Einige Klarstellungen in Sachen Physik [Diskussion]

[McWire]

das up- und down-Quark haben niedrige Masse, ja. Wobei die Masse eines Quarks nicht so ganz trivial ist, da man Quarks nicht als freie Teilchen erzeugen kann. Die Masse eines Protons oder Neutrons z.B. definiert man über den ungebundenen Zustand, in dem das Proton/Neutron nicht in einem Atomkern gebunden ist. Die Masse eines Deuterium-Kerns z.B. ist geringer als die Masse eines freien Protons und Neutrons zusammengenommen, weil bei der Bildung des Kerns Energie freigesetzt wird, die der Kernmasse entzogen wird. Auf Quarks kann man das nicht übertragen, da diese nicht ungebunden sein können.

Kleine Ergänzung für alle Mitleser.

In der Wikipedia steht ja geschrieben, dass es für Quarks zwei Massezahlen gibt. Das ist wohl die halbwegs eleganteste Lösung des Problems und verdeutlich das Grundproblem.

Einmal die Stromquarkmasse ? Wikipedia , also die tatsächlich zugeordnete Masse eine hypothetisch ungebundenen Quark und einmal die Konstituentenquarkmasse ? Wikipedia , also die Masse die man erhält, wenn man die Masse eines Baryon drittelt.

Wie man sehen kann, überwiegt bei den Quark der ersten Generation die Konstitutenquarkmasse, während bei den Quarks der 2. und 3. Generation die Stromquarkmasse überwiegt.

Vielleicht ist das noch ein Mitgrund, warum Hadronen aus schweren Quarks relativ instabil sind, da für das Quark quasi keine "Vorteil" durch Bindung entsteht.

[Halman]

Wenn Up eine relative Ruhemasse von 1 hat, so ergibt sich für die anderen Quarks folgende relative Ruhemassen:

Down - 2
Strange - 50
Charm - 600
Bottom - 2100
Top - 85.500

Das Top-Quark ist also fast 100.000 mal so schwer wie ein Up oder Down-Quark.

Das sind schon enorme Masseunterschiede.

Da erinnere ich mich an einen Beitrag von Agent Scullie:

laut der SU(5)-Theorie geht der Materieüberschuss auf Prozesse im frühen Universum, als die Temperatur bei 10^25 K oder höher lag (die ersten 10^-32 Sekunden), zurück, ja. Wesentlich war dabei das Verhalten der von der Theorie vorhersagten X-Bosonen (die extrem hohe Massen im Bereich von 10^15 GeV haben, zum Vergleich: die Masse eine Protons ist etwa 0,94 GeV), deren Antiteilchen anders zerfielen als die Teilchen.

Das Bezog sich auf die GUT-Theorie, die inzwischen als überholt gilt. Ich erwähne dass nur, weil ich dort zum erstenmal etwas über extrem massereiche Teilchen gelesen habe, was mich doch erstaunt hat.

Das es derartig massereiche Teilchen gibt, ist für mich völlig neu. Hier lerne ich ja richtig dazu, sofern mein kleiner Kopf nicht vorher durchbrennt.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 1 Minute und 17 Sekunden:

Ich kann mich dunkel an einen Artikel aus Spektrum oder Bild der Wissenschaft erinnern, den ich vor einigen Jahren gelesen habe. Darin wurde spekuliert, ob es möglicherweise superschwere künstliche Elemente geben könnte, da nach theoretischen Überlegungen irgendwann wieder ein stabiles "Tal" im Periodensystem jenseits der schon bekannten künstlichen Elemente existieren könnte. Die bisher gefundenen sind alle sehr kurzlebig.

Edith hat noch schnell einen Link gefunden, wo das Prinzip erläutert wird:
scinexx | Gibt es eine zweite Insel der Stabilität?: Forscher postulieren Existenz weiterer stabiler superschwerer Elemente - Superschwere Elemente, Chemie, Teilchenbeschleuniger, Insel der Stabilität, Kernforschung, Atome, Periodensystem

Das ist hochinteressant! Dann könnte es also doch stabile, superschwere Elemente geben - da schlägt mein Sci-Fi-Herz doch gleich höher.

[Agent Scullie]

Wie man sehen kann, überwiegt bei den Quark der ersten Generation die Konstitutenquarkmasse, während bei den Quarks der 2. und 3. Generation die Stromquarkmasse überwiegt.

Vielleicht ist das noch ein Mitgrund, warum Hadronen aus schweren Quarks relativ instabil sind, da für das Quark quasi keine "Vorteil" durch Bindung entsteht.

das würden bedeuten, dass ein Quarks bestrebt ist, eine im Vergleich zur Konstituentenmasse möglichst niedriger Stromquarkmasse zu erreichen. Es gibt aber keinen Grund, warum dem so sein sollte. Allgemein gilt, dass ein physikalisches System den Zustand niedrigster Energie anstrebt (genauer: den Zustand maximaler Entropie, was aber für ein offenes System bei hinreichend kleiner Temperatur gleichbedeutend mit niedrigster Energie ist), und für die Energie eines Hadrons macht es keinen Unterschied, ob die Stromquark- oder die Konstituentenmasse überwiegt.

Diejenigen Teilchen, die stabil sind, sind deswegen stabil, weil kein Zustand niedrigerer Energie ohne Verletzung eines Erhaltungssatzes erreicht werden könnte: ein Elektron kann nicht zerfallen, da dadurch die Ladungserhaltung und die Erhaltung der Leptonenzahl verletzt würde. Ein Proton kann nicht zerfallen, da die Erhaltung der Baryonenzahl verletzt würde (Ladung könnte erhalten werden bei einem Positron als Zerfallsprodukt).

Alle Teilchen, die zerfallen, tun dies, weil ein Zustand niedrigerer Energie ohne Verletzung eines Erhaltungssatzes möglich ist: Myonen und Tauonen können zu Elektronen zerfallen -> Leptonenzahl und Ladung bleiben erhalten. Schwere Baryonen können zu Protonen zerfallen -> Baryonenzahl bleibt erhalten. Alle Mesonen können zu nicht Nicht-Mesonen zerfallen, weil es keinen Erhaltungssatz für die Zahl der Mesonen gibt (schreibt man Quarks eine drittelzahlige Baryonenzahl zu, haben alle Mesonen die Baryonenzahl null, da sie aus einem Quark und Antiquark aufgebaut sind -> +1/3 - 1/3 = 0). Eine Sonderstellung nimmt das Neutron ein: es zerfällt zwar, hat aber eine ausgesprochen lange Lebensdauer. Das kann man darauf zurückführen, dass es nur ein klein wenig schwerer ist als das Proton, entsprechend klein ist der Energieunterschied, das "Streben" zum energetisch günstigsten Zustand ist entsprechend "schwach" ausgeprägt.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 6 Minuten und 56 Sekunden:

Das sind schon enorme Masseunterschiede.

Da erinnere ich mich an einen Beitrag von Agent Scullie:



Das Bezog sich auf die GUT-Theorie, die inzwischen als überholt gilt. Ich erwähne dass nur, weil ich dort zum erstenmal etwas über extrem massereiche Teilchen gelesen habe, was mich doch erstaunt hat.

Das es derartig massereiche Teilchen gibt, ist für mich völlig neu.

öhhh... das Top-Quark ist mit 174 GeV (~10^2 GeV) aber immer noch 10^13 (10 Billionen) mal leichter als das X-Boson der GUT, ist also durchaus nicht "derartig massereich"...

[Halman]

das habe ich dir aber schon zu Anfang gesagt, dass ein Tensor 2. Stufe in einem n-dim. Raum n*n Komponenten hat, was bei 4 Raumzeitdimensionen 4*4=16 macht.

Der Punkt geht an Dich. Das war mir entfallen, sorry.

ein Bose-Einstein-Kondensat gibt es nur bei Teilchen, die in guter Näherung wechselwirkungsfrei sind, da die Bose-Einstein-Statistik nur wechselwirkungsfreie Teilchen beschreiben kann. Die Teilchen müssen daher notwendigerweise ein Gas bilden - in einem Feststoff wäre die Wechselwirkung viel zu stark. Um zu erreichen, dass Atome bei fast 0 K noch ein Gas bilden, also nicht "gefrieren", ist ein immenser technischer Aufwand erforderlich, die Bose-Einstein-Kondensation tritt von daher keineswegs von alleine ein, wenn man Materie auf nahezu 0 K kühlt. Zur Herstellung eines Kondensats siehe z.B.

Bose-Einstein-Kondensat ? Wikipedia

An den Atomhüllen ändert sich beim Entstehen des Kondensats eigentlich nichts, es hat einfach jedes Atom als Ganzes betrachtet den gleichen Zustand wie alle anderen Atom im Kondensat.

Danke für die ausgezeichnete Erklärung!

du solltest dich vielleicht von der Vorstellung lösen, Teilchen könnten sich allein durch Masse oder elektrische Ladung unterscheiden. Offenbar gibt es auch eine Eigenschaft "Teilchengeneration", durch die sich die Neutrinoarten unterscheiden.

das ist ein gutes Beispiel: stell dir einfach vor, Wasser hat neben Kohlensäuregehalt (Stille), Farbe und Geschmack noch weitere Eigenschaften, z.B. Natriumgehalt oder Anteil an schwerem Wasser. Die könnten bei den dreien unterschiedlich sein, und werden durch deine "Sensoren" (Stille, Farbe, Geschmack) nur nicht erfasst.

Mir wird immer mehr klar, dass meine Vorstellungen zu einfach sind. Das ist meine "Strafe" dafür, dass ich Quantenphysik immer irgendwie gemieden habe, weil ich mir dachte: "Das verstehe ich sowieso nicht mehr."
Darum schätze ich es sehr, dass ich hier noch was dazulernen kann.

das up- und down-Quark haben niedrige Masse, ja. Wobei die Masse eines Quarks nicht so ganz trivial ist, da man Quarks nicht als freie Teilchen erzeugen kann. Die Masse eines Protons oder Neutrons z.B. definiert man über den ungebundenen Zustand, in dem das Proton/Neutron nicht in einem Atomkern gebunden ist. Die Masse eines Deuterium-Kerns z.B. ist geringer als die Masse eines freien Protons und Neutrons zusammengenommen, weil bei der Bildung des Kerns Energie freigesetzt wird, die der Kernmasse entzogen wird. Auf Quarks kann man das nicht übertragen, da diese nicht ungebunden sein können.

Diese Aspekt ist mir völlig neu. Ich habe die Massen einfach addiert (Ich weiß, nun bin ich schon wieder hinter dem Sofa).
Also, die Nukleonen eines Atomkerns haben weniger Masse, als die Nukleonen für sich alleine gesehen - hmm. Da muss ich unwillkürlich an die Kernfusion denken. In einem popolärwissenschaftlichen Taschenbuch hatte ich gelesen (ich glaube, es war von Prof. Albert Hinkelbein, falls ich mich recht erinnere - ist schon sehr lange her), dass bei der Fusion von einem Gramm Wasserstoff 170.000 Kilowattstunden Energie freigesetzt werden. Dabei werden aber nur 0,68 Gramm des Wasserstoffs tatsächlich in Energie freigesetz.
Folgere ich richtig, wenn ich annehme, dass die Masse eines Heliumkerns um 0,68% kleiner ist, als die Masse von vier Protonen? (Da habe ich wohl zwei Elektronen unterschlagen, die - soweit ich weiß - auch teil des Heliumkerns sind. Aber deren Masse ist ja - falls ich mich recht erinnere - 1836 mal kleiner, als die eines Potons.)


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 16 Minuten und 42 Sekunden:

öhhh... das Top-Quark ist mit 174 GeV (~10^2 GeV) aber immer noch 10^13 (10 Billionen) mal leichter als das X-Boson der GUT, ist also durchaus nicht "derartig massereich"...

Das sollte auch kein Vergleich sein. Ich wollte nur mein Erstaunen darüber ausdrücken und habe mich da an deinen Beitrag erinnert.

Deine Erklärung darüber, warum schwerere Teilchen instabil sind, im Gegensatz zu Elektronen oder Protonen, ist sehr aufschlussreich, danke!
Ich denke dass ist auch für die anderen User interessant.
Jetzt habe ich endlich verstanden, warum dem so ist. Die Entropie ist ja ein fundamentales Naturgesetz, dem sogar Schwarze Löcher unterliegen (Hawking-Strahlung).

[Agent Scullie]

Mir wird immer mehr klar, dass meine Vorstellungen zu einfach sind. Das ist meine "Strafe" dafür, dass ich Quantenphysik immer irgendwie gemieden habe,

das hat jetzt eigentlich gar nicht so viel mit Quantenphysik zu tun, sondern könnte genauso gut für klassische Teilchen zutreffen.

Diese Aspekt ist mir völlig neu. Ich habe die Massen einfach addiert (Ich weiß, nun bin ich schon wieder hinter dem Sofa).
Also, die Nukleonen eines Atomkerns haben weniger Masse, als die Nukleonen für sich alleine gesehen - hmm. Da muss ich unwillkürlich an die Kernfusion denken. In einem popolärwissenschaftlichen Taschenbuch hatte ich gelesen (ich glaube, es war von Prof. Albert Hinkelbein, falls ich mich recht erinnere - ist schon sehr lange her), dass bei der Fusion von einem Gramm Wasserstoff 170.000 Kilowattstunden Energie freigesetzt werden. Dabei werden aber nur 0,68 Gramm des Wasserstoffs tatsächlich in Energie freigesetz.

wohl eher 0,0068 Gramm

Folgere ich richtig, wenn ich annehme, dass die Masse eines Heliumkerns um 0,68% kleiner ist, als die Masse von vier Protonen?

ja, kommt hin.

(Da habe ich wohl zwei Elektronen unterschlagen, die - soweit ich weiß - auch teil des Heliumkerns sind.

des Kerns bestimmt nicht, eher des Atoms

[McWire]

das würden bedeuten, dass ein Quarks bestrebt ist, eine im Vergleich zur Konstituentenmasse möglichst niedriger Stromquarkmasse zu erreichen. Es gibt aber keinen Grund, warum dem so sein sollte. Allgemein gilt, dass ein physikalisches System den Zustand niedrigster Energie anstrebt (genauer: den Zustand maximaler Entropie, was aber für ein offenes System bei hinreichend kleiner Temperatur gleichbedeutend mit niedrigster Energie ist), und für die Energie eines Hadrons macht es keinen Unterschied, ob die Stromquark- oder die Konstituentenmasse überwiegt.

Ich meinte das eher so, dass ein solches Quark leichter "ausreisen" kann, da die Bindungsenergie vernachlässigbar klein gegenüber seiner Eigenmasse ist.

Etwa vergleichbar, wie wenn man mit der Menge X Klebstoff statt Golfbälle Basketbälle zusammenkleben tut.

Die Golfbälle sind viel kleiner und leichter und eine gewisse Menge Klebstoff kann sie so umgeben, dass sie eine hohe Kohäsion haben.
Basketbälle sind hingegen größer und schwerer und haben eine größere Oberfläche, sodass die gleiche Menge Klebstoff sie nur noch hauchdünn umschließt und damit die Kohäsion ziemlich gering ist.
Könnten sich Basketbälle in Golfbälle verwandeln, würde dadurch die Kohäsion erhöht und somit im Gesamtsystem die Stabilität und damit Entropie erhöht werden. Somit würden sich Basketbälle unter diesen Bedingungen sehr leicht in Golfbälle umwandeln.

So stelle ich mir das eben auch mit den Quarks vor.
Die schweren Quarks sind durch die gleiche Menge "Gluon-Plasma" schwerer zusammenzuhalten als die leichten Quarks.
Da Quarks nicht einzeln vorkommen dürfen, bleibt nur noch die Umwandlung der schweren in leichtere Quarks übrig.

Diejenigen Teilchen, die stabil sind, sind deswegen stabil, weil kein Zustand niedrigerer Energie ohne Verletzung eines Erhaltungssatzes erreicht werden könnte: ein Elektron kann nicht zerfallen, da dadurch die Ladungserhaltung und die Erhaltung der Leptonenzahl verletzt würde. Ein Proton kann nicht zerfallen, da die Erhaltung der Baryonenzahl verletzt würde (Ladung könnte erhalten werden bei einem Positron als Zerfallsprodukt).

Alle Teilchen, die zerfallen, tun dies, weil ein Zustand niedrigerer Energie ohne Verletzung eines Erhaltungssatzes möglich ist: Myonen und Tauonen können zu Elektronen zerfallen -> Leptonenzahl und Ladung bleiben erhalten. Schwere Baryonen können zu Protonen zerfallen -> Baryonenzahl bleibt erhalten. Alle Mesonen können zu nicht Nicht-Mesonen zerfallen, weil es keinen Erhaltungssatz für die Zahl der Mesonen gibt (schreibt man Quarks eine drittelzahlige Baryonenzahl zu, haben alle Mesonen die Baryonenzahl null, da sie aus einem Quark und Antiquark aufgebaut sind -> +1/3 - 1/3 = 0). Eine Sonderstellung nimmt das Neutron ein: es zerfällt zwar, hat aber eine ausgesprochen lange Lebensdauer. Das kann man darauf zurückführen, dass es nur ein klein wenig schwerer ist als das Proton, entsprechend klein ist der Energieunterschied, das "Streben" zum energetisch günstigsten Zustand ist entsprechend "schwach" ausgeprägt.

Wenn man mal annimmt, dass Teilchen grundsätzlich zerfallen, weil sie es können, sprich weil es keinen Erhaltungsgrößen widerspricht, dann ist das Thema der exotischen Materie aber auch ganz schnell wieder abgehakt.

Im Endeffekt müsste nach knapp 14 Milliarden Jahren im Universum dann nur noch stabile Materie vorherschen.

Demnach ist es unwahrscheinlich, dass es irgendwie stabile exotische Materie gibt, da wir sie sonst wohl schon indirekt nachgewiesen hätten.

(Dunkle Materie ist für mich nicht das gleiche wie exotische Materie)

[Halman]

wohl eher 0,0068 Gramm

Ja, natürlich!
(Ich wünsche mir eben Fusionskraftwerke mit 100facher power)


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 6 Minuten und 27 Sekunden:

Wenn man mal annimmt, dass Teilchen grundsätzlich zerfallen, weil sie es können, sprich weil es keinen Erhaltungsgrößen widerspricht, dann ist das Thema der exotischen Materie aber auch ganz schnell wieder abgehakt.

Im Endeffekt müsste nach knapp 14 Milliarden Jahren im Universum dann nur noch stabile Materie vorherschen.

Demnach ist es unwahrscheinlich, dass es irgendwie stabile exotische Materie gibt, da wir sie sonst wohl schon indirekt nachgewiesen hätten.

(Dunkle Materie ist für mich nicht das gleiche wie exotische Materie)

In der Sci-Fi wird Dunkle Materie gerne als schwarze, geheimnissvolle Substanz dargestellt. Ist diese Darstellung Fantasie, oder ist da was drann?
Oder stecken dahinter eher Braune Zwergsterne und Neutrinos?

Was exotische Materie betrifft, denke ich auch, dass sie längst zerfallen ist.
Von "exotischer Materie" könnte man vielleicht im Zusammenhang mit Neutronen- oder Quark-Sternen sprechen.

des Kerns bestimmt nicht, eher des Atoms

Sorry, ich sollte wirklich nicht Nachts schreiben, jedenfalls nicht, wenn ich müde bin. Da habe ich aber Stuss geschrieben.
Worauf ich hinaus wollte, war, dass bei der Fusion von vier Wasserstoffatomen zu einem Heliumatom ja auch die vier Elektronen der Atom-Hüllen des Wasserstoffes, die ja auch teil des Plasmas sind, beteiligt sind. Zwei der Elektronen gehen in den entstehenden Heliumkern ein, zwei bilden die Atomhülle des neuen Heliumatoms (bzw. werden Teil des Plasmas).
So gehe ich davon aus, dass man die Masse der beiden Elektronen hinzurechnen muss, auch wenn diese natürlich sehr gering ist.

[Agent Scullie]

Ich meinte das eher so, dass ein solches Quark leichter "ausreisen" kann, da die Bindungsenergie vernachlässigbar klein gegenüber seiner Eigenmasse ist.

das Quark-Confinement, aufgrunddessen Quarks nicht als freie Teilchen vorkommen können, gilt für alle Quarks, auch für die schwereren, unabhängig vom Verhältnis von Stromquarkmasse und Konstituentenmasse. Aufgrund der besonderen Eigenschaften der starken WW zwischen Quarks ist die Bindungsenergie für die Stabilität der Bindung unerheblich. Während bei "gewöhnlichen" Wechselwirkungen wie dem Elektromagnetismus oder auch der starken WW zwischen Hadronen eine Bindung umso fester ist, je höher die Bindungsenergie ist, weil die Bindungsenergie negativ zur Gesamtenergie beiträgt, und die Masse des zusammengesetzten Systems daher kleiner ist als die Summe der Massen der Konstituenten im ungebundenen Zustand (die "Konstituentenmasse" kleiner ist als die "Stromquarkmasse"), trägt die Bindungsnergie bei der starken WW positiv zur Gesamtenergie bei, und hat daher eine ganz andere Bedeutung.

Die Bindung zwischen den Quarks in einem Hadron ist stets "unendlich" fest, da die Quarks nicht frei vorkommen können. Wenn ein schweres Hadron zerfällt, geschieht das nicht durch des Verlust eines Quarks, sondern durch den Zerfalls eines Quarks innerhalb des Hadrons.

Etwa vergleichbar, wie wenn man mit der Menge X Klebstoff statt Golfbälle Basketbälle zusammenkleben tut.

Die Golfbälle sind viel kleiner und leichter und eine gewisse Menge Klebstoff kann sie so umgeben, dass sie eine hohe Kohäsion haben.
Basketbälle sind hingegen größer und schwerer und haben eine größere Oberfläche, sodass die gleiche Menge Klebstoff sie nur noch hauchdünn umschließt und damit die Kohäsion ziemlich gering ist.

dieses Bild ist aus dem genannten Grund unbrauchbar: durch geringen Kraftaufwand könnte man die Basketbälle so weit auseinander ziehen, dass die Kleberverbindung zwischen ihnen reißt und die Basketbälle fortan ungebunden wären. Das ist bei Quarks in einem Hadron ganz anders: die rücktreibende Kraft bleibt konstant, wenn man die Quarks auseinanderzieht.

So stelle ich mir das eben auch mit den Quarks vor.
Die schweren Quarks sind durch die gleiche Menge "Gluon-Plasma" schwerer zusammenzuhalten als die leichten Quarks.
Da Quarks nicht einzeln vorkommen dürfen, bleibt nur noch die Umwandlung der schweren in leichtere Quarks übrig.

das beruht auf einem Denkfehler: gerade weil Quarks nicht einzeln vorkommen dürfen, sind die schweren Quarks eben nicht schwerer zusammenzuhalten.

Wenn man mal annimmt, dass Teilchen grundsätzlich zerfallen, weil sie es können, sprich weil es keinen Erhaltungsgrößen widerspricht, dann ist das Thema der exotischen Materie aber auch ganz schnell wieder abgehakt.

welches Thema der exostischen Materie meinst du?

Im Endeffekt müsste nach knapp 14 Milliarden Jahren im Universum dann nur noch stabile Materie vorherschen.

oder solche, die besonders langsam zerfällt. Wie Uran 238, mit 4 Mrd. Jahren Halbwertszeit.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 10 Minuten und 31 Sekunden:

In der Sci-Fi wird Dunkle Materie gerne als schwarze, geheimnissvolle Substanz dargestellt.

ist das so? Ich habe noch nie gehört, dass in der Sci-Fi dunkle Materie thematisiert worden wäre. Außer einmal in Futurama, da kam eine harte, schwarze Kugel dunkler Materie vor.

Ist diese Darstellung Fantasie, oder ist da was drann?
Oder stecken dahinter eher Braune Zwergsterne und Neutrinos?

eher letzteres. Wobei Neutrinos heute eher als unwahrscheinliche Kandidaten gelten, weil mit ihnen nicht die beobachteten Strukturen im Universum (Galaxien, Galaxienhaufen, Superhaufen, Voids) erklärt werden können. Man hofft daher auf andere Teilchen (mit mehr Masse als Neutrinos), oder auf kosmische Objekte wie kosmische Strings.

[Halman]

ist das so? Ich habe noch nie gehört, dass in der Sci-Fi dunkle Materie thematisiert worden wäre. Außer einmal in Futurama, da kam eine harte, schwarze Kugel dunkler Materie vor.

In der Serie "Mission Erde – Sie sind unter uns" war einmal zu sehen, wie das Mutterschiff der Aliens von enem Klumpen Dunkler Materie getroffen wurde.
Ich ich meine, in Star Trek - Voyager wird Dunkle Materie ähnlich dargestellt.

eher letzteres. Wobei Neutrinos heute eher als unwahrscheinliche Kandidaten gelten, weil mit ihnen nicht die beobachteten Strukturen im Universum (Galaxien, Galaxienhaufen, Superhaufen, Voids) erklärt werden können. Man hofft daher auf andere Teilchen (mit mehr Masse als Neutrinos), oder auf kosmische Objekte wie kosmische Strings.

Kosmische Strings? Kann ich mir das wie Strings im gigantischen Maßstab vorstellen?

[Agent Scullie]

In der Serie "Mission Erde – Sie sind unter uns" war einmal zu sehen, wie das Mutterschiff der Aliens von enem Klumpen Dunkler Materie getroffen wurde.

da war vermutlich ein allzu phantasievoller Drehbuchautor am Werk.

Ich ich meine, in Star Trek - Voyager wird Dunkle Materie ähnlich dargestellt.

in welcher Folge soll das gewesen sein?

Kosmische Strings? Kann ich mir das wie Strings im gigantischen Maßstab vorstellen?

mit den Strings aus der Superstringtheorie haben die nichts zu tun. Die ergeben sich eher aus Theorien wie der GUT, und sollen bei der dortigen Symmetriebrechung entstanden sein. Sie sind sehr dünn, haben aber eine hohe Dichte und können viele Lichtjahre lang sein, mehr dazu siehe hier:

Kosmischer String ? Wikipedia

[McWire]

in welcher Folge soll das gewesen sein?

-> http://memory-alpha.org/de/wiki/Ein_kleiner_Schritt

@ Exotische Materie

Viele SF-Fans lauern ja immer auf den Nachweis von exotischer Materie um damit ihre fiktiven Technologien begründen zu können (ich übrigends auch ).
Jedoch erscheint es in anbetracht der Zerfallstheorie unwahrscheinlich, dass wir noch größere Mengen stabiler exotischer Materie entdecken, ausser der dunklen Materie.

Das war jetzt eher eine allgemeine Anmerkung und nicht ganz zum Thema.

Ansonsten hast du bei den Quarks ja auch recht.

Allerdings kann man es auch so sehen, dass die schweren Quarks eher zerfallen, weil sie die Hadronen nicht verlassen können, da sie innerhalb der (aufgezwungenen) Gebundenheit keinen wirklichen energetischen Vorteil haben.
Könnte es freie Top-Quark geben, würden sie wohl eher frei als gebunden existieren.

[Halman]

mit den Strings aus der Superstringtheorie haben die nichts zu tun. Die ergeben sich eher aus Theorien wie der GUT, und sollen bei der dortigen Symmetriebrechung entstanden sein. Sie sind sehr dünn, haben aber eine hohe Dichte und können viele Lichtjahre lang sein, mehr dazu siehe hier:

Kosmischer String ? Wikipedia

Das ist ja sehr interessant! Erinnert mich ein bisschen an Star Trek.
Danke für den Link!

Was würde eigentlich passieren, wenn der extrem unwahrscheinliche Fall eintreten würde, dass so ein Kosmischer String die Erde trifft?

[Agent Scullie]

@ Exotische Materie

Viele SF-Fans lauern ja immer auf den Nachweis von exotischer Materie um damit ihre fiktiven Technologien begründen zu können (ich übrigends auch ).
Jedoch erscheint es in anbetracht der Zerfallstheorie unwahrscheinlich, dass wir noch größere Mengen stabiler exotischer Materie entdecken, ausser der dunklen Materie.

es ist ja nicht gesagt, dass exotische Materie aus Teilchen hoher Masse bestehen muss.

Außerdem könnte es noch unbekannte Erhaltungssätze geben, die bei Teilchen exotischer Materie den Zerfall verhindert.

[Halman]

Gestern habe ich auf N24 eine wissenschaftliche Dokumentation teilweise gesehen, in der über mögliche Szenarien für den Weltuntergang berichtet wurden. Am Ende der Sendung ging es um den Endknall (Big Rip), gemäß den aufgrund der Dunklen Energie das gesamte Universum vollkommen zerissen wird.
Hier habe ich einen Link dazu gefunden:

Big Rip ? Wikipedia

Was haltet ihr davon? Ist da was dran?

[Agent Scullie]

Gestern habe ich auf N24 eine wissenschaftliche Dokumentation teilweise gesehen, in der über mögliche Szenarien für den Weltuntergang berichtet wurden. Am Ende der Sendung ging es um den Endknall (Big Rip), gemäß den aufgrund der Dunklen Energie das gesamte Universum vollkommen zerissen wird.
Hier habe ich einen Link dazu gefunden:

Big Rip ? Wikipedia

Was haltet ihr davon? Ist da was dran?

in diesem Wikipedia-Artikel ist dauernd die Rede davon, dass die Ursache für die Expansion des Raumes noch nicht verstanden sei. Das stimmt eigentlich nicht, die Expansion des Raumes ist im Rahmen der ART sehr gut verstanden. Die Expansion gehorcht der Friedmann-Gleichung, wonach ihre Zeitentwicklung maßgeblich von der Zustandsgleichung, genauer: dem Zusammenhang zwischen Energiedichte rho und Druck p, abhängt. Für rho + 3p > 0 ist die Expansion verlangsamt (z.B. staubartige Materie: rho > 0, p = 0 -> rho + 3p = rho > 0, Strahlung: rho > 0, p = rho/3, -> rho + 3p = 2 rho > 0). Um eine Beschleunigung zu erzielen, muss rho + 3p < 0 sein, dazu muss p < -rho/3 sein, d.h. es ist ein negativer Druck erforderlich. Das "klassische" Beispiel für die Dunkle Energie ist die kosmologische Konstante mit p = -rho. Eine Phantomenergie, die zu einem Big Rip führen soll, hätte nun p < -rho, der Druck wäre noch stärker negativ als bei einer kosmlogischen Konstanten.

Dass eine solche Zustandsgleichung zum Big Rip führt, hängt damit zusammen, dass die Zustandsgleichung nicht nur den Verlauf der Expansion bestimmt, sondern auch die Abhängigkeit der Energiedichte von der Expansion: für p > - rho nimmt die Energiedichte mit der Expansion ab, und zwar umso stärker, je größer der Druck ist, deswegen nimmt die Energiedichte der Strahlung (p = rho/3) schneller ab als die von staubartiger Materie (p=0). Für eine kosmologische Konstante mit p = -rho bleibt die Energiedichte konstant, und für eine Phantomenergie mit p < -rho nimmt sie sogar zu. Die Phantomenergie führt daher zu einem aufschaukelnden Effekt: mit der Expansion wächst die Energiedichte an, dadurch wird die Expansion noch schneller, dadurch wiederum wächst die Energiedichte noch schneller an, dies wiederum führt zu einer abermals schnelleren Expansion, usw. Innerhalb einer endlichen Zeit wird die Energiedichte dann unendlich groß. Jedoch nicht, wie beim Big Crunch, durch ein Zusammenstürzen des Universums zu einem Punkt, sondern durch das Gegenteil, eine ins unendliche beschleunigte Expansion. Diese Kombination aus unendlicher Dichte und unendlich schneller Expansion nennt man gerade den Big Rip.

Wie wahrscheinlich es ist, dass das Universum in einem Big Rip endet, kann ich leider nicht sagen. Ich habe vor einer Weile mal gelesen, dass bestimmte Messergebnisse dafür sprechen, dass die Dunkle Energie eine Phantomenergie ist (also p < -rho gilt), ich denke aber nicht dass das als gesicherte Erkenntnis eingestuft werden kann.