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THEMA: Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen

Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 06 Apr 2019 19:35 #50645

Nach der letzten Sendung habe ich gelernt, dass die Elementarfelder grenzenlos sind und die Teilchen sind lokale Anregungen dieser Felder.
Die Frage, die ich mir seit meiner frühen Jugend gestellt habe, woher hat der eine Magnet die Information über den anderen Magneten schien damit beantwortet. Ich habe erwartet, im weiteren Verlauf dieser Sendereihe eine Optimierungsvorschrift kennenzulernen, die besagt, dass die Natur Überlagerungen zweier Anregungen zu minimieren versucht. Somit würden sich zwei Überlagerungen gleicher Polarität abstoßen und zwei Überlagerungen entgegengesetzter Polarität anziehen.

Jetzt wurden Austauschteilchen in das Spielfeld geworden. Das Konzept der Austauschteilchen habe ich auch in der Vergangenheit nicht verstanden. Diese Austauschteilchen werden als virtuelle Teilchen benannt.

Ich habe virtuelle Teilchen im Bereich des Vakuums in dieser Sendereihe so verstanden, dass es sich um Energien handelt, die unterhalb des Planckschen Wirkungsquantum liegen und daher nicht wechselwirken können.

Jetzt wird von Austauschteilchen in Form von Photonen gesprochen, die mit Elektronen wechselwirken um Informationen zu übertragen. An dieser Stelle ist für mich als Laien unbedingt eine Definition der virtuellen Austauschteilchen erforderlich.

Was ist an Teilchen, die wechselwirken virtuell, zumal, wenn sie dem Photonenfeld zugeordnet werden können und deren Wirkung so stark ist, dass makroskopische Materie bewegt wird.

Mit der reinen Informationsübermittlung kann ich nichts anfangen, da dies eine Absicht der Elektronen impliziert. So funktioniert die Natur nicht.

Es wäre daher schön, wenn es eine klare Definition der virtuellen Teilchen und Austauschteilchen gäbe – oder bedeutet virtuelles Teilchen und Austauschteilchen: das haben wir nicht verstanden?

Ich für meinen Teil bleibe hier ratlos zurück.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 08 Apr 2019 11:45 #50698

Hallo Jürgen,
die Optimierungsvorschrift haben wir ja bereits gefunden in Form der Wirkung S. Dieses Wirkung beinhaltet nun einen weiteren Parameter für jede Wechselwirkung der Felder untereinander. Der Einfachheit halber haben wir mit alpha begonnen, der Kopplungskonstanten der QED. Die Wirkung wird bereits damit leider sehr kompliziert, weshalb wir in der nächsten Folge Störungstheorie betreiben müssen und S nach alpha entwickeln werden. Damit uns die Mathematik dabei nicht um die Ohren fliegt, werden wir vorab das Konzept der Feynman-Diagramme kennen lernen.
Ich hoffe, das hilft Ihnen einstweilen weiter - ich bitte noch um etwas Geduld. Den einen gehts zu schnell, den anderen nicht schnell genug - das ist die Herausforderung dieser Videoreihe...
Herzliche Grüße
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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 08 Apr 2019 23:35 #50717

Hallo,
obwohl auf das Wichtigste, was noch kommen wird, hingewiesen wurde, ein Ratschlag, der vielleicht das Verständnis ohne Mathematk erleichtert:
Das Vakuum bzw. der ansonsten leere Raum enthält etwas, was man als Substrat bezeichnen kann. Damit können beobachtbare Phänomene erzeugt werden. Diese werden durch Naturgesetze beschrieben und dazu gehören auch Kopplungsfaktoren, wie die Feinstrukturkonstante.

Jürgen schrieb: Nach der letzten Sendung habe ich gelernt, dass die Elementarfelder grenzenlos sind und die Teilchen sind lokale Anregungen dieser Felder.

ok

Jürgen schrieb: Die Frage, die ich mir seit meiner frühen Jugend gestellt habe, woher hat der eine Magnet die Information über den anderen Magneten schien damit beantwortet. Ich habe erwartet, im weiteren Verlauf dieser Sendereihe eine Optimierungsvorschrift kennenzulernen, die besagt, dass die Natur Überlagerungen zweier Anregungen zu minimieren versucht. Somit würden sich zwei Überlagerungen gleicher Polarität abstoßen und zwei Überlagerungen entgegengesetzter Polarität anziehen.

ok

Jürgen schrieb: Jetzt wurden Austauschteilchen in das Spielfeld geworden. Das Konzept der Austauschteilchen habe ich auch in der Vergangenheit nicht verstanden. Diese Austauschteilchen werden als virtuelle Teilchen benannt.

ok

Jürgen schrieb: Ich habe virtuelle Teilchen im Bereich des Vakuums in dieser Sendereihe so verstanden, dass es sich um Energien handelt, die unterhalb des Planckschen Wirkungsquantum liegen und daher nicht wechselwirken können.

Wirkung und Energie sind unterschiedliche Größen, aber die Wechselwirkung erzeugt eine Kraft. Vorstellen kann man sich das als Wirkung des Substrats, also des Mediums im Vakuum, über welches wir wenig wissen. Aber wir kennen die Wirkung und können diese mathematiisch beschreiben.

Jürgen schrieb: Jetzt wird von Austauschteilchen in Form von Photonen gesprochen, die mit Elektronen wechselwirken um Informationen zu übertragen. An dieser Stelle ist für mich als Laien unbedingt eine Definition der virtuellen Austauschteilchen erforderlich.

Virtuell sind sie, weil ihre Energie im Substrat nicht zur Bildung von stabilen Teilchen reicht.

Jürgen schrieb: Was ist an Teilchen, die wechselwirken virtuell, zumal, wenn sie dem Photonenfeld zugeordnet werden können und deren Wirkung so stark ist, dass makroskopische Materie bewegt wird.

Über einen größeren Raumzeitbereich verteilt kann da viel Energie darin stecken. In kleinen Raumzeitbereichen der Größenordnung von stabilen Elementarteilchen ist die Energie aber kleiner als deren Energie. Deshalb werden sie nicht beobachtet, sind also virtuell.

Jürgen schrieb: Mit der reinen Informationsübermittlung kann ich nichts anfangen, da dies eine Absicht der Elektronen impliziert. So funktioniert die Natur nicht.

Es wäre daher schön, wenn es eine klare Definition der virtuellen Teilchen und Austauschteilchen gäbe – oder bedeutet virtuelles Teilchen und Austauschteilchen: das haben wir nicht verstanden?

Ich für meinen Teil bleibe hier ratlos zurück.

Vielleicht verwirrt nur der Begriff Teilchen. Das ist aber vermutlich eine Struktur, welche eine Portion von etwas noch Unbekanntem bezeichnet. Das könnten auch Strings,... sein. Mit einer einfachen Wechselwirkung kann darin auch die Feinstrukturkonstante so erzeugt werden, dass sie als wichtigerer Faktor die Elementarladung (siehe Formel auf Sommerfelds Denkmal) erzeugt.
MfG
Lothar W.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 09 Apr 2019 17:15 #50743

Das scheint genau mein Problem zu treffen.

Es fehlen Hintergrundinformationen.

Definitionen und Abgrenzungen zwischen Wissen, Annahmen und etwas unbekanntem, das bislang lediglich eine Bezeichnung trägt.

Spannend bleibt es trotzdem.

Danke.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 10 Apr 2019 16:47 #50770

Zunächst einmal muss ich sagen, dass ich auf diesem Gebiet auch ein Laie bin, und sollte ich etwas falsch verstanden haben, so bin ich für jeden Hinweis dankbar.

Jürgen schrieb: Ich habe erwartet, im weiteren Verlauf dieser Sendereihe eine Optimierungsvorschrift kennenzulernen, die besagt, dass die Natur Überlagerungen zweier Anregungen zu minimieren versucht. Somit würden sich zwei Überlagerungen gleicher Polarität abstoßen und zwei Überlagerungen entgegengesetzter Polarität anziehen.


Ich verstehe das so, dass du erwartet hast, die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen z.B. 2 Elektronen allein aus dem Elektronenfeld und einer Extremalbedingung ableiten zu können. Dass dies nicht so sein wird, sieht man meines Erachtens schon an der klassischen Elektrodynamik. Ich fand es immer faszinierend, dass die Maxwell-Gleichungen eine Lösung im Vakuum haben, und dass es sich bei dieser elektrom. Strahlung um Licht handelt. Hier sieht man bereits den fundamentalen Zusammenhang zwischen Photonen und der elektrom. Wechselwirkung.

Und nachdem die elektrom. Strahlung in der Quantenmechanik bereits als Photon quantisiert ist, liegt es sehr nahe, das gesamte elektrom. Feld zu quantisieren. Und das ergibt dann, so wie ich es verstehe, das Photonenfeld. Und somit vermittelt dann ein Teil dieses Photonenfeldes (nicht die Photonen der elektrom. Strahlung) die Wechselwirkung zwischen elektr. geladenen Teilchen. Den Begriff "virtuelle Photonen" finde ich da auch passend.

Das Elektronenfeld gibt ja sozusagen nur die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass sich an einem beliebigen Punkt (x,t) ein Elektron befindet.

Jürgen schrieb: Jetzt wurden Austauschteilchen in das Spielfeld geworden. Das Konzept der Austauschteilchen habe ich auch in der Vergangenheit nicht verstanden. Diese Austauschteilchen werden als virtuelle Teilchen benannt.


Mit dem Begriff Austauschteilchen kann ich auch nicht viel anfangen. Allerdings haben wir ja gesehen, dass wir hier Teilchen auch durch Feld ersetzen können, was mir dann auch besser gefällt.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 11 Apr 2019 20:38 #50820

elco schrieb: Und nachdem die elektrom. Strahlung in der Quantenmechanik bereits als Photon quantisiert ist, liegt es sehr nahe, das gesamte elektrom. Feld zu quantisieren. Und das ergibt dann, so wie ich es verstehe, das Photonenfeld.


So wie ich es verstanden habe, sind Photonen nicht quantisiert. Jede Wellenlänge ist möglich. Lediglich die Wechselwirkung ist quantisiert.

elco schrieb: Das Elektronenfeld gibt ja sozusagen nur die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass sich an einem beliebigen Punkt (x,t) ein Elektron befindet.


Das Elektronenfeld ist nach meinem gegenwärtigen Verständis der Raum oder das Substrat, wie Struktron es bezeichnet, in dem es Anregungen gibt, die wir als Elektronen wahrnehmen / interpretieren.

elco schrieb: Allerdings haben wir ja gesehen, dass wir hier Teilchen auch durch Feld ersetzen können, was mir dann auch besser gefällt.


In Folge 43 sind Felder und Teilchen beschrieben. Danach sind Teilchen Anregungen innerhalb eines Feldes. Es gibt entsprechend nur ein Elektronenfeld, jedoch viele Anregungen, die wir als Elektronen interpretieren.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 11 Apr 2019 22:08 #50823

Jürgen schrieb: So wie ich es verstanden habe, sind Photonen nicht quantisiert. Jede Wellenlänge ist möglich. Lediglich die Wechselwirkung ist quantisiert.


Ja, quantisiert ist die Energie, mit der elektrom. Strahlung wechselwirken kann. Das geht nur in Portionen von E = h*f bei gegebener Frequenz f, und diese kleinste Portion nennt man halt Photon.

Jürgen schrieb: Das Elektronenfeld ist nach meinem gegenwärtigen Verständis der Raum oder das Substrat, wie Struktron es bezeichnet, in dem es Anregungen gibt, die wir als Elektronen wahrnehmen / interpretieren.


Ich sehe das Elektronenfeld derzeit mehr als ein mathematisches Modell, analog zur Wellenfunktion in der Quantenmechanik, das nicht unbedingt einer physikalischen Realität entsprechen muss.

Und ja, es gibt nur ein Elektronenfeld, das sehe ich auch so.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 14 Apr 2019 23:06 #50952

elco schrieb: Ich sehe das Elektronenfeld derzeit mehr als ein mathematisches Modell, analog zur Wellenfunktion in der Quantenmechanik, das nicht unbedingt einer physikalischen Realität entsprechen muss.

Wenn wir rein auf mathematische Modelle setzen laufen wir Gefahr uns zu verirren.

Die Vorstellung dieses Elektronenfeldes macht aus meiner Sicht nur Sinn, wenn wir auch die Vorstellung haben, dass dies physikalische Realität ist.

Elektromagnetische Wechselwirkung ohne diees Elektronenfeld ist aus meiner Sicht ebenso spukhaft wie aus Einsteins Sicht die Quantenverschränkung. Es muss ein verbindendes Medium geben.

Im Übrigen bin ich davon überzeugt, dass die Genialität Einsteins im Wesentlichen in seiner Herangehensweise ohne Mathematik lag. Er hat die fundermentalen Zusammenhänge aus Gedankenesperimenten gewonnen. Dadurch konnte er Abstand gewinnen von dem, was andere vor ihm gedacht haben und diese Fragmente zu einem Großen Ganzen zusammenfügen. Erst dann kam die Mathematik als Werkzeug hinzu, die Theorie zu überprüfen und zu vervollständigen oder zu verfeinern.

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Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante - Austauschteilchen 15 Apr 2019 19:28 #50976

Hallo Jürgen,

ich gebe dir ja grundsätzlich recht, und in Bezug auf diese Felder habe ich meine Meinung etwas geändert.

Ich hatte diese Felder bisher als Wahrscheinlichkeits-Felder interpretiert, in dem Sinn, dass das Amplituden-Quadrat die Wahrscheinlichkeit angibt, dass sich ein Teilchen an einem gewissen Punkt befindet.

Mittlerweile bin ich aber der Ansicht, dass das Amplituden-Quadrat sowas wie eine Energiedichte im Raum angibt, was dann durchaus einer physikalischen Realität entspricht. Und auch Wechselwirkungen lassen sich dann anschaulicher erklären. Darauf, wie das genau funktioniert, bin ich schon gespannt. Klar ist jedenfalls, dass so ein Feld nicht mit sich selber wechselwirken kann, weshalb 2 Elektronen zur Vermittlung der abstoßenden Kraft auch das Photonenfeld und die Kopplungskonstante brauchen.

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