Frage an Quantenphysiker: Warum glaubt man, dass erst die Existenz von Wolken bestimmter virtueller bosonischer Teilchen die Grundkräfte der Natur bewirkt?
Mit anderen Worten:
Könnte es nicht auch so sein, dass erst von Null verschiedenes Kraftpotential das Vakuum dazu veranlasst, entsprechende Wolken virtueller Teilchen zu erzeugen?
Wie ChatGPT mir erklärt, haben die Physiker einfach nur festgestellt, dass Kräfte nie ohne entsprechende Wolken virtueller Teilchen beobachtet werden.
Mir fällt auf: Es geht aus solcher Beobachtung aber doch einfach nicht hervor, ob nun die Wolken virtueller Teilchen bestimmten Typs Kraftpotential aufbauen oder ob umgekehrt sich aufbauendes Kraftpotential zum Entstehen immer dichterer Wolken virtueller Teilchen entsprechenden Typs führt.
Die Vorstellung von Austauschbosonen wurde ursprünglich in den 1930er Jahren von Physikern wie Hideki Yukawa in die Theorie eingeführt. Yukawa schlug vor, dass die starke Wechselwirkung durch den Austausch von massiven Teilchen (Gluonen) vermittelt wird, um die Reichweite der Wechselwirkung zu begrenzen.
2 Antworten
"virtuelle teilchen" ist nur der (unglückliche) name für bestimmte terme in einer rechnung. und zwar terme die nur entstehen wenn du eine bestimmte reihenentwicklung in deiner rechnung machst (weil du sie sonst nämlich nicht lösen kannst).
betrachte ein vereinfachtes modell das man direkt lösen kann oder verwende eine andere näherungsmethode für eine realistisches modell (zB gittereichtheorie), und "puff!", schon gibt es keine "virtuellen teilchen" mehr.
jede diskussion über die realität, tiefere bedeutung, ontologie oder wie immer man man das nennen möchte, von "virtuellen teilchen" macht daher keinen sinn und würde ich als verschwendete zeit bezeichnen.
ist so wie wenn man entwickelt
e^x~1+x+x^2/2+...
und dann darüber diskutieren was die bedeutung der einzelnen (unendlich vielen) summanden ist. bringt nichts.
Die Aussage der Physiker, dass z.B. Photonen die elektromagnetische Wechselwirkung darstellen gilt doch keineswegs nur für virtuelle Photonen.
die aussage dass das quantisierte elektromagnetische feld, dessen fundamentalen anregungen wir "photonen" nennen, die elektromagnetische wechselwirkung vermittelt gilt allgemein.
ich habe nichts anderes behauptet. deine frage sprach aber explizit von einer "wolke von virtuellen teilchen".
Und die Terme, von denen Du sprichst, stehen (mindestens in Feynman-Diagrammen) doch wirklich für Mengen solcher "Teilchen",
diese terme entsprechen den inneren linien von Feynman-diagrammen. oder besser anders herum: die inneren linien von Feynman-diagrammen entsprechen diesen termen.
aber Feynman-diagramme stellen eben nichts anderes dar als exakt diese rechnung. andere (oder keine) näherungsmethode anstatt störungstheorie --> keine Feynman-diagramme.
sie stellen keine prozesse dar, sondern ganz bestimmte integrale einer reihenentwicklung. integrale die so nicht auftauchen wenn ich diese reihenentwicklung nicht oder anders mache (auch verschiedene eichungen können verschiedene Feynman-diagramme verschwinden lassen).
Virtuelle Teilchen sind Transienten, die in unseren Gleichungen erscheinen...
in den gleichungen, die auftreten wenn wir eine bestimmte näherungsmethode wählen.
Wie mir scheint, sind wir beide gleicher Meinung. Das sieht nur anders aus, da Du den Begriff virtueller Teilchen nur bis zur Rechnung hin interpretierst, ich und Wilczek aber etwas tiefer bis hin zu dem, was diese Terme in der Natur Existierendes ihrem Energiegehalt nach zu quantifizieren versuchen. Damit diese Quantifizierung "richtig" wird, bedarf es sog. Renormalisierung (was nichts anderes bedeutet, als dass die Berechnung gewisser Teilsummen falsches Ergebnis "unendlich" liefert, so dass das Rechenergebnis durch tatsächlich beobachtete Teilsummenwerte ersetzt werden muss).
Wie mir scheint, sind wir beide gleicher Meinung.
vielleicht, ich weiß es nicht.
ich und Wilczek aber etwas tiefer bis hin zu dem, was diese Terme in der Natur Existierendes ihrem Energiegehalt nach zu quantifizieren versuchen.
und ich frage mich wie etwas das gar nicht da ist wenn ich innerhalb des selben modells einfach eine andere näherungsmethode verwende, sinnvoll als ausgangspunkt für so etwas genommen werden kann.
wenn einfach niemand auf den trick mit der störungstheorie grkommen wäre könnten wir heute 1:1 die selbe theorie haben, nur ohne virtuelle teilchen. bei sowas sehe ich wenig raum für weiter "in die tiefe" zu gegen.
Ja, dein "ich frage mich wie ..." finde ich nachvollziehbar. Leider habe auch ich darauf keine Antwort.
Da ich nun aber die dir vorschwebenden (ja mindestens zwei) unterschiedlichen Näherungsmethoden nicht kenne, bleibt mir nur zu fragen: Bist Du denn wirklich sicher, dass sie zum selben Grenzwert führen und der endlich ist? Falls nicht, muss man die Näherungsmethoden ja ohne als "nur maximal eine kann brauchbar sein" einstufen.
Wie sich virtuelle von realen Teilchen unterscheiden, hat am treffendsten Frank Wilczek beschrieben:
"Virtuelle Teilchen sind spontane Fluktuationen eines Quantenfeldes. Reale Teilchen sind Anregungen eines Quantenfeldes mit einer für Beobachtung brauchbaren Beständigkeit. Virtuelle Teilchen sind Transienten, die in unseren Gleichungen erscheinen, nicht aber in Messgeräten. Durch Energiezufuhr können spontane Fluktuationen über einen Schwellwert verstärkt werden, was bewirkt, dass (eigentlich sonst) virtuelle Teilchen zu realen Teilchen werden."
Quelle: Frank Wilczek: The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces. Basic books, New York 2008, ISBN 978-0-465-00321-1, Glossary, S. 241
Auffallend ist, dass Quantenphysiker statt des Worts "Kraft" (für die Grundkräfte der Physik) heute wohl lieber das Wort "Wechselwirkung" verwenden. In meinen Augen deutet das darauf hin, dass sie wohl wirklich die Wechselwirkung von Anregungen des Feldes aller Energie als das Ursächliche sehen, die beobachteten Kräfte aber eher als ein erst aus der Wechselwirkung resultierendes Phänomen.
Wer ChatGPT fragt, kann auch gleich die Bildzeitung lesen - die Information wird auf sehr ähnlich unreflektierte Art zusammengeklaut.
Teilchen sind nicht kleine Kügelchen, die herumfliegen, schon in der normalen Quantenmechanik nicht, und erst recht nicht in der Quantenfeldtheorie, bei der Wechselwirkungen immer Austausch virtueller Teilchen sind. Dafür muss man diese Teilchen nicht erst "heranschaffen, zur Verfügung stellen wie Ziegelsteine", sondern sie sind ständig mit gegebenen Wahrscheinlichkeiten da. Das Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung zB, das Photon, muss man auch nicht vorher erzeugen, sondern die Wahrscheinlichkeitsdichte seiner Anwesenheit ergibt sich aus dem Absolutquadrat der elektromagnetischen Welle.
Mir ist schon klar, dass ChatGPT (wie jede KI) überhaupt nicht versteht, von was sie oder der Fragende inhaltlich spricht. Dennoch machen von dieser Software erzeugte Kurzartikel meist wirklich Sinn. Im Zweifel kann man sogar nachfragen und eigene Zweifel beschreiben. Mir hat ChatGPT auf solches Nachfragen bisher immer in ganz erstaunlich sinnvoller Weise geantwortet: Eben so, dass man denken könnte, ChatGPT hätte mein Argument auch inhaltlich verstanden.
Die Aussage der Physiker, dass z.B. Photonen die elektromagnetische Wechselwirkung darstellen gilt doch keineswegs nur für virtuelle Photonen.
Und die Terme, von denen Du sprichst, stehen (mindestens in Feynman-Diagrammen) doch wirklich für Mengen solcher "Teilchen", die einzeln zu betrachten halt gar nicht mehr gelingt.
Und natürlich sind "Teilchen" - virtuelle oder nicht virtuelle - keine Kügelchen, wie man früher dachte, sondern Anregungen des Feldes (= als unteilbar anzusehende Portionen von Energie und Kraftfeldern).