Woher kommt Vakuumenergie her?
Was genau passiert da laut den aktuellen Ergebnissen?
Danke im Voraus!
3 Antworten
Nirgendwoher. Es dominiert die Energieerhaltung Energie kann weder erzeugt noch verbraucht werden.
Was ist Energie? "Energie ist die Fähigkeit eines Körpers oder eines Kraftfeldes eine Arbeit W zu verrichten. Die verrichtete Arbeit entspricht einer ENERGIEDIFFERENZ ΔE=W=1Nm=1J"
Nur weil irgendwo "Energie" "drin steckt" heißt es nicht, dass hier auch ARBEIT verrichtet wird. Arbeit wird immer dann verrichtet wenn es ein EnergieUNTERSCHIED gibt. Alles im Leben strebt dabei das gleiche Energieniveau an, ist dieses Energieniveau ausgeglichen, so herrscht Kräftegleichgewicht und es wird keine weitere Arbeit verrichtet.
Das heißt im Umkehrschluss auch, dass es uns und das Universum nur deshalb gibt weil das Universum sich im energetischen UNGLEICHGEWICHT befindet. Die Energie ist nicht homogen verteilt.
Das was wir "nichts" nennen ist in Wahrheit nicht nichts, auch im Vakuum steckt Energie und gemäß der Quantenmechanik hat dieses Energiefeld die Eigenschaft um den 0 Punkt zu schwanken diese Schwankung führt dazu, dass es immer mal wieder Energieunterschiede gibt und sich so gemäß E=mc^2 Teilchen aus dem nichts erzeugt Ein Teilchen, welcher eine bestimmte Ladung trägt und im gleichen Zug entsteht ein Teilchen mit der entgegengesetzten Ladung wie ein Elektron und ein Positron. Sie entstehen aus dem nichts und löschen sich so gegenseitig aus indem sie ihre gegenseitigen Ladungen wegheben. Diese ständigen Energieschwankungen werden "Quantenfluktuation" genannt und können mit dem "Casimir-Effekt" nachgewiesen werden.
Die gängige Urknallhypothese baut darauf auf jedoch braucht es einen Symmetriebruch aber auch hierfür gibt es eine Lösung, denn nach der Quantenmechanik sind spontane Symmetriebrüche durchaus möglich.
Die Vakuumpolarisation ist ebenso wie die Vakuumfluktuation eine Modellvorstellung in welcher virtuelle Teilchen zum Einsatz kommen.
Ein virtuelles Teilchen ist in diesem Sinne nur ein mathematisches Objekt um Wechselwirkungen im Sinne der Quantenfeldtheorie zu beschreiben, weil diese eben Austauschteilchen benötigt. Sprich Wechselwirkungen zB die Elektromagnetische Wechselwirkungen wird in dieser Theorie selbst über ein Quantenobjekt das Austauschteilchen vermittelt. Diese Austauschteilchen können reell oder eben virtuell sein.
Als Beispiel kann man dazu Photonen nehmen. Wenn ein in einem Quantenmechanischen System im Grundzustand eine Elektromagnetische Wechselwirkung im Sinne der Quantenfeldtheorie beschrieben werden soll, wird ein virtuelles Photon gebildet, welches dann eben die Wechselwirkung vermittelt. Im Sinne der Quantenfeldtheorie ist es eben jetzt die Vorstellung, dass das Virtuelle Teilchen aus Nullpunktsenergie gebildet wird, die Wechselwirkung vermittelt und wieder verschwindet. Das ist auch die eigentliche Vakuumfluktation.
Das virtuelle Photon ist aber nur das theoretische Austauschteilchen welches benötigt wird, aber kein Teilchen welches irgendetwas anderes macht als die Elektromagnetische Anziehung zu vermitteln. Also ein Virtuelles Teilchen kann eben nur die Anziehung vermitteln, aber weder gemessen werden, noch kann es eingefangen werden oder dergleichen. Aufgrund dieser Eigenschaften geht man davon aus, dass die Virtuellen Teilchen zwar als Mathematische Beschreibung auftauchen aber nicht tatsächlich vorhanden sind. Genau genommen kann ein Virtuelles Teilchen an sich auch Werte annehmen die bei einem rellen Teilchen nicht vorkommen können. So kann ein virtuelles Teilchen zB einen Impuls haben aber keine Energie, weil es nicht der Impuls Energie Relation unterliegt.
Sofern das Quantenmechanische System jetzt in einen höheren Energiezustand wechselt können die virtuellen Teilchen aber durchaus zu rellen Teilchen werden. zB werden im höheren Zustand aus den virtuellen Photonen, reelle Photonen die nun der Energie Impuls Relation unterliegen und auch tatsächlich Energie transportieren.
Also man muss am Ende hier wie gesagt immer zwischen reellen und virtuellen Teilchen unterscheiden, das ist bei diesen Theorien wichtig. Mit dem Casimir Effekt wollte man eben zeigen, dass Virtuelle Teilchen doch mehr physikalische Bedeutung besitzen, aber dadurch, dass sich dieser auch anders beschreiben lässt, ist man eben derzeit am Standpunkt, virtuelle Teilchen sind rein virtuell vorhanden, sie sind eben eine mathematische Modellvorstellung, genau so wie die Vakuumpolarsisation und Vakuumfluktuation.
Die Nullpunktenergie gibts zwar wirklich aber die wird oft einfach falsch aufgefasst oder beschrieben wie ich oben geschrieben habe.
"Die Ladung des Kerns wird dadurch unmittelbar am Kern verstärkt und mit zunehmendem Abstand abgeschwächt. Die Vakuumpolarisation ist kaum messbar und wurde deshalb erst um 1990 experimentell nachgewiesen"
Ist die Aussage dann falsch?
Also mir ist bewusst was virtuelle Teilchen sind ich kenne auch den Pfadintegralformalismus und in der Quantenfeldtheorie heißt es ja, bei der 2. Quantisierung, dass virtuelle Teilchen die relativitätstheorie nicht einhält, also man sucht nur Lösungen die eine ebene Welle beschreibt.
Man geht jedoch theoretisch trotzdem davon aus, dass such virtuelle teilche existieren ihre Amplituden sich jedoch weginteferieren, sodass nur noch die reellen Teilchen sozusagen übrig bleiben.
Nein die Aussage ist nicht falsch. Die Vakuumpolarisation ist aber eine Modellvorstellung. Sprich man hat Experimentell bestätigt dass die Vorstellung brauchbar ist um bestimmte Vorgänge zu beschreiben. Das bedeutet jedoch nicht dass da im Vakuum wirklich etwas sein muss wie zB virtuelle Teilchen oder dergleichen.
Die Vakuumfluktuation kann man in so fern ja auch bestätigten weil man die Wechselwirkungen messen kann und es somit über die virtuellen Teilchen eben zu dieser Vakuumfluktuation kommt. Nur bedeutet das nicht zwingend, dass im Vakuum nutzbare Energie begraben ist.
dass such virtuelle teilche existieren ihre Amplituden sich jedoch weginteferieren
Das ist richtig aber da steht somit auch drinnen dass sie eigentlich nicht existieren. Sie sind in der mathematischen Beschreibung enthalten, aber dadurch dass sie eben solche Eigenschaften haben sind sie in der Realität nicht messbar und zeigen auch sonst keine Auswirkungen womit sie defakto als nicht existent angenommen werden können.
Also die Frage ist hier wie man Existent definiert. Ist etwas existent wenn es nur in der Mathematik auftaucht aber in der Realität niemals festgestellt werden kann?
Eine Frage stört mich dennoch :D Wenn man es ganz genau nimmt ist die gesamte Physik also von den Dingen die uns offensichtlich erscheinen wir das wirken einer Kraft auf einen Körper bis hin zu den Wechselwirkungen elementarer Teilchen im Grunde nichts anderes als Modelle mithilfe derer wir versuchen die Dinge zu verstehen und wir fahren sehr gut damit, die Modelle haben Gültigkeit weil sie vorhersagen liefern, die experimentell bestätigt werden (im besten Fall) und auch mathematisch bewiesen werden.
Aber auch wenn wir glauben damit die Welt zu verstehen haben wir ja trotzdem nicht die 100% Gewißheit, dass die Realität so aussieht. Wir wissen nur, dass es funktioniert.
Das heißt auch wenn es sich um ein Modell handelt welcher dann nach dieser Aussage eine Vorhersage liefern konnte der experimentell auch offenbar gefunden wurde, was unterscheidet dieses Modell dann eigentlich konkret von den restlichen Theorien der physik?
Ich hoffe ich habe da nichts falsch verstanden, könnte ja sein :)
Richtig es sind am Ende alles nur Theorien.
Der Unterschied ist, dass die rellen Teilchen Messbar sind und somit tatsächlich Auswirkungen als solche haben. ZB Elektromagnetische Wellen, welche Energie und Impuls übertragen, so kann ein Photon zB einen Impuls übetragen den man beim Sonnensegel usw nutzt.
Für virtuelle Teilchen auf der anderen Seite gilt das eben nicht. Sie können nicht direkt gemessen werden und übertragen in diesem Sinne auch keine Energie auf andere Systeme. Sie sind nur Teil der Wechselwirkung mit dem Feld aber haben eben darüber hinaus keine andere Wirkung.
Wenn mans zB als virtuelles Photon vorstellt, dann übermittelt das zB die Wechselwirkung zwischen zwei geladenen Teilchen also die Kraft. Es tritt aber eben nicht als Photon aus und übermittelt zB eine Energie an ein anderes System.
Das sind quasi zwei Konzepte die sich eben Unterscheiden. Ein relles Photon kann ganz ohne Wechselwirkung zweier Teilchen dastehen indem es ausgesendet wird.
Der Unterschied ist, dass die rellen Teilchen Messbar sind und somit tatsächlich Auswirkungen als solche haben. ZB Elektromagnetische Wellen, welche Energie und Impuls übertragen, so kann ein Photon zB einen Impuls übetragen den man beim Sonnensegel usw nutzt.
Ja der Punkt ist mir klar. Ich meine nach dem Pfadintegral werden ja erstmal alle möglichen Wege zugelassen aber die Überlagerung der Wahrscheinlichkeitsamplituden führt ja dazu, dass im Großen und ganzen bei der Überlagerung die Anteile die keine Strecke machen sich weginterferieren, deshalb kann man sie nach außen hin auch nicht beobachten, da sie eben aus dem Grund nach außen keine Wirkung zeigen.
Als ich zum ersten mal in der Quantenelektrodynamik vom Pfadintegral gehört hatte, ging es um das "optische Beugungsgitter" das optische Beugungsgitter ist ja bereits aus der Optik bekannt aber die zugrunde liegende Erklärung lieferte ja das Pfadintegrallformalismus von Richard Feynman bzw das sollte die Erklärung sein. durch das Auskratzen gewisser Stellen an einem Spiegel sollen plötzlich Reflektionen und Wege möglich sein die man nicht erwartet hätte.
Das Extremalprinzip des Lichts war es ja, dass das Licht immer den schnellsten Weg nimmt aber die Frage war, woher das Licht nun aber weiß welcher Weg der schnellste Weg ist oder warum ist Einfallswinkel=Ausfallswinkel? Woher kommen diese "Gesetze"?
und die Tatsache, dass das Licht eben NICHT weiß welchen Weg es gehen soll, dass Prinzipiell erstmal jeder erdenkliche Weg möglich ist egal ob dabei die uns bekannten Naturgesetze gebrochen werden, dazu führt, dass sich die ganz verrückten Geschichten Weginterferieren und nur noch ein Teil über bleibt also die resultierende Größe, sodass es so scheint als würde es die Gesetze geben die wir beobachten.
Diese Theorie finde ich sehr Charmant und das würde auch das Farbspiel erklären welchen wir auf einer CD erkennen. Ich meine es entspricht den Effekten eines Gitters aber es war trotzdem keine zufriedenstellende Antwort da warum es so ist und das ist eine Antwort. Denn durch das feine herauskratzen bestimmter stellen werden Wege die vorher unwahrscheinlich waren plötzlich wahrscheinlich.
Ich meine das ganze liefert Antworten auf die Frage "warum?" und deckt sich auch mit unseren Beobachtungen. Ich für meinen Teil finde die Theorie sehr attraktiv sozusagen "zu schön um falsch zu sein" aber ich verstehe, dass es sehr theoretisch ist und ob es nun wirklich so ist erstmal dahingestellt ist aber es währe eine meiner Meinung nach durchaus zufriedenstellende Erklärung.
Was ich damit meine ist du kannst virtuelle Teilchen zwar als echt ansehen nur ändert das nichts.
Es ist komplett egal ob du sie als echt oder nicht ansiehst. Das Problem mit der Pouplärwissenschaftlichen Interpretation ist aber genau der dass hier niemand zwischen virtuellen und rellen Teilchen unterscheidet.
Wenn man also davon spricht, dass im Vakuum Teilchen vorhanden sind würde man hier in erster Linie an relle Teilchen denken und das ist das Problem. Im Vakuum sind keine rellen Teilchen und daher auch nichts was man als solches Messen kann und auch nichts was eben wie ein relles Teilchen wirken kann. In so fern kann man entwedet sagen im Vakuum sind virtuelle Teilchen sofern man virtuelle Teilchen als solches erklärt oder man kann genau so gut sagen im Vakuum sind keine Teilchen, es macht am Ende ja keinen Unterschied.
Dazu noch ein Kommentar von Frank Wilczek:
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.
Das beschriebt eigentlich sehr gut was ich meine.
Ja das stimmt tatsächlich. Ich meine klar es gibt eine zufriedene Antwort auf die großen Fragen aber man sollte sich trotzdem ins Gedächtnis rufen worum es eigentlich geht. Fast so als würde man Gefahr laufen den Blick für die Realität zu verlieren.
Ich denke ich habe jetzt verstanden worauf du hinaus willst. Ich danke dir für deine Geduld :)
Wenn du damit die Nullpunktsenergie meinst. Die kommt nirgendwo her. Die ist nur ein Unterschied zwischen der klassischen Thermodynamik und der Quantenmechanik aber keine Energie die da irgendwo nutzbar drinnen steckt.
Kann es diese Energie schon vor dem Urknall gegeben haben? Es gab ja keine Zeit.
ja nach der gängigen Urknalhypothese soll sie sogar den Urknall herbeigeführt haben. Die Antwort soll demnach ein fluktuierendes Energiefeld sein der um einen höheren Wert als dem 0 Punkt geschwankt haben soll. ein winziger Symmetriebruch soll dann den alles entschieden haben und den Stein ins rollen gebracht haben. Ein solcher winziger Symmetrie Bruch kann nach der Quantenmechanik spontan stattgefunden haben. Ein spontaner Symmetriebruch ist für uns aus makroskopischer Sicht unvorstellbar jedoch aus quantenmechanischer Sicht ist sowas Alltag.
Ich glaube das was du meinst ist die Branenkosmologie, die ist aber kein derzeit etabliertes Modell aber eine Interessant Vorstellung.
Welche Energie meinst du genau?
Die Nullpunktsenergie ist nur ein mathematischer Betrachtungsunterschied, der sich zwischen der klassischen Physik und Quantenmechanik ergibt. Es ist eine Mathematische Unstimmigkeit nichts weiter.
Laut derzeitigem Stand Nein.
Man versucht schon länger die Dunkle Energie zB auf die Nullpunktsenergie oder in dem Fall Vakuumenergie rückzuführen, aber die Rechnungen gehn am Ende nicht auf.
Das was bekannt ist, ist dass ein Quantenmechanisches System auch bei 0K eine Energie hätte wenn man es klassisch beschreiben würde.
ZB ist Helium bei 0K nach wie vor Flüssig. Es bildet ein sogenanntes Bose Einstein Kondensat. Würde man es klassisch beschreiben würde man sagen, die Energie kann nicht 0 sein, denn sonst müssten alle Teilchen still stehen, was nur in einem Feststoff geht. In der Quantemechanik ist das allerdings kein Problem. Sprich auch in Suprafliudem Helium steckt keine Energie mehr, es ist im niedrigst möglichen Energiezustand und kann daher in keinem Fall noch eine Energie abgeben. Also es kann in diesem Zustand an keine System mehr irgendeine Arbeit verrichten bzw Energie übertragen nur noch aufnehmen.
Die Quantenmechanik ist dabei aber immer gesondert zu betrachten und nicht mit der klassischen Betrachtung zu vereinbaren. So gibt es zB nach klassischer Betrachtung auch keine Supraleitung. Sie existiert aber dennoch, weil sich die Elektronen im Supraleiter ähnlich verhalten wie die Atome in flüssigem Helium und es gibt dann extrem komische Effekte die sich klassisch eben nicht mehr beschreiben lassen, zB die Suprafluidität.
https://de.wikipedia.org/wiki/Nullpunktsenergie = es ist keine Energie selbst sondern eine Theorienabweichung, wenn du so willst...
Nein. Das ist die Populärwissenschaftliche Interpretation der Nullpunktenergie. Hier wird gerne daraus gefolgert, dass auch bei 0K noch eine Energie vorhanden sei und damit das Vakuum eine haben müsste, dem ist aber nicht so.
Das Vakuum ist kein Quantenmechanisches System und auch in einem Quantenmechanischen System steckt am Nullpunkt keine Energie mehr. Der Grundzustand des Systems liegt nur über 0 wenn man ihn klassisch beschreiben will.
Sieht man zB bei flüssigem Helium nahe dem Nullpunkt. Es bildet sich ein Bose Einstein Kondensat, damit ist das System am niedrigst möglichen Energiezustand und da steckt jetzt auch keine Energie mehr drinnen die man irgendwie raus nehmen könnte.
Der Casimir Effekt kann auch ganz einfach mit Van der Waals Kräften erklärt werden.
Es gibt bisher keinen einzigen Effekt welcher nur durch eine physikalische Bedeutung von Virtuellen Teilchen heraus beschrieben werden könnte, weswegen der derzeitige Standpunkt ist, dass virtuelle Teilchen nun mal virtuell sind und keine physikalische Bedeutung haben. Sie sind also laut diesem Standpunkt nur mathematische Faktoren in der Beschreibung eines Quantenmechanischen Systems.
Es kann ein relles Teilchenpaar entstehen ja, aber nur wenn die Energie über der Nullpunktenergie liegt sonst sind die Teilchen virtuell.