dunkle Materie und eine mögliche Quelle!?

[Amelissan]

Mir persönlich gefällt ja die DM Theorie lieber, aber ich bin der MOND nicht verschlossen. Aber kann diese eigentlich auch den Bullet-Cluster erklären?

Naja es gibt ja nicht nur DIE MOND-Theorie, sondern wie bei DM gibt's da auch mehrere Ansätze. Aber soweit ich weiß kann da keiner bisher die Microlensing-Befunde in Bullett oder Abell etc. erklären.

[Hades]

Naja es gibt ja nicht nur DIE MOND-Theorie, sondern wie bei DM gibt's da auch mehrere Ansätze. Aber soweit ich weiß kann da keiner bisher die Microlensing-Befunde in Bullett oder Abell etc. erklären.

Ich schrieb ja nicht MOND-Theorie nur MOND. Also modifizierte newtonsche Dynamik.

[Halman]

wie ich schon sagte:

Man könnte zwar jetzt vermuten, dass du hier in eine solche Richtung gehenden Darstellungen aus diversen populärwissenschaftlichen Quellen zitierst. Das kann es aber eigentlich nicht sein, da ich dich bereits mehrfach über den Wahrheitsgehalt solcher Darstellungen unterrichtet habe.

Also, ich habe mal dem Begriff Vakuumfluktuationen als Suchparameter benutzt. Im Laufe der Jahre hast Du es mehrfach einigen Foristen erklärt, aber wann sprachen wir darüber? Soweit ich mich erinnere, ging es bei uns eher um virtuelle Teilchen.

Da erinnere ich mich an unsere erste Diskussion. Damals erklärtest Du mir lediglich:

so wie Hawking das mit den virtuellen Teilchen darstellt, ist das auch reichlich daneben. Er motiviert ja dazu, sich diese als umherfliegende Teilchen vorzustellen, lediglich mit dem Zusatz, dass sie in einem Teilchendetektor nicht nachweisbar seien.

Auch später ging es bei unseren Diskussionen häufiger um virtuelle Teilchen, aber daran, dass wir explizit Vakuumfluktuationen besprochen hätten, kann ich mich zurzeit nicht erinnern. Aber vielleicht ist es mir auch nur entfallen, denn folgende Frage, welche ich Dir mal stellte, verrät, dass ich da wohl nicht ganz unwissend war:

Kommt dieser Symmetriebruch durch die Unschärfe der Quantenfelder zustande – spielen hier also Vakuumfluktuationen eine Rolle?

du hast ihn wohl eher richtig interpretiert, und er hat einfach nur dummes Zeug erzählt.

Nun, ich versuche mich auch über Wikipedia-Artikel ein bisschen weiterzubilden. Das "dumme Zeug", welches in den einen Artikel enthalten ist, hat mich leider verwirrt.

gut, dann ist deine Antwort falsch. Und wie ich schon sagte:

Man könnte zwar jetzt vermuten, dass du hier in eine solche Richtung gehenden Darstellungen aus diversen populärwissenschaftlichen Quellen zitierst. Das kann es aber eigentlich nicht sein, da ich dich bereits mehrfach über den Wahrheitsgehalt solcher Darstellungen unterrichtet habe.

Hatte ich Dich nicht schon mehrfach darauf hingewiesen, dass ich größte Probleme damit habe, die Quantenfeldtheorie nachzuvollziehen? Auf diesem Gebiet habe ich erhebliche Verständnisprobleme.

warum gibst du sie dann?

Weil Du mich darum gebeten hattest. Da meine erste Erwiderung auf Deine Frage von Dir nicht als Antwort auf Deine Frage gewertet wurde, habe ich die Antwort gem. dem falschen Gedankengang, der meiner Erwiderung in Posting #204 vom 27.01.2013 zugrunde lag, nachgeliefert (denke Dir die Antwort einfach anstelle der unbefriedigenden Erwiderung vom 27.01.13).
Außerdem war es nützlich, denn so stelltest Du unmissverständlich klar, dass mein Gedankengang, wie ich inzwischen vermutete, falsch war.

oh, Wechselwirkungen kann es durchaus geben, nämlich zwischen den Vakuumfluktuationen der unterschiedlichen Felder. Im Feynman-Diagramm sieht das dann so aus, dass nur innere Linien, also nur virtuelle Teilchen, auftreten, aber keine äußeren.

Genau diese Information fehlt mir. Danke!

bei den Vakuumfluktuationen selbst nicht, bei den Wechselwirkungen zwischen ihnen schon. Zum Beispiel gibt es ein Feynman-Diagramm mit zwei Vertices, zwischen denen eine innere Photonenlinie, eine innere Elektronenlinie und eine innere Positronenlinie verlaufen. Dieses Diagramm symbolisiert die Wechselwirkung zwischen den Vakuumfluktuationen des EM-Feldes und des Elektronenfeldes.

Also treten bei den Wechselwirkungen zwischen den Quantenfeldern doch virtuelle Teilchen auf? (Nun darf ich nicht den Fehler machen, die Vakuumfluktuationen mit den Wechselwirkungen durcheinander zu bringen. Dazu neige ich leider, wenn mich Themenfelder überfordern. )

den Terminus "spontane Vakuumflukationen" kennt die QFT nicht. Sie kennt einfach Vakuumflukationen. An denen ist nichts, was spontan oder unspontan sein könnte.

Den Terminus habe ich von Frank Wilczek aufgegriffen.
Virtuelles Teilchen ? Wikipedia

Fluktuationen der Feldstärke bedeuten, dass die Feldstärke keinen scharfen Wert hat, virtuelle Teilchen entsprechen einer Wechselwirkungsvermittlung durch das jeweilige Feld.

Danke für die Erkärung.

An die Vorstellung, dass es im Vakuum - ganz ohne Teilchen - zu Wechselwirkungen kommt, muss ich mich erst mal gewöhnen. Über diese Felder möchte ich mehr erfahren.

dann hat er wohl unrecht. Während es bei Fluktuationen nicht in sinnvoller Weise möglich ist, sie als spontan oder unspontan einzustufen, kann man bei Wechselwirkungen definitiv sagen, dass sie nicht spontan sind.

Frank Wilczek ist aber ein Physiker und Nobelpreisträger und daher durfte ich annehmen, dass er weiß, wovon er spricht.

das betrifft Vakuum-Diagramme. Die beschreiben nicht die Vakuumfluktuationen selbst, sondern die Wechselwirkungen zwischen ihnen.

Die Wechselwirkungen zwischen den Vakuumfluktuationen?

den Terminus "spontane Fluktuation" gibt es in der QFT nicht. Es gibt Fluktuationen, die sind aber weder spontan oder unspontan, noch lässt sich von ihnen die Einzahl im Sinne einer einzelnen, abgrenzbaren Fluktuation bilden. Fluktuationen der Feldstärke bedeuten einfach, dass der genaue Wert der Feldstärke unbestimmt ist. Eine Anregung ist demgegenüber ein angeregter Zustand. Die Amplitude der Feldschwingungen ist in einem angeregten Zustand größer als im Grundzustand (Vakuumzustand). Sowohl in einem angeregten Zustand als auch im Grundzustand ist aber der genaue Wert der Feldstärke unbestimmt, d.h. die Feldstärke fluktuiert, oder anders: es sind Feldfluktuationen vorhanden.

Danke für die gute Erläuterung, Agent Scullie.

Äpfel und Birnen sind auch beide Realität, sind trotzdem nicht dasselbe.

Beim oberflächlichem Hinschauen sehen sie aber ähnlich aus. Erst, wenn ich die Früchte koste, wird mir der Unterschied bewusst.
Beim "Kosten" der Quantenfeldtheorie habe ich leider erhebliche Verdauungsprobleme.

"die spontane Fluktuation" gibt es nicht.

Laut dem Physiker Frank Anthony Wilczek schon (sofern das Zitat in Wikipedia korrekt ist).

deine Prämissenmenge ist falsch. Virtuelle Teilchen werden nicht als spontane Fluktuationen von Feldern definiert.

Ja, da hast Du recht. Dies war genau mein Irrtum.

mit den Schwingungen einer Saiten vergleichen lassen sich nur freie Felder, also Felder ohne Wechselwirkung mit anderen Feldern, beim EM-Feld z.B. das freie Strahlungsfeld. Wenn Felder mit anderen Feldern wechselwirken, z.B. das EM-Feld mit ladungstragenden Materiefeldern wie dem Elektronenfeld, ist das Bild der schwingenden Saite nicht mehr passend.

Sofern ich Deine Erläuterung richtig verstehe, könnte man die Feldfluktuationen mit Schwingungen von Saiten vergleichen.

Nur Anfangs- und Endzustände von Wechselwirkungsprozessen lassen sich dann mit dem Bild der schwingenden Saite beschreiben. Das ist gerade die Herangehensweise der Störungsrechnung.

Die Störungsrechnung hast Du schon öfters erwähnt, aber leider habe ich nie so recht verstanden, wovon die Rede war. Darf ich das so verstehen, dass Feldfluktuationen als Störungen der Quantenfelder aufgefasst werden?

nichts.

Nun könnte es mir schnell passieren, dass ich die Anregungen von Quantenfeldern (welche ich als Quantenobjekte kenne), die ich versuche als Schwingungen der Quantenfelder zu begreifen, mit den "Schwingungen von Saiten" (Vakuumfluktuationen) verwechsle.

Wechselwirkungen sind Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Feldern, z.B. EM-Feld <-> Elektronenfeld. Anregungen sind angeregte Zustände asymptotisch freier Felder, d.h. von Feldern, die näherungsweise als wechselwirkungsfrei betrachtet werden können.

Hm - ist beim Beta-Zerfall nicht eine Wechselwirkung eines Quantenfeldes in Form eines W-Bosons beteiligt? Das Neutron, welches zum Proton zerfällt, besteht doch aber aus drei Quarks, also Anregungen des Quarkfeldes, welches mir nicht als näherungsweise wechselwirkungsfrei erscheint.

zunächst einmal ist das Bild der schwingenden Saite nur in Abwesenheit von Wechselwirkungen zutreffend. Den Fall, dass die Saite nur kurz schwingt und dann aufhört zu schwingen, kann es nicht geben, da auch im Grundzustand Fluktuationen vorhanden sind, die Saite also auch im Grundzustand schwingt. Was wohl passieren kann, ist, dass die Saite für einen kurzen Zeitraum in einen angeregten Zustand übergeht, also stärker schwingt als im Grundzustand. Für diesen Zeitraum ist dann ein (reales) Teilchen vorhanden. Allerdings ist der Übergang aus dem Grundzustand in diesen angeregten Zustand nicht spontan, er kann nur durch eine Wechselwirkung mit einem anderen Feld verursacht werden. Für den Zeitraum dieser Wechselwirkung ist das Bild der schwingenden Saite nicht anwendbar, da das Feld dann nicht asymptotisch frei ist. Erst nach Abklingen der Wechselwirkung ist es wieder anwendbar. Wenn der angeregte Zustand aber nur kurze Zeit Bestand haben soll, muss alsbald eine weitere Wechselwirkung her, die den Übergang zurück in den Grundzustand auslöst. Während die aktiv ist, ist das Bild der schwingenden Saite abermals nicht anwendbar.

Oh, ich denke hier steht schon die Antwort auf meine obige Frage zum Beta-Zerfall. Also sind die Felder, in denen sich reale Teilchen befinden, noralerweise näherungsweise wechselwirkungsfrei. Ausnahmen bilden die Wechselwirkungen, wie bspw. der oben von mir angeführte Beta-Zerfall.

Am Anfang und am Ende des kurzen Vorhandenseins der Anregung registrieren wir also eine WW.

Meinst Du dies mit "näherungsweise wechselwirkungsfrei", weil die Wechselwirkungen so kurz sind?

in der Tat.

Also sind die Felder fundamentaler als die Teilchen, die ja nur Anregungen der Felder sind. Im nächsten Schritt frage ich mich, ob es möglich ist, die vielen Quantenfelder zu einem Feld zu vereinheitlichen.

[Agent Scullie]

Also treten bei den Wechselwirkungen zwischen den Quantenfeldern doch virtuelle Teilchen auf?

ja sicher treten bei den Wechselwirkungen zwischen den Feldern virtuelle Teilchen auf (bzw. etwas, das man als "Austausch virtueller Teilchen" bezeichnet). Sagte ich irgendetwas dem entgegenstehendes?

Den Terminus habe ich von Frank Wilczek aufgegriffen.
Virtuelles Teilchen ? Wikipedia

dann hat er halt unrecht.

An die Vorstellung, dass es im Vakuum - ganz ohne Teilchen - zu Wechselwirkungen kommt, muss ich mich erst mal gewöhnen. Über diese Felder möchte ich mehr erfahren.

nun, wenn zwei Felder aneinander koppeln - z.B. ein ladungstragendes Materiefeld und das EM-Feld - und außerdem im Vakuumzustand fluktuieren, dann liegt es eigentlich nahe, dass die Fluktuationen der beiden Felder aufeinander einwirken.

Frank Wilczek ist aber ein Physiker und Nobelpreisträger und daher durfte ich annehmen, dass er weiß, wovon er spricht.

tja, weiß ich auch nicht, wie er zu seiner Aussage gelangt.

Die Wechselwirkungen zwischen den Vakuumfluktuationen?

genau die.

Sofern ich Deine Erläuterung richtig verstehe, könnte man die Feldfluktuationen mit Schwingungen von Saiten vergleichen.

insofern, als dass die Saite stets fluktuiert und daher auch im Grundzustand nicht vollkommen in Ruhe ist.

Die Störungsrechnung hast Du schon öfters erwähnt, aber leider habe ich nie so recht verstanden, wovon die Rede war. Darf ich das so verstehen, dass Feldfluktuationen als Störungen der Quantenfelder aufgefasst werden?

nein, du darfst das so verstehen, dass die Wechselwirkungen zwischen den Feldern als Störung der wechselwirkungsfreien Felder behandelt werden. Die Fluktuationen gibt es ja auch bei den wechselwirkungsfreien (= ungestörten) Feldern.

Nun könnte es mir schnell passieren, dass ich die Anregungen von Quantenfeldern (welche ich als Quantenobjekte kenne), die ich versuche als Schwingungen der Quantenfelder zu begreifen, mit den "Schwingungen von Saiten" (Vakuumfluktuationen) verwechsle.

eher verwechselst du die Schwingungen der Saiten mit den Vakuumfluktuationen. Die Anregungen der Quantenfelder sind in dem von dir angeregten Bild ja die Schwingungen der Saiten.

Hm - ist beim Beta-Zerfall nicht eine Wechselwirkung eines Quantenfeldes in Form eines W-Bosons beteiligt? Das Neutron, welches zum Proton zerfällt, besteht doch aber aus drei Quarks, also Anregungen des Quarkfeldes, welches mir nicht als näherungsweise wechselwirkungsfrei erscheint.

auch wenn es dir nicht so erscheint, ist es trotzdem so. Innerhalb eines Hadrons - z.B. Neutrons - lassen sich Quarks als wechselwirkungsfrei beschreiben. Erst wenn sie versuchen, das Hadron zu verlassen, schlägt die starke WW zu. Allerdings kommt man auch dann, wenn man Teilchen, die eigentlich gerade wechselwirken, als wechselwirkungsfrei behandelt, zuweilen zu erstaunlich zutreffenden Ergebnissen. Ein Beispiel hierfür ist die Berechnung des Lamb-Shifts für ein Elektron in einem Atom. Dabei behandelt man das Elektron so, als sei es frei - was es als Elektron in einem Atom natürlich nicht ist.

Meinst Du dies mit "näherungsweise wechselwirkungsfrei", weil die Wechselwirkungen so kurz sind?

nein, mit näherungsweise wechselwirkungsfrei meine ich, dass die Teilchen als wechselwirkungsfrei behandelt werden können, was sie aber natürlich nur näherungsweise sind, da sie eigentlich immer irgendwie wechselwirken. Es kommt halt nur darauf an, dass über einen gewissen Zeitraum die Wechselwirkung besonders stark ist, so dass sich ihre Auswirkungen vorwiegend in diesem Zeitraum manifestieren und man sie außerhalb dieses Zeitraumes daher vernachlässigen kann. Dazu müssen die Wechselwirkungen nicht kurz sein, der betreffende Zeitraum kann ja beliebig lang sein.

Das "klassische" Beispiel für eine Wechselwirkung, die mit der Störungsrechnung beschreibbar ist, ist ein Streuprozess: zwei Teilchen fliegen aufeinander zu, wechselwirken während der Phase größter Annäherung, und fliegen dann wieder voneinander fort. Vor und nach der Phase der Annäherung kann man sie als näherungsweise wechselwirkungsfrei behandeln, die hauptsächliche Wechselwirkung findet nur in der Zeitspanne statt, in der sie nahe beieinander sind.

Also sind die Felder fundamentaler als die Teilchen, die ja nur Anregungen der Felder sind. Im nächsten Schritt frage ich mich, ob es möglich ist, die vielen Quantenfelder zu einem Feld zu vereinheitlichen.

das hat dann allerdings mit der QFT an sich nicht mehr viel zu tun.

[Thomas W. Riker]

Im März wurden die Ergebnisse der ersten 1 1/2 Jahre Beobachtungszeit von Planck vorgestellt:
Die Messung der Schwankung der Hintergrundstrahlung durch COBE und WMAP wurde präziser bestätigt: Es gibt einen 'Cold Spot' und die Schwankungen im Universum liegen im Bereich von < 1000 µKelvin. (Karte in Sterne und Weltraum Mai 2013, S. 12 und 13).
Vor Planck wurden ff Werte angegeben:
Dunkle Energie 72,8% Dunkle Materie 22,7% Materie 4,5%
nach Planck:
Dunkle Energie 68,3% Dunkle Materie 26,8% Materie 4,9%
Der Hubble- Parameter hat sich gegenüber den Werten von Spitzer verändert:
Vorher 74,3 +/- 1,2 km/sec pro Mparsec, jetzt 67,15 +/- 1,2 km/sec pro Mparsec.
Damit wird das Alter des Universums auf 13,82 Mrd Jahre verändert

Sterne und Weltraum Mai 2013, S.26f

Ade, P.A.R. et al.: Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results. In: Astronomy & Astrophysics (eingereicht), 2013.
arXiv:1303.5062

Weltraumteleskop Planck: erste Ergebnisse - Sterne und Weltraum

[Halman]

ja sicher treten bei den Wechselwirkungen zwischen den Feldern virtuelle Teilchen auf (bzw. etwas, das man als "Austausch virtueller Teilchen" bezeichnet). Sagte ich irgendetwas dem entgegenstehendes?

Nein, ich wollte mich nur vergewissern, dass ich es richtig verstanden habe.

Aufgrund eines Buchtipps habe ich im Astro-Lexikon des Astrophysikers Dr. Andreas Müller unter dem Begriff Quantenvakuum nachgeschaut. Da dieses Lexikon von einem Fachmann verwaltet wird und imho über Populärwissenschaft hinaus geht, bringe ich dieser Quelle Vertrauen entgegen.
Wie Du weiß, bringe ich auch Deinen fachlich fundierten und ehrlichen Postings großes Vertrauen entgegen. Verwirrend wird es für mich allerdings dann, wenn sich zwei vertrauenswürdige Quellen scheinbar einander widersprechen. Die für mich wahrscheinlichste Erklärung ist, dass ich es schlicht missverstehe.

Unter dem Abschnitt "Nichts" heißt es im Astro-Lexikon:

Es stellt sich heraus, dass es prinzipiell unmöglich ist, einen Raumbereich völlig von Teilchen zu entleeren. Das widerspricht selbstverständlich jeder klassischen Denkweise - ist jedoch quantenphysikalisch richtig und erklärbar.

Spielt dies auf die Wechselwirkungen zwischen den Quantenfeldern an? Denn wenn nur auf diese Weise virtuelle Teilchen in einem Vakuum auftauchen können, muss ich annehmen, dass dies die Ursache für die virtuellen Teilchenpaare ist. Denn unter dem Begriff Vakuumfluktuationen wird ausgeführt:

Gemäß der Heisenbergschen Unschärferelation kann man bei der Interpretation als Energie-Zeit-Unschärfe dem Vakuum für sehr kurze Zeit Energie entziehen. Aus diesen Energieportionen können sich virtuelle Teilchenpaare bilden, bestehend aus Teilchen (z.B. Elektron) und zugehörigem Antiteilchen (z.B. Positron), die nach Verrinnen der kurzen Zeiten wieder verschwinden. Diesen Vorgang nennt man auch Vakuumpolarisation. Das Quantenvakuum ist also bildlich gesprochen ein 'ständig brodelnder See aus Teilchen und Antiteilchen', die entstehen und vergehen. Ein anderer, oft bemühter Begriff ist der der Vakuumfluktuationen.

Dabei musste ich sogleich an die Hawking-Strahlung denken. Unter dem Abschnitt "Alles klar! Jetzt bitte mal für Menschen wie Du und ich", dem Punkt (1), heißt es:

[Nebenbemerkung: Indirekt ist dieses Phänomen bei der Lamb-Shift, einer Verschiebung der Spektrallinien, im Wasserstoffspektrum messbar. Das bedeutet, dass das Konzept der virtuellen Teilchenpaare keine Hypothese, sondern eine im Experiment verifizierte Tatsache ist!]
Materialisiert sich ein solches Paar nahe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches, so ist es möglich, dass eines der Teilchen in das Schwarze Loch fällt, während das andere ins Unendliche entweicht (siehe Abbildung rechts, rotes Teilchenpaar). Diese Trennung kann beispielsweise durch Gezeitenkräfte bewirkt werden. Aus dem virtuellen Teilchen wird so ein reales, ein messbares Teilchen.

Wenn Schwarze Löcher Hawking-Strahlung emittieren, dann muss doch das Vakuum mit virtuellen Teilchenpaaren angefüllt sein. Oder habe ich es gründlich missverstanden?

dann hat er halt unrecht.

Angesichts dessen, dass Prof. Lawrence M. Krauss im vorletzten Absatz seines Vorwortes seines populären Buches Ein Universum aus Nichts ... und warum da trotzdem etwas ist insbesondere Alan Guth und Frank Wilczek unter äußerst kenntnisreiche Physikerkollegen nennt und sich bei ihnen ganz besonders bedankt, ist dies für mich schon überraschend.

nun, wenn zwei Felder aneinander koppeln - z.B. ein ladungstragendes Materiefeld und das EM-Feld - und außerdem im Vakuumzustand fluktuieren, dann liegt es eigentlich nahe, dass die Fluktuationen der beiden Felder aufeinander einwirken.

Ja, dass leuchtet mir ein.

insofern, als dass die Saite stets fluktuiert und daher auch im Grundzustand nicht vollkommen in Ruhe ist.

Ja, richtig - daraus folgt ja auch, dass die Temperatur immer >0° K ist.
(Hier ist nicht von Teilchen die Rede, sondern von der Unschärfe der Quantenfelder.)

nein, du darfst das so verstehen, dass die Wechselwirkungen zwischen den Feldern als Störung der wechselwirkungsfreien Felder behandelt werden. Die Fluktuationen gibt es ja auch bei den wechselwirkungsfreien (= ungestörten) Feldern.

Das ist ja interessant. Wenn es also zur Wechselwirkung zwischen den Quantenfeldern kommt, und so virtuelle Teilchen in Erscheinung treten, liegt also eine Störung zwischen Feldern vor.

eher verwechselst du die Schwingungen der Saiten mit den Vakuumfluktuationen. Die Anregungen der Quantenfelder sind in dem von dir angeregten Bild ja die Schwingungen der Saiten.

Gerade fällt mir auf, dass wir hier zwei verschiedene Dinge (siehe rote Hinweise) diskutieren, die beide mit schwingenden Saiten verglichen werden.
(Hier ist von Teilchen die Rede.)

auch wenn es dir nicht so erscheint, ist es trotzdem so. Innerhalb eines Hadrons - z.B. Neutrons - lassen sich Quarks als wechselwirkungsfrei beschreiben. Erst wenn sie versuchen, das Hadron zu verlassen, schlägt die starke WW zu. Allerdings kommt man auch dann, wenn man Teilchen, die eigentlich gerade wechselwirken, als wechselwirkungsfrei behandelt, zuweilen zu erstaunlich zutreffenden Ergebnissen. Ein Beispiel hierfür ist die Berechnung des Lamb-Shifts für ein Elektron in einem Atom. Dabei behandelt man das Elektron so, als sei es frei - was es als Elektron in einem Atom natürlich nicht ist.

Danke für die Erklärung. Gerade habe ich das Bild eines Neutrons vor Augen. Die Gluonen "kleben" die Quarks gewissermaßen zusammen. Die hellen "Zickzacklinien" in der Grafik stelle ich mir gerne als Federn vor, derren Spannung immer größer wird, je mehr ein Quark versuchen würde, aus dem Trio zu entkommen.

Was bedeutet Lamb-Shift?

nein, mit näherungsweise wechselwirkungsfrei meine ich, dass die Teilchen als wechselwirkungsfrei behandelt werden können, was sie aber natürlich nur näherungsweise sind, da sie eigentlich immer irgendwie wechselwirken. Es kommt halt nur darauf an, dass über einen gewissen Zeitraum die Wechselwirkung besonders stark ist, so dass sich ihre Auswirkungen vorwiegend in diesem Zeitraum manifestieren und man sie außerhalb dieses Zeitraumes daher vernachlässigen kann. Dazu müssen die Wechselwirkungen nicht kurz sein, der betreffende Zeitraum kann ja beliebig lang sein.

Wenn also alle Quarks artig an ihrem Platz bleiben, verweilen sie näherungsweise wechselwirkungsrei im Nukleon.

Das "klassische" Beispiel für eine Wechselwirkung, die mit der Störungsrechnung beschreibbar ist, ist ein Streuprozess: zwei Teilchen fliegen aufeinander zu, wechselwirken während der Phase größter Annäherung, und fliegen dann wieder voneinander fort. Vor und nach der Phase der Annäherung kann man sie als näherungsweise wechselwirkungsfrei behandeln, die hauptsächliche Wechselwirkung findet nur in der Zeitspanne statt, in der sie nahe beieinander sind.

Danke für die ausführliche Erklärung, Agent Scullie.

das hat dann allerdings mit der QFT an sich nicht mehr viel zu tun.

Stimmt, da wage ich mich bereits auf die Quantengravitation vor.

Im März wurden die Ergebnisse der ersten 1 1/2 Jahre Beobachtungszeit von Planck vorgestellt:
Die Messung der Schwankung der Hintergrundstrahlung durch COBE und WMAP wurde präziser bestätigt: Es gibt einen 'Cold Spot' und die Schwankungen im Universum liegen im Bereich von < 1000 µKelvin. (Karte in Sterne und Weltraum Mai 2013, S. 12 und 13).
Vor Planck wurden ff Werte angegeben:
Dunkle Energie 72,8% Dunkle Materie 22,7% Materie 4,5%
nach Planck:
Dunkle Energie 68,3% Dunkle Materie 26,8% Materie 4,9%
Der Hubble- Parameter hat sich gegenüber den Werten von Spitzer verändert:
Vorher 74,3 +/- 1,2 km/sec pro Mparsec, jetzt 67,15 +/- 1,2 km/sec pro Mparsec.
Damit wird das Alter des Universums auf 13,82 Mrd Jahre verändert

Sterne und Weltraum Mai 2013, S.26f

Ade, P.A.R. et al.: Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results. In: Astronomy & Astrophysics (eingereicht), 2013.
arXiv:1303.5062

Weltraumteleskop Planck: erste Ergebnisse - Sterne und Weltraum

Das ist ja hoch interessant. Danke für die aktuellen und genauen Informationen, Thomas W. Riker.

Ich habe mal gelesen, dass die Bilanz des Universum genau ausgegleichen ist und der Raum deshalb eine verschwindene Krümmung aufweise. Liegt die Masse des Universums nach den neuen Zahlen noch genau im kritischen Bereich?

[Agent Scullie]

Aufgrund eines Buchtipps habe ich im Astro-Lexikon des Astrophysikers Dr. Andreas Müller unter dem Begriff Quantenvakuum nachgeschaut. Da dieses Lexikon von einem Fachmann verwaltet wird und imho über Populärwissenschaft hinaus geht, bringe ich dieser Quelle Vertrauen entgegen.

das solltest du allerdings nur in begrenztem Maße tun.

Wie Du weiß, bringe ich auch Deinen fachlich fundierten und ehrlichen Postings großes Vertrauen entgegen. Verwirrend wird es für mich allerdings dann, wenn sich zwei vertrauenswürdige Quellen scheinbar einander widersprechen. Die für mich wahrscheinlichste Erklärung ist, dass ich es schlicht missverstehe.

die trifft in diesem Fall jedoch nicht zu. Die Erklärung ist hier, dass die Darstellung im Astro-Lexikon schlicht falsch ist.

Unter dem Abschnitt "Nichts" heißt es im Astro-Lexikon:

Spielt dies auf die Wechselwirkungen zwischen den Quantenfeldern an?

nein, es bedeutet einfach, dass die Darstellung im Astro-Lexikon ein weiteres Exemplar der (falschen) Darstellung ist, im Quantenvakuum würden fortwährend virtuelle Teilchenpaare entstehen. Da diese Darstellung falsch ist, lohnt sich jedes weitere Nachdenken darüber nicht.

Im Vakuumzustand der QFT sind keine Teilchen vorhanden, daher ist ein Raumbereich durchaus völlig von Teilchen entleerbar.

Denn wenn nur auf diese Weise virtuelle Teilchen in einem Vakuum auftauchen können, muss ich annehmen, dass dies die Ursache für die virtuellen Teilchenpaare ist.

nein, du musst dann annehmen, dass die Darstellung mit den virtuellen Teilchenpaaren im Quantenvakuum schlicht falsch ist.

Dabei musste ich sogleich an die Hawking-Strahlung denken. Unter dem Abschnitt "Alles klar! Jetzt bitte mal für Menschen wie Du und ich",

den Abschnitt vergiss lieber ganz schnell. Halte dich lieber an die beiden Abschnitte darüber.

Wenn Schwarze Löcher Hawking-Strahlung emittieren, dann muss doch das Vakuum mit virtuellen Teilchenpaaren angefüllt sein.

wie kommst du denn auf die Idee? Ach ja: durch die unseriösen Quellen, die du gelesen hast. Vergiss die lieber ganz schnell.

Oder habe ich es gründlich missverstanden?

nein, du stützt dich nur auf unzutreffende Darstellungen.

Angesichts dessen, dass Prof. Lawrence M. Krauss im vorletzten Absatz seines Vorwortes seines populären Buches Ein Universum aus Nichts ... und warum da trotzdem etwas ist insbesondere Alan Guth und Frank Wilczek unter äußerst kenntnisreiche Physikerkollegen nennt und sich bei ihnen ganz besonders bedankt, ist dies für mich schon überraschend.

dann sei überrascht.

Ja, richtig - daraus folgt ja auch, dass die Temperatur immer >0° K ist.

nein, warum das denn? Selbstverständlich gibt es in der QFT den Zustand T = 0.

Das ist ja interessant. Wenn es also zur Wechselwirkung zwischen den Quantenfeldern kommt, und so virtuelle Teilchen in Erscheinung treten, liegt also eine Störung zwischen Feldern vor.

ich würde nicht von einer Störung zwischen den Feldern sprechen, sondern von einer Störung der Felder.

Was bedeutet Lamb-Shift?

der Lamb-Schift bedeutet, dass im Atom besonders bei denjenigen Elektronen-Wellenfunktionen, deren Betragsquadrat im Kern sehr groß ist, also vornehmlich s-Wellenfunktionen (1s, 2s, ...), die Energie etwas von dem Wert abweicht, der sich durch Lösen der Schrödingergleichung ergibt. Als Ursache hierfür gelten Vakuumfluktuationen des EM-Feldes.

[Halman]

das solltest du allerdings nur in begrenztem Maße tun.

Das ist schade.

die trifft in diesem Fall jedoch nicht zu. Die Erklärung ist hier, dass die Darstellung im Astro-Lexikon schlicht falsch ist.

Auf der einen Seite ist dies natürlich schön für mich, zu erfahren, dass ich es doch einigermaßen richtig verstanden habe, aber auf der anderen Seite ist es natürlich schade, dass auch diese Quelle die üblichen Fehler aufweist. Allerdings ergibt sich nun für mich wieder ein in sich logisch konsistentes Bild - danke.

nein, es bedeutet einfach, dass die Darstellung im Astro-Lexikon ein weiteres Exemplar der (falschen) Darstellung ist, im Quantenvakuum würden fortwährend virtuelle Teilchenpaare entstehen. Da diese Darstellung falsch ist, lohnt sich jedes weitere Nachdenken darüber nicht.

okay

Im Vakuumzustand der QFT sind keine Teilchen vorhanden, daher ist ein Raumbereich durchaus völlig von Teilchen entleerbar.

Aber was ist dann das "Nichts", von dem Prof. Lawrence M. Krauss spricht? Immerhin kann ihmzufolge daraus unser Universum hervorgegangen sein.

nein, du musst dann annehmen, dass die Darstellung mit den virtuellen Teilchenpaaren im Quantenvakuum schlicht falsch ist.

Aber wie ensteht dann die Hawking-Strahlung?

den Abschnitt vergiss lieber ganz schnell. Halte dich lieber an die beiden Abschnitte darüber.

Leider ist das Fachchinesisch für mich zu schwer. Also habe ich die Wahl zwischen für mich unverständlichem, fachlich korrekten Beschreibungen, und verständlichen, aber fachlich inkorrekten Darstellungen.

wie kommst du denn auf die Idee? Ach ja: durch die unseriösen Quellen, die du gelesen hast. Vergiss die lieber ganz schnell.

okay. Aber wenn ich es vergesse, erhalte ich ein "geistiges Vakuum" und die Natur verabscheut ein Vakuum.

nein, du stützt dich nur auf unzutreffende Darstellungen.

Welche Darstellung ist dann zutreffend?

dann sei überrascht.

Wenn Krauss Wilczek zusammen mit Guth lobend hervorhebt und Wilczek in Wikipedia wörtlich zitiert wird, und ich dann erfahre, dass diese Aussage falsch ist, dann bin ich der Tat etwas überrascht.

nein, warum das denn? Selbstverständlich gibt es in der QFT den Zustand T = 0.

Irrtümlich nahm ich an, dass die Unschärfe der Quantenfelder zu einer geringen Temperatur >0° K führt.
Vor einiger Zeit habe ich mal aufgeschnappt, dass es unmöglich ist, ein Objekt auf genau 0° K abzukühlen. Da habe ich wohl was durcheinander gebracht, schließlich ist ein Objekt verschieden vom Vakuum.
Im Vakuum des Alls wird die Temperatur meines Wissens über die EM-Strahlung bestimmt. Wenn ein perfektes Vakuum auch keine Photonen mehr enthält, sollte in der Tat 0° K erreicht sein. Das leuchtet mir nun ein.

ich würde nicht von einer Störung zwischen den Feldern sprechen, sondern von einer Störung der Felder.

Ja, danke für die Korrektur.

der Lamb-Schift bedeutet, dass im Atom besonders bei denjenigen Elektronen-Wellenfunktionen, deren Betragsquadrat im Kern sehr groß ist, also vornehmlich s-Wellenfunktionen (1s, 2s, ...), die Energie etwas von dem Wert abweicht, der sich durch Lösen der Schrödingergleichung ergibt. Als Ursache hierfür gelten Vakuumfluktuationen des EM-Feldes.

Danke für die Erklärung.

[Spocky]

Aber was ist dann das "Nichts", von dem Prof. Lawrence M. Krauss spricht? Immerhin kann ihmzufolge daraus unser Universum hervorgegangen sein.

Das Nichts ist ein teilchenfreier Raum, also ein Vakuum. Je leerer der Raum, desto höher die Vakuumenergie.

[Agent Scullie]

Aber was ist dann das "Nichts", von dem Prof. Lawrence M. Krauss spricht? Immerhin kann ihmzufolge daraus unser Universum hervorgegangen sein.

die Frage hast du im Parallelthread doch selbst beantwortet: er spricht vom Quantenvakuum, also dem Vakuumzustand der QFT.

Aber wie ensteht dann die Hawking-Strahlung?

durch die Modifikation des Vakuumzustandes aufgrund des Gravitationseinflusses eines schwarzen Loches. Die Herleitung der Hawking-Strahlung geht ungefähr folgendermaßen:

Man betrachtet zunächst eine Raumzeitregion lange vor Bildung des schwarzen Loches in großer räumlicher Entfernung vom Vorgängerobjekt des schwarzen Loches. In dieser Region kann man die Raumzeit als nahezu flach ansehen (keine nennenswerte Gravitation) und daher die speziell-relativistische QFT anwenden, die auf die üblichen Vakuumfluktuationen führt. Nun betrachtet man ein beliebig gewähltes Feld - der Einfachheit halber ein skalares Feld - und eine beliebig gewählte Mode von diesem. Die Fluktuationen der Mode fasst man dann als Überlagerung laufender Wellen auf, von denen die einen in die eine Richtung (auf das Vorängerobjekt des schwarzen Loches zu) laufen und die anderen in die andere Richtung. Man nimmt dann zwei Wellenberge, die auf das Vorgängerobjekt zu laufen und genau dann, wenn das Vorgängerobjekt zum schwarzen Loch kollabiert, auf dieses treffen, und untersucht die Auswirkungen, die der Kollaps und die mit ihm verbundenen Änderungen im Gravitationsfeld auf die Ausbreitung der beiden Wellenberge hat. Daraus leitet man die Eigenschaften des Zustandes ab, die ein Beobachter auf der anderen Seite des schwarzen Loches in großer Entfernung und in ferner Zukunft (d.h. ebenfalls in einer nahezu flachen Raumzeitregion) für das Feld vorfindet, und stellt fest, dass es kein Vakuumzustand mehr ist, sondern ein Zustand, der Teilchen enthält.

Anders gesagt: man betrachtet zwei Raumzeitregionen, die nahezu flach sind und in denen daher die gewöhnliche QFT und ihr Vakuumbegriff anwendbar sind, die durch eine Raumzeitregion, in der der Kollaps zum schwarzen Loch stattfindet, getrennt sind. Dabei zeigt sich, dass der Vakuumzustand der einen nahezu flachen Region nicht auf den Vakuumzustand der anderen nahezu flachen Region führt.

Welche Darstellung ist dann zutreffend?

immer noch dieselbe, die ich dir bereits mehrfach präsentiert habe: im Vakuumzustand sind die Quantenfelder nicht einfach überall null, sondern weisen eine nichtverschwindende Fluktuation auf.

Wenn Krauss Wilczek zusammen mit Guth lobend hervorhebt und Wilczek in Wikipedia wörtlich zitiert wird, und ich dann erfahre, dass diese Aussage falsch ist, dann bin ich der Tat etwas überrascht.

eine Mutmaßung wäre, dass Wilczek zu denjenigen Physikern gehört, die der Ansicht sind, man müsse dem Laien so Geschichte wie die mit den ständig entstehenden virtuellen Teilchenpaaren auftischen.

Irrtümlich nahm ich an, dass die Unschärfe der Quantenfelder zu einer geringen Temperatur >0° K führt.
Vor einiger Zeit habe ich mal aufgeschnappt, dass es unmöglich ist, ein Objekt auf genau 0° K abzukühlen.

das ist eine Aussage der Thermodynamik und hat nichts mit der Quantentheorie zu tun.

Da habe ich wohl was durcheinander gebracht, schließlich ist ein Objekt verschieden vom Vakuum.

wenn man ein Feld als Objekt ansieht, ist der Vakuumzustand, der ja der Zustand eines Feldes ist, der Zustand eines Objekts.

- - - Aktualisiert - - -

Das Nichts ist ein teilchenfreier Raum, also ein Vakuum. Je leerer der Raum, desto höher die Vakuumenergie.

die Energiedichte des Vakuums ist eigentlich unabhängig davon, wie leer der Raum ist. Wenn man den Raum mit Teilchen füllt, ändert sich die Vakuumenergiedichte dadurch nicht so ohne weiteres.

[Halman]

die Frage hast du im Parallelthread doch selbst beantwortet: er spricht vom Quantenvakuum, also dem Vakuumzustand der QFT.

Dir entgeht auch nichts. (Verzeihe mir bitte dieses Wortspiel, da wir hier doch gerade über das "Nichts" sprechen. )

durch die Modifikation des Vakuumzustandes aufgrund des Gravitationseinflusses eines schwarzen Loches. Die Herleitung der Hawking-Strahlung geht ungefähr folgendermaßen:

Man betrachtet zunächst eine Raumzeitregion lange vor Bildung des schwarzen Loches in großer räumlicher Entfernung vom Vorgängerobjekt des schwarzen Loches. In dieser Region kann man die Raumzeit als nahezu flach ansehen (keine nennenswerte Gravitation) und daher die speziell-relativistische QFT anwenden, die auf die üblichen Vakuumfluktuationen führt. Nun betrachtet man ein beliebig gewähltes Feld - der Einfachheit halber ein skalares Feld - und eine beliebig gewählte Mode von diesem. Die Fluktuationen der Mode fasst man dann als Überlagerung laufender Wellen auf, von denen die einen in die eine Richtung (auf das Vorängerobjekt des schwarzen Loches zu) laufen und die anderen in die andere Richtung. Man nimmt dann zwei Wellenberge, die auf das Vorgängerobjekt zu laufen und genau dann, wenn das Vorgängerobjekt zum schwarzen Loch kollabiert, auf dieses treffen, und untersucht die Auswirkungen, die der Kollaps und die mit ihm verbundenen Änderungen im Gravitationsfeld auf die Ausbreitung der beiden Wellenberge hat. Daraus leitet man die Eigenschaften des Zustandes ab, die ein Beobachter auf der anderen Seite des schwarzen Loches in großer Entfernung und in ferner Zukunft (d.h. ebenfalls in einer nahezu flachen Raumzeitregion) für das Feld vorfindet, und stellt fest, dass es kein Vakuumzustand mehr ist, sondern ein Zustand, der Teilchen enthält.

Anders gesagt: man betrachtet zwei Raumzeitregionen, die nahezu flach sind und in denen daher die gewöhnliche QFT und ihr Vakuumbegriff anwendbar sind, die durch eine Raumzeitregion, in der der Kollaps zum schwarzen Loch stattfindet, getrennt sind. Dabei zeigt sich, dass der Vakuumzustand der einen nahezu flachen Region nicht auf den Vakuumzustand der anderen nahezu flachen Region führt.

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung, Agent Scullie. Aber leider verstehe ich sie auch beim wiederholten Lesen immer noch nicht.

Ist denn für die Entstehung der Hawking-Strahlung nicht der Ereignishorizont von zentraler Bedeutung?

immer noch dieselbe, die ich dir bereits mehrfach präsentiert habe: im Vakuumzustand sind die Quantenfelder nicht einfach überall null, sondern weisen eine nichtverschwindende Fluktuation auf.

Dies werde ich mir auf die Innenseiten meiner Augenlieder eintätowieren lassen.

eine Mutmaßung wäre, dass Wilczek zu denjenigen Physikern gehört, die der Ansicht sind, man müsse dem Laien so Geschichte wie die mit den ständig entstehenden virtuellen Teilchenpaaren auftischen.

Das halte ich sogar für recht wahrscheinlich. Dazu passen auch meine Verständnisprobleme (s.o.).

Auf einer Diskussionseite von Wikipedia (leider weiß ich nicht mehr, um welchen Artikel es ging), las ich mal, dass es unter Fachleuten recht unterschiedliche Ansichten darüber gibts, wie weit man sich bei laientauglichen Erklärungen von einer fachlich genauen Darlegung entfernen darf. Dort wurde argumentiert, dass letztenendes jede nicht-fachgerechte Erklärung ungenau sein würde und diese somit ohnehin in Kauf genommen werden müsse. Da sind einge halt großzügiger, andere halt strenger.

Ich denke, dass lautentaugliche Erklärungen so gestaltet werden sollten, dass sie Laien nicht zu Fehlschlüssen verführen. Silvia Arroyo Camejo gelang es noch vor ihrem Physikstudium als Schülerin die Quantenmechanik auf eine klare Weise zu erklären, ohne zu Fehlschlüssen zu verleiten (auch wenn ihr Buch "Skurrile Quantenwelt" bereits über Populärwissenschaft hinausgeht:

Von einem jungen Ausnahmetalent noch vor dem Abitur verfasst, schließt das vorliegende Buch über die "skurrile Quantenwelt" endlich die Lücke zwischen der meist oberflächlichen und formelfreien populärwissenschaftlichen Literatur und der allzu hochgestochenen, von höherer Mathematik gespickten Studienliteratur.

Die QUELLE dient nur zur Iniformation als Quellennachweis.

wenn man ein Feld als Objekt ansieht, ist der Vakuumzustand, der ja der Zustand eines Feldes ist, der Zustand eines Objekts.

Das "Nichts" als Objekt - das ist wirklich interessant. Und ich bin an "Nichts" interessiert.

[Agent Scullie]

Ist denn für die Entstehung der Hawking-Strahlung nicht der Ereignishorizont von zentraler Bedeutung?

der EH nicht so sehr, eher seine Bildung. Zumindest wenn man nach der Rechnung geht, mit der die Hawking-Strahlung hergeleitet wurde.

[Mondkalb]

Ich will (noch) keinen eigenen thread aufmachen, weil es noch reichlich nebulös ist, aber es scheint eine interessante neue mathematische Theorie zu geben, mit der eine Reihe von ungeklärten Fragen unter ein Dach geholt und geklärt werden könnte:
Das 14-dimensionale Universum des Eric Weinstein | Telepolis

Ein Artikel im Guardian ist etwas ausführlicher zu einigen Aspekten:
Eric Weinstein may have found the answer to physics' biggest problems | Marcus du Sautoy | Science | guardian.co.uk

Ich bin gespannt, ob da bald eine "ordentliche" Veröffentlichung samt wissenschaftlicher Überprüfung folgt. Das klingt relativ vielversprechend. Zudem macht die Theorie konkrete Voraussagen, die sich vielleicht überprüfen lassen.

[irony]

Ich bin gespannt, ob da bald eine "ordentliche" Veröffentlichung samt wissenschaftlicher Überprüfung folgt.

Mich wundert, dass dies nicht längst passiert ist. Wenn Weinstein (reimt sich auf Einstein) eine tragfähige Verbindung der Yang-Mills-Eichtheorie mit der Dirac-Gleichung und den Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie gefunden hat, könnte das heißen, dass man mit der Gravitation alle anderen fundamentalen Wechselwirkungen (schwach, stark, elektromagnetisch) erklären kann.

[Mondkalb]

Eigenartig ist das schon, es kommt irgendwie nichts nach. Sieht nach heißer Luft aus
Weinstein's theory of everything is probably nothing - opinion - 24 May 2013 - New Scientist
David H. Bailey: Hype Now, Hide Later: No Way to Do Scientific Research