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THEMA: Materie

Materie 09 Aug 2015 14:12 #655

Was befindet sich zwischen Atomkern und Elektronen, ist es das "perfekte" Vakuum ? Und wenn ja, wie grenzt sich dieses von einem anderen Medium wie zum Beispiel Luft ab ?

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Materie 09 Aug 2015 20:09 #656

Vielleicht darf ich antworten: Luft und das Innere von Atomen sind nicht miteinander vergleichbar, weil man hier auf verschiedenen Längenskalen operiert. Die Luft besteht ja aus zahlreichen Molekülen, diese sind hauptsächlich Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle, diese wiederum bestehen aus jeweils zwei Atomen. Man kann auch sagen: Diese Moleküle bestehen aus zwei Atomkernen mit einigen Elektronen, die nur zu jeweils einem Kern gehören, und einigen Elektronen, die die beiden Kerne sich teilen. Jeder der beiden Kerne zieht (via elektrisches Feld, das er wegen der elektrischen Ladung seiner Protonen um sich herum aufbaut) an den "gemeinsamen" Elektronen, und so halten die beiden zusammen und bilden die Moleküle O2 bzw. N2. Einzelne Sauerstoff- oder Stickstoffatome gibt es in der Luft nicht, sie kommen nur in diesen Zweiermolekülen vor.

Die Frage ist nun, was mit einem "perfekten" Vakuum gemeint ist. Wenn es heißen soll, dass dort keine materiellen Teilchen mehr sind, dann ist der Raum zwischen Kern und Elektronenhülle kein perfektes Vakuum; denn die Elektronen bewegen sich nicht auf scharfen Bahnen um den Kern wie die Planeten um die Sonne, sondern sie bilden lt. Quantenmechanik eine Art "Wahrscheinlichkeitswolke" um den Kern (ein schönes Bild findet man auf Wikipedia unter "Atomorbital"). Demgemäß findet man das Elektron fast überall um den Kern mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit.

Wenn das "perfekte" Vakuum bedeuten soll, dass sich dort auch keine Felder mehr befinden dürfen, dann ist es erst recht keines, denn zwischen dem Kern und den Elektronen ist ja ein elektrisches Feld vorhanden, das sie zusammenhält.

In der Teilchenphysik bezeichnet man als Vakuum den Zustand, in dem das System die niedrigste Energie hat. Ironischerweise wäre in einer Welt, in der es nur das Higgsfeld gibt, das Vakuum dann ein Zustand, in dem das Feld überall einen konstanten Wert besitzt, und nicht einer, in dem das Feld überall null ist; denn dieser Zustand hätte eine höhere Energie als der mit dem konstanten Wert des Feldes.

Der Begriff "Vakuum" oder gar "perfektes Vakuum" ist gar nicht so einfach zu definieren.
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