Was hat es mit der Quantenfeldtheorie auf sich / wo lerne ich ohne Studium mehr?
Hallo, ich bin 17, mache Abitur und habe seit etwa einem halben Jahr unfassbare Liebe zur Physik gefunden, nachdem ich von der Relativitätstheorie und der theoretischen Möglichkeit von Zeitreisen in die Zukunft hörte.
Bevor es zur eigentlichen Frage geht, wenn diese frage zu lang ist oder nicht beantwortet werden kann, weil man die antwort darauf nicht kennt, bitte beantwortet mir das:
Meine Lehrer können mir hierbei nicht mehr helfen. Neben dem Abi studieren kann ich auch nicht und Physik ist mehr ein Hobby, zumindest jetzt noch. Kann ich trotzdem an Vorlesungen teilnehmen und Kontakt zu Professoren knüpfen um Fragen zu stellen, oder haben die keine Zeit für sowas.
Weiter zur Frage:
Seitdem ich 12 bin beschäftigte ich mich mit Chemie. Ich habe z.B Claydens Organische Chemie gelesen, Experimente gemacht und lustige Medikamente aus Vanille synthetisiert. Darin bin ich sehr fit.
Jetzt hörte ich von der Quantenfeldtheroie und mein Kopf brennt völlig. Ich kann praktisch nicht aufhören mich damit zu beschäftigen bis ichs verstehe. In der Chemie stellte ich mir Atome in einem Molekül immer wie Bausteine vor, die in ihrem inneren weitere, kleinere Bausteine mit lustigen Ladungen hielten. Eben Steine. Jetzt heißt es laut der Quantenfeldtheorie, dass Elementarteilchen Felder zugeordnet werden können. Nicht etwa wie beim Doppelspaltexperiment, bei dem Teilchen eine Wellenfunktion haben die bei Messung kollabiert, sondern dauerhafte Felder (wenn ich es richtig verstanden habe). Ein stiller Beobachter nimmt in einem kalten Vakuum keine Teilchen wahr, während ein bewegender Beobachter in diesem "Vakuum" plötzlich ein warmes Teilchengas wahrnimmt?!?!? Das ist ein Resultat dieser spezifischen "Feldereigenschaft".
Wie können Felder dann Bindungen eingehen? Die Bindungen entstehen ja durch Elektronen die wechselwirken. Und diese ganzen elektronen sollen jetzt keinen festen Ort haben? Wenn es wirklich Felder sind, die miteinander wechselwirken und so dafür sorgen, dass ein Atom eine Bindung eingeht und alle Elementarteilchen Felder sind, was ist dann noch real!? Was ist wo? Was ist wann (im bezug darauf, dass diese Felder im ganzen Universum sind und somit das "Teilchen" überall)?
Ich bin fest davon überzeugt, dass ein Physiker mich für diesen Text schlagen würde, da einige Dinge absolut falsch erfragt wurden. Ich bin kompletter Laie, will aber lernen, deswegen frage ich.
Würde es denn helfen, die Mathematik dahinter zu kennen und zu verstehen, um mir auch irgendwann visuell vorstellen zu können was das alles ist? Wenn ja, wo fange ich da an?
4 Antworten
Oha. Ja, wo fängt man da an ohne Studium? Zunächst einmal sind nicht alle Teilchen Wechselwirkungsteilchen/Austauschteilchen der Quantenfelder, sondern nur manche. Das Photon ist das Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung als Beispiel. Das Elektron ist hingegen kein Wechselwirkungsteilchen.
Quantenfeldtheorien sind selbst für die meisten studierten Physiker ein Buch mit 7 Siegeln und eines der komplexesten Themen der theoretischen Physik. Wirklich verstehen kannst Du das ohne ein Studium nicht, dazu fehlt Dir komplett das Handwerkszeug. Wahrscheinlich verstehst Du schon den Eintrag bei Wikipedia nach wenigen Sätzen nicht mehr.
Populärwissenschaftlich gibt es da nicht viel. Ich würde Dir das Buch über Quantenelektrodynamik vom Nobelpreisträger Richard P. Feynman empfehlen: https://www.amazon.de/QED-seltsame-Theorie-Lichts-Materie-ebook/dp/B009SKQ7NW/
Für Quantenchromodynamik kenne ich nichts populärwissenschaftliches.
Ich empfehle Feynman's Lectures on Physics, recht unterhaltsam und vor allem eingängig, was die Begriffe angeht. Dort wird zB der Welle-Teilchen-Dualismus und die Unschärferelation mit einem Schlag etwa so erklärt:
Welle und Teilchen sind nur zwei Sichten auf das Gleiche im Sinne der Unschärferelation. Erzwingt man experimentell Ortsschärfe, hat man Teilchen, erzwingt man Impulsschärfe*, hat man Wellen. Anders gesagt: das Absolutquadrat einer Wellenfunktion an einem Ort ist die Wahrscheinlichkeitsdichte, dort ein Teilchen "anzutreffen".
*) der Impuls hängt direkt mit der Wellenlänge zusammen. Wirklich genau kann man die Wellenlänge aber nur bei einem unendlich langen Wellenzug messen - je kürzer der Wellenzug, desto genauer der Ort, desto unschärfer die Wellenlänge und damit der Impuls.
Bis dahin ist das nur Quantenmechanik. Quantenfeldtheorie geht darüber hinaus. So wie elektromagnetische Wellen, die die elektromagnetische Wechselwirkung übertragen, als Austausch von Photonen darstellbar sind, so sind auch alle anderen Wechselwirkungen (die Schwache, die Starke, die Gravitation) als gewellte Felder mit eigenen Austauschteilchen darstellbar, und Quantenfeldtheorie verallgemeinert das. Auch das Higgs-Feld, das den Teilchen Masse gibt, passt da hinein.
Würde es denn helfen, die Mathematik dahinter zu kennen und zu verstehen, um mir auch irgendwann visuell vorstellen zu können was das alles ist? Wenn ja, wo fange ich da an?
Da muss ich dich eher enttäschen - dass sich die Natur durch Felder beschreiben läst ist mittlerweile erwiesen. Ob du nach Jahren der Beschäftigung mit dem Thema eine Art Vorstellung bekommst, bezweifle ich aber ein wenig, denn Quantenfeldtheorie bsteht nahezu nur aus sehr anspruchsvoller Mathematik und ist nichts für Physik-Anfänger.
Der Nobelpreisträger und "Erfinder" der Quantenelektrodynamik hat gesagt:
Das ist so wahr, wie es wahrer nicht sein kann...
Es gibt viele Lehrbücher darüber, aber wenn du kein Grundlagenwissen hast, wirst du da nach drei Seiten komplett aussteigen.
Ein gutes Buch wäre
Ryder L.H. Quantum field theoryhttps://pdfcoffee.com/ryder-l-h-quantum-field-theory-2nd-editionpdf-pdf-free.html
da kannst du ja mal reinschauen, ws dich erwartet...Gluab aber ehrlich gesagt nicht, dass das was für dich ist.
Vorlesungsskripten auf Anfängerniveau (als Anfänger ist hier jemand zu betrachten, der Physik studiert hat und neu im Thema ist) wären hier zb ein paar:
https://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/qft.html
https://arxiv.org/pdf/1110.5013.pdf
All diese Bücher sind Grundlagenwerke.
Zusammenfassend meine ich: man kann nicht "ein bisschen QFT" machen, denn das ist kein Sonntagsspaziergang sondern dauert Jahre. Beschäftige dich erst mal mit klassischer Quantenmechanik, denn ohne die wirst du kein Buch über QFT auch nur annähernd lesen können. Von der Mathematik rede ich noch gar nicht. Ohne fundiertes Wissen über Gruppentheorie braucht man gar nicht erst mal beginnen. Es macht keinen Sinn, etwas zu studieren, wo KOMPLETT die Grundlagen fehlen. Das wäre so, als wolltest du ohne jegliche Musikkentnisse bei den Wiener Philharmonikern mitspielen wollen. Du überschätzt dich da - Sorry für die klaren Worte.
dann wirst du um ein Physikstudium nicht umhin kommen. Ob es dann aber die Zeit wert sein wird, musst du entscheiden. Und ob du dafür geeignet bist, weißt du auch noch nicht. Mach eines nach dem anderen...
Was Zeitreisen, Quantenfelder etc angeht sind Modelle in der Physik, die Versuchen einen Sachverhalt darzustellen und nicht exakt die Realität sind. Es beginnt schon bei einer Geschwindigkeit, sowas existiert in der Physik, aber ist nur ein Modell zur Beschreibung. Denn ein Körper, der sich bewegt, hat nur im physikalsichen Sinne eine ihm zugeordnete Eigenschaft. Ob Felder wirklich existieren und was sie sind, darüber macht die Physik keine Aussage, sie ist lediglich ein Sacherverhalt, der versucht wird darzustellen. Newtons Gravitationtheorie ist momentan überholt (Allgemeine Relativitätstheorie) macht aber in vielen Bereichen gute Ergebnisse, dennoch kennt man dessen Grenzen und weiß, dass sie nicht "Realtität" ist.
Wenn man Physik studiert und sich viel auseinandersetzt, dann erkennt man, dass es keine Wissenschaft ist, die dir erklärt wieso etwas wirklcih so ist, sondern macht nur annäherungsweise gute Vorhersagen. Der Rest wäre Philosophie. Darum muss man die Mathematik dahinter erlernen und dann die Physikmodelle wie die Feldtheorien, denn ab einem bestimmten Punkt hört jede Vorstellungskraft und Intuition auf.
Danke, war wichtig für mich zu wissen. Ich werd die Jahre darin investieren, bin gewillt dazu