hat wirklich geholfen, der Begriff "virtuelle TEILCHEN" hat mich wohl etwas verwirrt. Nunja, es wird gesagt dass diese Nullpunktenergie der Grund für die Expansion des Universums ist. Aber war das nicht die dunkle Energie, oder werf ich da was durcheinander? Und die Expansion des Universum ist doch nicht nur eine Entfernung der Galaxien sondern ein "vergrößern" der Raumzeit oder? Wirkt diese Nullpunktenergie auf die Raumzeit und zieht diese auseinander?

Entschuldigung für die vielen Fragen, es interessiert mich eben :huh:

Edith hat nen Rechtschreibfehler verbessert.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »novim« (1. April 2010, 12:42)

lambda

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11

Mittwoch, 31. März 2010, 15:03

Zitat von »novim«

Aber war dich nicht die dunkle Energie, oder werf ich da was durcheinander?

Als ich das gesehen habe, musste ich auch ein wenig komisch gucken. Man hat ja gedacht, dass diese Vakuumenergie die dunkle Energie sein könnte, aber die Energiedichte liegt ja irgendwie um 120 Zehnerpotenzen daneben...

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vanhees71

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12

Mittwoch, 31. März 2010, 18:26

Na ja, der Trouble ist, daß die Nullpunktsenergie eines Quantenfelds (selbst eines freien) immer unendlich ist. Man muß sie immer renormieren, sodaß die Energie des Vakuums 0 ist.

Betreibt man jetzt im Standardmodell Störungstheorie gibt es aber noch eine Komplikation, nämlich die Selbstenergie des Higgsbosons. Die ist deshalb böse, weil sie quadratisch divergiert und einen Riesenbeitrag zur dunklen Energie ergibt (die besagten 120 Größenordnungen, wenn man bis zur Planckskala extrapoliert). Man muß also parameter auf 120 Stellen genau so tunen, daß es wieder paßt, und das ist eher unnatürlich. Schön wäre ein Symmetrieprinzip, das die dunkle Energie klein hält, aber sowas ist noch nicht gefunden. Das Problem mit der dunklen Energie ist das am wenigsten verstandene Problem der modernen Physik überhaupt. *smonster*