War Darwin schuld?

[ThomasM]

"Von einer Verletzung des Energieerhaltungssatzes sollte man allerdings nicht sprechen".
Genau das hast du aber getan. Somit steht seine Aussage und Ausführung im Widerspruch zu deiner hier getätigten Aussage.

Da kannst du jetzt widersprechen so viel du willst.

Dein peinlicher Mangel an Fähigkeit, selbst zu denken und dein Drang, dich auf Autoritäten zu berufen, spricht für sich. Wobei du auch nur den Autoritäten glaubst, die deine Meinung unterstützen. Aus welchem Grund sollte Prof2 eher Recht haben als Prof1? Zumal sie ja gar nichts gegensätzliches gesagt haben.

Würdest du dich mal auf Inhalte konzentrieren, statt auf deine Rechthaberei, wäre eine Diskussion eventuell sogar zielführend. Aber solche Leute wie dich gibt es halt im Netz.Dafür wird im allgemeine der Begriff Troll verwendet.

[Faransil]

Dein peinlicher Mangel an Fähigkeit, selbst zu denken und dein Drang, dich auf Autoritäten zu berufen, spricht für sich.

Na, wer ist hier der Troll?
Deine haltlosen und beleidigenden Unterstellungen werden dich hier nicht weiter bringen.

Aus welchem Grund sollte Prof2 eher Recht haben als Prof1?

Sagte ich nicht.
Ich sagte, dass es durchaus unterschiedliche Meinungen gibt und deine nicht automatisch die einzig richtige ist, nur weil du so überzeugt davon zu sein scheinst.
Drolliger wird das dann nur damit, dass du da irgendwelche "Geister" versuchst hinein zu deuten...

Zumal sie ja gar nichts gegensätzliches gesagt haben.

Doch.
"Von einer Verletzung des Energieerhaltungssatzes sollte man allerdings nicht sprechen".
Genau das hast du aber getan. Somit steht seine Aussage und Ausführung im Widerspruch zu deiner hier getätigten Aussage.

[ThomasM]

Na, wer ist hier der Troll?

Na du, weil du nichts weiter kannst als ständig dieselben Worte zu wiederholen, auf Rechthaberei beharrst und keine inhaltlichen Ergänzungen bringst.

"Von einer Verletzung des Energieerhaltungssatzes sollte man allerdings nicht sprechen".
Genau das hast du aber getan. Somit steht seine Aussage und Ausführung im Widerspruch zu deiner hier getätigten Aussage.

Inhaltlich sagt Prof2 nichts anderes als ich, er benutzt lediglich andere Worte.
Ich kann meine Ausführungen auch mit geborgter Energie formulieren und habe das auch getan.
Inhaltlich ändert sich dadurch nichts.

Kannst du auch etwas Inhaltliches sagen?

[Halman]

Dass die virtuellen Teilchen aber da sind, kann man durch Experimente sehen, z.B. Lamb Shift oder Hawking Strahlung. Das Modell sagt, dass virtuell die Energieerhaltung verletzt ist. Das wird durch diese Experimente bestätigt.

Virtuelle Teilchen sind experimentell als Tatsache verifiziert, richtig.

Zunächst möchte ich vorausschicken, dass ich als Laie mit der Quantenfeldtheorie (QFT) völlig überfordert bin. Daher hoffe ich, dass Du und Thomas nichts dagegen habt, wenn ich mich auf meinen "Mentor" aus einem anderem Forum stütze.

Die Aussage, dass virtuelle Teilchen experimentell bewiesen wären, zweifel ich stark an. Virtuelle Teilchen sind ein mathematisches Konstrukt zur Beschreibung von Wechselwirkungen von Quantenfeldern. Soweit ich dies bei aller Bescheidenheit verstehe sind es diese Wechselwirkungen zwischen den immaterillen Feldern, welche physikalische Realität besitzen und welche in den Gleichungen als virtuelle Teilchen erscheinen.

Wie verstehst Du folgende fachliche Erlärungen eines Physikers?

Zitat von Agent Scullie:
Da du virtuelle Teilchen ansprichst: die in der populärwissenschaftlichen Literatur häufig anzutreffende Darstellung, dass bei Vakuumfluktuationen ständig virtuelle Teilchenpaare aus dem Nichts entstünden, weil die Unschärfebeziehung zwischen Energie und Zeit das kurzzeitige Entstehen von Energie erlaube, solltest du lieber schnell vergessen, das ist nur die popularisierte Version, die man nicht allzu ernst nehmen sollte. Vakuumfluktuationen haben weder etwas mit virtuellen Teilchen zu tun, noch mit der Unschärferelation zwischen Energie und Zeit. Sie hängen zwar mit einer Unschärfe zusammen, aber nicht mit der von Energie und Zeit.

Im folgender Antwort wird die populärwissenschaftliche Darstellung eines Professors kritisiert und zwar die bekannte von den virtuellen Teilchenpaaren:

Zitat von Agent Scullie:
Leider greift dieser Prof. Stöcker auf das bei populärwissenschaftlichen Autoren beliebte, aber vollkommen falsche Bild zurück, Vakuumfluktuationen als ständiges Entstehen und Verschwinden virtueller Teilchenpaare zu schildern. Tatsächlich bedeuten solche Vakuumfluktuationen einfach nur, dass die Feldstärken aller Felder im Vakuumzustand, wo keine Teilchen vorhanden sind, nicht gänzlich verschwinden, sondern mit einer quantenmechanischen Unschärfe behaftet sind, so dass die Felstärken mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ungleich Null sind. Der angebliche Nachweis der Teilchenpaare, von dem Herr Stöcker spricht, ist der Nachweis des Casimir-Effekts, bei dem sich zwei dicht zusammenliegende Metallplatten gegenseitig anziehen, weil die Vakuumenergie, die Gesamtenergie aller Felder im Vakuumzustand, im Zwischenraum zwischen den beiden Platten, umso niedriger wird, je enger die Platten zusammen sind.

Etwas genauer führte er dies gegenüber einen Fachkollegen aus:

Zitat von Agent Scullie:
So gibt es in der QFT keine Teilchen, die spotan aus dem Quantenvakuum poppen und gleich wieder dorthin verschwinden würden. Es gibt Feldfluktuationen, bei denen poppen aber keine Teilchen aus dem Quantenvakuum. Vielmehr ist da einfach nur die Feldstärke eines Feldes unscharf (ähnlich wie in der Quantenmechanik die Position eines Teilchens).

Virtuelle Teilchen gibt es in der QFT nicht in Zusammenhang mit Feldfluktuationen, sondern nur in Zusammenhang mit Wechselwirkungen zwischen Feldern, z.B. zwischen dem EM-Feld und dem Elektronenfeld. Wenn man Prozesse, an denen solche Wechselwirkungen beteiligt sind, mit den Mitteln der Störungsrechnung beschreibt, gelangt man zur sog. S-Matrix, in der mathematische Ausdrücke, sog. Propagatoren, auftreten, die aufgrund einer Rechentricks, insbesondere der Verwendung des Wechselwirkungsbildes, Ähnlichkeit mit Ausdrücken haben, die bei wechselwirkungsfreien Feldern die Wanderung von Feldquanten des jeweiligen Feldes beschreiben.

Nimm als Beispiel die Möller-Streuung, bei der zwei Elektronen aufgrund ihrer elektrischen Ladung unter Vermittlung des EM-Feldes aneinander gestreut werden. In niedrigster Ordnung Störungsrechnung ist diesem Streuprozess ein Term der S-Matrix zugeordnet, der den Propagator des EM-Feldes enthält. Dafür hat man die Sprechweise eingeführt, dass die beiden Elektronen ein virtuelles Photon austauschen würden. Im zugehörigen Feynman-Diagramm findet sich dann eine innere Photonen-Linie, die in den beiden Vertices des Diagramms mit den beiden einlaufenden und den beiden auslaufenden äußeren Elektronen-Linien zusammenläuft.

Das Konzept des virtuellen Teilchens kennt die QFT also nur in Verbindung mit dem Austausch eines virtuellen Teilchens, der eine (für den Laien irritierende) Umschreibung für die Vermittlung einer Wechselwirkung durch ein Feld ist. Ein davon unabhängiges Konzept für virtuelle Teilchen gibt es in der QFT nicht. Und das Konzept des Austausches eines virtuellen Teilchens gibt es auch nur im Rahmen der Störungsrechnung. In nicht-störungstheoretischen Ansätzen zur mathematischen Behandlung der QFT, etwa der Gitter-Eichtheorie, kommt der Begriff des virtuellen Teilchens überhaupt nicht vor.

Verstehst Du dies auch so, dass die virtuellen Photonen, welche durch den inneren Graphen in Feynman-Diagrammen beschrieben werden, lediglich eine mathematische Modellvorstellung ist, also die Eich-Bosonen nicht als reale Teilchen (daher ja auch virtuell) existieren, sondern als Beteiliungen von Quantenfeldern an Wechselwirkungen? (Also keine Teilchen, sondern eher sowas wie Feldwirkungen.)

Für die Hawking-Strahlung gilt das aber nicht. Soweit ich weiß, gibt es dahingehend keinen experimentellen Nachweis, durchaus aber indirekte Hinweise.

Es handelt sich m. W. um eine theoretische Herleitung und zwar darum, wie die Gravitation auf die Quantenfelder wirkt, eine vierdimensionale Betrachtung nicht-quantisierter Gravitation, angewandt auf die QFT (semi-klassische Quantengravitation). Da ich hier überforderd bin, zitiere ich die fachliche Erklärung, die mir vermittelt wurde:

Zitat von Agent Scullie:
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.

Hoffentlich ist diese Erläuterung für Dich hilfreich und von Interesse.

[Halman]

Tatsächlich habe ich mich mit meinen Ausführungen auf das populärwissenschaftliche Bild bezogen.
Es sieht - gerade wenn man es störungstheoretisch betrachtet, so aus, als würde "kurzzeitig" die Energie verletzt werden. Die Formeln, die in der 1. Ordnung der Feynman Diagramme stehen, enthalten den echten Propagator für das W+, also den Ausdruck, den man auch benutzen würde, wenn man ein reales W+ mit genügend Energie erzeugt.

Danke für die Erläuterung, Thomas. Mich interessiert nun, was denn physikalische Realität besitzt (also Wirklichkeit ist). könnte man die Erklärung in dem Buch Die Entdeckung des Higgs-Teilchelns so deuten, dass virtuelle Teilchen sich in einem Zustand, irgendwo zwischen existent und nicht existent befinden?

Insofern ist das kurzzeitige Verletzen der Energie eine Modellvorstellung. Messen kann man das nicht, messen kann man nur den Erwartungswert, also den Mittelwert der Energie und hier gilt Energieerhaltung. Zumindest in dem Modell. Áuch die Energieerhaltung ist eine Folge des Modells, das aber (mit Messfehlern) vom Experiment zu bestätigen ist.

Danke für die Erklärung. Darf ich das so verstehen, dass virtuelle Teilchen eine Modellvorstellung sind?

Ähnliches gilt übrigens für den radioaktiven Zerfall. Hier überwindet ein Teilchen (z.B. der Heliumkern beim alpha Strahler) eine Energiebarriere, die es klassisch niemals überwinden könnte. Das sieht aus wie eine kurzzeitige Energieverletzung.

Resultiert dies daraus, dass dieses "tunneln" durch die Energiebarriere quantenmechanisch mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich ist? Ist dies nicht auch der Grund dafür, warum in Sternen überhaupt Kernfusion funktioniert?

Was "wirklich" ist, ist hier eine relativ sinnlose Frage. Wir kennen nur das Modell und das vernachlässigt auf jeden Fall bestimmte Teile. Wichtig für mich ist, dass die Enbergieerhaltung, die in einem klassischen Modell zu jedem Zeitpunkt und bei jeder Wechselwirkung streng gilt, in der Quantenmechanik nur noch im Mittel gilt.
Streng genommen können wir für die Details gar keine Aussagen mehr machen, aber das Modell der Feynman Diagramme suggeriert, dass virtuell Energieerhaltung nicht gilt.

Wenn sie virtuell nicht gilt, so gilt sie gem. der Modellvorstellung nicht. Ist diese denn eine Beschreibung der physikalischen Realität?

Ein einfaches Beispiel wie ich es meine: In der Schule wurde mir für den Chemie-Unterricht das bohr'sche Atommodell von 1913 vermittelt. Dieses ist für einfache chemische Reaktionen (um z.B. die Ionenbindung von Kochsalz zu beschreiben) ein nützliches Modell, aber keine Beschreibung der physikalischen Realität.

Ich kann meine Ausführungen auch mit geborgter Energie formulieren und habe das auch getan.
Inhaltlich ändert sich dadurch nichts.

Ist die Darstellung mit geborgter Energie wirklich zutreffend? Was hälst Du von folgender Beschreibung, die ich aufgrund von Diskussionen mit einem Physiker so formuliere: Der vollkommen von Teilchen entleerte Raum (echtes Vakuum) ist von [Quanten]Feldern erfüllt, die immateriell sind, z.B. dem EM-Feld. Die Energiedichte ist in so einem Raum exakt null. Unscharf null sind die Feldstärken der Quantenfelder (Vakuumfluktuationen). Wechselwirkungen zwischen Quantenfeldern treten in den Gleichungen als virtuelle Teilchen auf (Eich-Bosonen).
Um den Raum zu füllen, damit per Definition kein echtes Vakuum mehr vorliegt, wäre es notwendig, Quantenfelder anzuregen, denn Teilchen sind gem. der QFT lokale Anregungen von Feldern. Dazu muss man, wie im LHC, Energie aufwenden.

[Faransil]

Na, wer ist hier der Troll?

Na du

Und weshalb?
Du hast hier eine Aussage getätigt, die du nicht hast beweisen können. Nun liegt eine Aussage eines Professors vor, die dir ganz klar und für jeden erkennbar widerspricht und du streitest das sogar noch ab.

"Von einer Verletzung des Energieerhaltungssatzes sollte man allerdings nicht sprechen".Genau das hast du aber getan. Somit steht seine Aussage und Ausführung im Widerspruch zu deiner hier getätigten Aussage.

Inhaltlich sagt Prof2 nichts anderes als ich

Doch.
Er sagt nämlich unmissverständlich, dass man hierbei NICHT von einer Verletzung des Energieerhaltungssatzes sprechen sollte. Genau das hat er gesagt, willst du das bestreiten?
Du aber hast behauptet, darin einen Beweis für die Verletzung der Energieerhaltung zu erkennen. Willst du das bestreiten?

[Faransil]

Die Aussage, dass virtuelle Teilchen experimentell bewiesen wären, zweifel ich stark an.

Das macht nichts.
Da dein Zweifel auf den Aussagen von "Agent Scullie" beruhen ist davon auszugehen, dass der Zweifel unbegründet ist. Agent Scullie sollte ihre Bücher mal durch aktuellere ersetzen.

Das Phänomen der virtuellen Teilchen ist indirekt 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!

Die weiteren Erläuterungen von ihr im Detail gehe ich durch und gehe selbst, sofern gegeben, darauf ein.
Danke für die Zusammenstellung. Trotzdem.

[ThomasM]

Er sagt nämlich unmissverständlich, dass man hierbei NICHT von einer Verletzung des Energieerhaltungssatzes sprechen sollte. Genau das hat er gesagt, willst du das bestreiten?

genau "sollte".
Was heißt: Man kann das so nennen, weil es das inhaltlich tatsächlich trifft. Prof2 ist aber das Wort unangenehm, er spricht lieber von "geborgter Energie".
Und was ist geborgte Energie jetzt inhaltlich anders als eine zeitweise Verletzung der Energieerhaltung?

Um es auch für Geistesgrößen wie dich klar darzustellen:
Energieverletzung innerhalb der Unschärferelation = zeitweise Verletzung der Energieerhaltung = bei Zeiten größer Zeitunschärfe Wiederherstellung der Energieerhaltung
Geborgte Energie = Verletzung der Energieerhaltung im Rahmen der Zeitunschärfe = Bei Zeiten größer Zeitunschärfe Wiederherstellung der Energierhaltung

Du bestehst auf oberflächlicher Wortklauberei, statt inhaltlich etwas wesentliches zu sagen. Das wiederholst du in einer unendlichen Schleife, ohne Neues hinzuzufügen.
Genau die Charakteristika eines Trolls.

[Faransil]

Und was ist geborgte Energie jetzt inhaltlich anders als eine zeitweise Verletzung der Energieerhaltung?

Du kannst dem Vakuum Energie auch für endliche Zeiten ausleihen, dann nimmt halt die Energiedichte des Vakuums ab. Die gesamte Energie im Universum bleibt trotzdem erhalten, da wird nichts mehr oder weniger.

Es spielt sowieso keine Rolle: Prof2 sagte ganz klar, dass er es ablehnt, also verneint, hier von einer Verletzung der Energieerhaltung zu sprechen. Er verneint damit das, was du ausgesagt hast. Ob dir das nun gefällt oder nicht.

Du bestehst auf oberflächlicher Wortklauberei, statt inhaltlich etwas wesentliches zu sagen.

Virtuelle Teilchen sind eben keine Teilchen. Die würden erst dann zu realen Teilchen, wenn man deren Annihilation unterbinden könnte.

Hier übrigens eine weitere Aussage eines Profs, die deinen Aussagen entgegen steht:
"Es ist ein weitverbreiteter Irrgaube, dass virtuelleTeilchen bzw. Quantenfluktuationen (kurzzeitig) gegen die Energieerhaltung verstoßen. Dies ist in jeder Hinsicht falsch!

Schuld an diesem Missverständnis sind Buchautoren, die statt keiner Erklärung lieber eine irreführende präsentieren.

Betrachten wir die virtuellen Teilchen in einem Feynmandiagramm. An jedem Vertex des Diagramms, wo also mehrere Linien zusammenlaufen, sind sowohl Energie als auch Impuls exakt erhalten! Aber die virtuellen Teilchen in einem solchen Diagramm verletzen eine grundlegende Beziehung, die für reale Teilchen streng gültig ist.

Für reale Teilchen gilt immer m² = E² - p², wobei m die Ruhemasse ist, E die Energie und p der dazugehörige Impuls ansonsten beliebig. Für ein reales Elektron mit einer Energie E und einem Impuls p findet man für m immer exakt 511 keV.

Für ein virtuelles Teilchen können E und p dagegen beliebige Werte annehmen, die Beziehung m² = E² - p² darf verletzt sein, d.h. der Wert von m für ein virtuelles Teilchen wird von der Ruhemasse abweichen; für ein virtuelles Elektron kann dieses m² einen anderen Wert als (511 keV)² haben, für ein virtuelles Photon einen Wert ungleich Null. Die Konsequenz daraus ist, dass man 'Ruhemasse' für virtuelle Teilchen nicht mehr als solche interpretieren kann, da es i.A. kein Ruhesystem für virtuelle Teilchen gibt. Am besten verabschiedet man sich generell von der Interpretation der virtuellen Teilchen als 'Teilchen'; sie sind eher abstrakte Konzepte, die sich in einer bestimmten Näherung als praktisch erweisen, jedoch keine für sich allein klassisch interpretierbaren Gebilde.

Trotzdem: nutzt man virtuelle Teilchen zur Formulierung der Theorie, so sind in jedem Wechselwirkungspunkt Energie und Impuls erhalten!
"

[Halman]

Die Aussage, dass virtuelle Teilchen experimentell bewiesen wären, zweifel ich stark an.

Das macht nichts.
Da dein Zweifel auf den Aussagen von "Agent Scullie" beruhen ist davon auszugehen, dass der Zweifel unbegründet ist. Agent Scullie sollte ihre Bücher mal durch aktuellere ersetzen.

So aus der "Ferne" fällt es natürlich leicht, so "kühne" Worte zu posten. - Du kennst im Gegensatz zu mir auch seine Qualifikation nicht.

Das Phänomen der virtuellen Teilchen ist indirekt 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!

Die QED übersteigt leider meine Kompetenz.

Die weiteren Erläuterungen von ihr im Detail gehe ich durch und gehe selbst, sofern gegeben, darauf ein.
Danke für die Zusammenstellung. Trotzdem.

Dann möchte ich ergänzend seine Erklärungen zum "Energie borgen" und Lamb-Shift verlinken, sowie seinen Beitrag mit Quellen.

Mir gab er folgende Antwort:

Zitat von Agent Scullie:
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.

Übgrigens bestätigt Dein Professor meine auf Agent Scullies Expertise gestützte Position, dass die Beschreibung von virtuellen Teilchen ungünstig ist.

Zitat vom Professor:
Am besten verabschiedet man sich generell von der Interpretation der virtuellen Teilchen als 'Teilchen'; sie sind eher abstrakte Konzepte, die sich in einer bestimmten Näherung als praktisch erweisen, jedoch keine für sich allein klassisch interpretierbaren Gebilde.

Virtuelle Teilchen sind abstrakte Konzepte und beschreiben Wechselwirkungen zwischen Quantenfeldern. Die Physik der Teilchen gehört der Vergangenheit an und ist in der Populärwissenschaft beliebt, doch die Physik der Felder ist meines Wissens längst Usus.