Guten Morgen, meine Frage zu den Teilchenphysikern hier im Forum laut wie folgendes. Ich lese immer wieder, dass Photonen für den Elektromagnetismus "verantwortlich" seien. Laut dem aktuellsten Modell der Elementarteilchen besteht die elektromagnetische Kraft aus dem Austausch von einem virtuellen Teilchen zB zwischen einem Elektron und Proton: nähmlich das Photon. Oft wird die Impulserhaltung zur Erklärung herangezogen. Gut...aber was passiert in der Tat?!?!? Von einem Elektron löst sich ein Photon, das das Proton erreicht, und?!?!?!? Wie "zieht" es das Proton zu dem Elektron? Wie kommt zu eienr anziehenden Kraft zustande? Selbst mit dem Modell der Impulserhaltung verstehe ich es nicht so ganz. Meiner Meinung nach, "sieht" das Proton das ankommende Photon und wuird von diesem abgestoßen, sollte der Abstand Elektron-Proton noch "größer" werden. Da das Photon keine elektrische Ladung trägt kann er selbst kein "Spielchen" mit dem geladenen Proton oder Elektron anfangen. Also...ich verstehe es nicht so ganz. Die Mathematik ist eine Sache aber ein visualisierendes Modell eine andere. Ich habe mehere Bücher gelesen (das letzte war dieses http://www.amazon.de/Bis-Innere-Protons-Elementarteilchen-Beschleuniger/dp/3642377130/ref=la_B00CRBF1MW_1_1?s=books&ie=UTF8&qid=1402217076&sr=1-1) aber...leide rnicht viel weiter gekommen. Ein super schönes Wochenende wünsche ich Euch! Gruß
Vielleicht ist es am besten, sich virtuelle Teilchen überhaupt nicht vorzustellen... In der Störungsrechnung der Quantenfeldtheorie (QFT) treten virtuelle Teilchen als Terme in den Gleichungen auf, die allerdings nicht der Energie-Impuls-Beziehung unterliegen und teilweise auch weder Energie- noch Impulserhaltung erfüllen. Stellt man die Gleichung, welche die Wechselwirkung beschreibt, als Feynman-Diagramm dar, dann ensprechen die ein- und auslaufenden Kanten den beobachtbaren, reellen Teilchen, während die virtuellen Teilchen nicht beobachtbar sind und den Knoten bzw. Kanten entsprechen, die komplett innerhalb des Diagramms bleiben. Da sie innerhalb des Diagramms bleiben, sind auch Verletzung von Energie- und Impulserhaltung kein Problem, denn sie haben keinen Effekt nach außen und sind damit ebenfalls nicht beobachtbar. Ein Teilchen borgt sich z.B. Energie aus der nahen (innerhalb des Diagramms) Zukunft, was dann im Sinner der Heisenberg'schen Unschärferelation verstanden wird. Die daraus erzielten Vorhersagen der QFT und die damit einhergehende Beschreibung der Naturprozesse haben sich als zutreffend und ausserordentlich exakt erwiesen. Die Terme für die reellen Teilchen tauchen auch in anderen Bereichen auf, z.B. als Indices in der Streumatrix. Für die virtuellen Terme ist das allerdings nicht so. Als einprägsame Veranschaulichung der Terme bzw. als Hilfsmittel beim Erstellen der Gleichungen sind Feynman-Diagramme sehr populär, andererseits verleiten sie jemand Unbedarftes gerne dazu, diese mit Elementen der Alltagserfahrung in Verbindung zu bringen — was aber wegen der o.g. Eigenschaften bzgl. Energie und Impuls zwangsläufig zu Verwirrung, Mißverständnissen oder dem kompletten Ablehnen der Theorie oder des Formalismus führen kann. Bereits bei reellen Teichen ist es überaus heikel und i.d.R. einfach nicht zutreffend, sich diese klassisch vorzustellen. Im Sinne von Occams Razor sollte man es gar verwerfen, aus dem Auftreten von Termen in der Störungsrechnung auf die Realität zu schließen. Zwar sind die Ergebnisse der QFT anerkannt, aber vielleicht käme man auch auf anderen Wegen, mit anderen Ansätzen, Gleichungen, Termen und Herleitungen zu den gleichen Aussagen. Bereits der mathematische Weg, mit dem man zu den Aussagen der QFT gelangt, ist problematisch. Weil die Anzahl der Terme in den Gleichungen unendlich groß ist [*] braucht man spezielle Mechanismen wie Renormierungen, um deren Herr zu werden und überhaupt zu Ergebnissen zu kommen. [*] Innerhalb eines Feynman-Diagramms kann man beliebig viele interne Linien einzeichnen. Elemente, die eine Kante aufspalten und wieder vereinen, können ad infimum rekursiv eingesetzt werden. Die Wahrscheinlichkeit eines Zweiges wird irgendwann so klein, daß man weitere Verzeigungen irgendwann ignoriert. Insbesondere können auch Diagramme ohne Beteiligung reeler Teilchen betrachtet werden, was dann als "Vakuumfluktuation" bezeichnet wird. Bislang ist man auch daran gescheitert, die Gravitation mit ähnlichen Werkzeugen zu modellieren: Die sich ergebenden Gleichungen sind nicht renormierbar und damit unbrauchbar — wie einfach und elegant ist dagegen Einsteins Darstellung der Gravitation als geometrischer Effekt, der Krümmung der Raumzeit! Dort tritt dann die Gravitation selbst garnicht mehr als Kraft auf.
Volle Zustimmung zu Johann L. . Noch als Zusatz vielleicht warum diese 'Interpretation' so populär wurde: Das Coulomb 1/r^2 Gesetz ist etwas was man so genau mit einer Teilchenstrom Austausch WW erwarten würde.
Wow! Vielen Dank für die ausführlichen Antworte. Ich hatte das Gefühl, das mit dem virtuellen Teilchen verrwirrend sei. Gut...nun schaue ich mir nochmal das Ganze an.... sehr wahrschenilich melde ich mich wieder. Danke und Gruß! Schönen Pfinnstmontag!
Das den einzelnen Terme der Störungsrechnung keine Realität zukommt, ist vielleicht mal ganz schön vom Meister selber zu hören: https://www.youtube.com/watch?v=72us6pnbEvE (Frage startet ab Minute 10, ab 15 wirds sehr interessant)
Johann L. schrieb: > Bislang ist man auch daran gescheitert, die Gravitation mit ähnlichen > Werkzeugen zu modellieren: Die sich ergebenden Gleichungen sind nicht > renormierbar und damit unbrauchbar — wie einfach und elegant ist dagegen > Einsteins Darstellung der Gravitation als geometrischer Effekt, der > Krümmung der Raumzeit! Naja, einfach, das ist relativ... die Mathematik, die die Relativitätstheorie benutzt - Tensoren und Tensoranalysis -, ist ebenfalls ein ganz hartes Brot. Der Kram wurde erst 1899 erfunden und von den Mathematikern anfänglich wenig beachtet, so daß Einstein während seiner krampfhaften Suche nach einer mathematischen Struktur seiner verallgemeinerten Relativitätstheorie erst von seinem Kumpel Marcel Grossmann den Hinweis erhielt "Du Albert, die Italiener haben da vor zehn Jahren was veröffentlicht, womit Du eventuell die Verformung der Raumzeit und diesen ganzen Hickhack als Gleichungen hinschreiben könntest." Wir hatten als Ingenieure im Rahmen des 5. Mathesemesters u.a. "Einführung in die Höhere Analysis", d.h. Tensorkalkül, und ich erinnere mich, daß ich fast erblindete bei diesem Wirrwarr von Indizes oben, unten, rechts, links. Meine Herren! Was ich an der Uni so vom Stöhnen der Physikkommilitonen gehört habe, ist der Krempel ähnlich kompliziert, wenn auch ganz anders, wie die mathematische Struktur der Quantenmechanik.
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