Wie ist das mit Quanten-, Vakuumfluktuationen und Gravitation?

5 Antworten

Wenn dauernd, sei es in noch so kurzer Zeit, Teilchen, seien sie noch so klein, entstehen und verschwinden

tun sie aber nicht.

der vakuumzustand in der quantenfeldtheorie ist zeitunabhängig.

Woher ich das weiß:Berufserfahrung – Physiker (Teilchenphysik)

CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:14
der vakuumzustand in der quantenfeldtheorie ist zeitunabhängig

Das verstehe ich jetzt nicht. Der Vakuumzustand ja, aber die Fluktuationen sind doch "Ausnahmen", sonst gäbe es sie doch nicht - oder?

Ich meine es müssten doch auch Gravitationswellen entstehen, wenn sich Elektronen innerhalb des Atoms bewegen.

Das Elektron im Wasserstoffatom soll immerhin 2200 km/sec schnell sein.

https://www.wissenschaft.de/allgemein/wie-schnell-ist-ein-elektron/


CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:01

Genau! ;-)

Kelec  25.05.2025, 19:01

Jein.

Die Elektronen sind delokalisiert. Würden sie sich tatsächlich bewegen würden sie ständig Elektromagenetische Energie abstrahlen was ja wegen der Energieerhaltung nicht möglich ist.

Die Rechnung der Geschwindigkeit ist lediglich der Natur, dass man das Elektron als Teilchen betrachtet das eben wie ein Satellit um die Erde kreist.

uhyrius  25.05.2025, 19:06
@Kelec

Also bewegen sie sich überhaupt nicht, oder? Woher kommt dann die relativistische Energie, die man ihnen im Atomkern zuschreibt, weil sie sich "so schnell bewegen".

Physik kann ja unanschaulich sein, das ist mir klar. Aber irgendeinen Bezug zur uns zugänglichen bzw. verständlichen Welt muss sie ja doch haben. Also Bewegung und gleichzeitig keine Bewegung müsste dann schon erklärt werden.

Kelec  25.05.2025, 19:10
@uhyrius

Die Elektronen sind nicht im Kern und ich wüsste nicht dass man ihnen relativistische Energie zuschreibt.

Die haben eine Energie im Coloumbfeld, dafür müssen sie sich aber nicht bewegen.

Wie gesagt würden sie wirklich Kreisen würden sie Energie verlieren da sie geladen sind, das war ja auch das theoretische Problem was vor der Quantentheorie bestand.

zalto  25.05.2025, 19:14
@uhyrius

Denke ich mir auch, es gibt doch eine Drehimpulsquantenzahl. Wenn die nicht gerade null ist und dem Elektron ein Drehimpuls zugeschrieben wird, kann ich mir nicht vorstellen, wie das mit "keine Bewegung" in Einklang gebracht werden kann.

Kelec  25.05.2025, 19:19
@uhyrius

Die Quantenelektrodynamik kennt auch relativistische Effekte von denen hier ja die Rede ist aber die erfordern keine tatsächliche Bewegung.

Die Beschreibung im Bohrschen Atommodell ist eher ein sehr einfaches Model was eben aus den genannten Gründen probleme hat.

Kelec  25.05.2025, 19:21
@zalto

Richtig und es gibt auch ein magnetisches Moment etc.

Nur darf man sich das Elektron nicht wie eine einfache Kugel auf einer Kreisbahn vorstellen, da sonst die Drehung Energie abstrahlt.

Es ist eine Wellenfunktion um den Kern und es ist delokalisiert, also mehr oder weniger zu jedem Zeitpunkt überall wenn man ein Teilchen annimmt.

zalto  25.05.2025, 19:28
@Kelec

Ja eben, wenn es überall sein kann, eben noch hier, jetzt schon da, spricht das für eine Bewegung. Die Wellenfunktion selbst ist ja auch zeitabhängig, selbst wenn die zeitlich gemittelte Aufenthaltswahrscheinlichkeit räumlich konstant ist.

Kelec  25.05.2025, 19:37
@zalto
eben noch hier, jetzt schon da

Das stimmt so nicht. Man kann ihm gar keinen Ort geben.

Es ist zu jedem Zeitpunkt quasi an jedem Punkt, delokalisert eben.

Das ist etwas anderes als das klassische Modell einer Bewegung wo ein Objekt immer einen eindeutigen Ort hat. Aber das Elektron hat einen Impuls usw nur eben nicht im Sinne der klassischen Interpretation einer Kugel die da um das Atom kreist.

Die Wellenfunktion selbst ist ja auch zeitabhängig,

Nein nicht zwingend in Atomen ist sie Zeitunabhängig und beschreibt das Orbital.

zalto  25.05.2025, 20:35
@Kelec
klassische Modell einer Bewegung

Für mich ist ein Teilchen mit Impuls und Drehimpuls bewegt, das war ja die Frage. Ich kann ihm auch eine Geschwindigkeit zuordnen, klassisch als Impuls durch Masse. Das ist für mich bei der Frage nach Bewegung ausschlaggebender als der genaue Punkt, an dem es sich befindet.

Nein nicht zwingend in Atomen ist sie Zeitunabhängig und beschreibt das Orbital.

Nein, zeitunabhängig ist die Wellenfunktion nicht. Nur die Aufenthaltswahrscheinlichkeit, die das Orbital beschreibt, kann zeitunabhängig sein.

Kelec  25.05.2025, 22:35
@zalto
Für mich ist ein Teilchen mit Impuls und Drehimpuls bewegt, das war ja die Frage.

Ja dann kannst du es als bewegt bezeichnen nur ist es schwer im eine Geschwindigkeit durch dx/dt zuzuordnen da dx nicht definiert werden kann.

Man sollte es sich eben nur nicht wirklich als bewegt vorstellen.

Wenn das Elektron wirklich bewegt wird wie in einem Synchrotron würde es eben Synchrotronstrahlung emittieren was es im Atom nicht macht.

Nein, zeitunabhängig ist die Wellenfunktion nicht. Nur die Aufenthaltswahrscheinlichkeit, die das Orbital beschreibt, kann zeitunabhängig sein.

Kommt drauf an wie man die Wellenfunktion jetzt deutet oder wo man die Ansetzt. In der zeitunabhängigen Schrödingergleichung die man hier heranzieht ist die Wellenfunktion eben zeitunabhängig.

Man sucht eben gezielt nach der Stationären Lösung. So eine lässt sich eben dann finden wenn das Potential sowie der Hamilton Operator Zeitunabhängig sind, dann reduziert sich die Schrödingergleichung eben zu einer reinen Differentialgleichung im Raum.

Das ist grundsätzlich richtig, aber nur akademischer Natur, denn die Gravitation ist eine so schwache Kraft, dass die Effekte einer Quantenfluktuation weit, weit, weit unter der Nachweisgrenze der empfindlichsten denkbaren Meßinstrumente liegt.


CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:00

Das ist klar, aber praktisch nicht messbar bedeutet nicht nicht existent. Und wer weiß schon diesbez. alles über das Universum...

Tun sie ja nicht.

Die Teilchen der Vakuumfluktation sind fiktive Teilchen keine real existierenden damit zeigen sie keinerlei Wechselwirkung.

Sie können erst zu reellen Teilchen werden wenn Energie in dem System steckt.


CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 18:59

In

https://de.wikipedia.org/wiki/Vakuumfluktuation

steht u. A. dies:

Messungen an Gravitationswellendetektoren

2020 berichteten Wissenschaftler mittels LIGO erstmals Auswirkungen von Quantenfluktuationen auf makroskopische Objekte menschlicher Größenordnung gemessen zu haben – auf die Bewegung 40kg-schwerer Spiegel der LIGO-Observatium-Interferometer-Detektoren. Ziel der Untersuchungen ist die Verbesserung der Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren, die zur Messung von Gravitationswellengequetschtes Licht verwenden. Durch die Korrelation von Schrotrauschen und einem postulierten Quantenrauschen (im Artikel mit QRPN = „quantum radiation pressure noise“ bezeichnet), konnte die Empfindlichkeit der Detektoren verbessert werden, woraus die Forscher die direkte Messung von Quantenfluktuationen schlussfolgern.

Kelec  25.05.2025, 19:03
@CatsEyes

Hm das ist mir neu. Bleibt eben noch übrig ob sich die Vermutung bestätigt oder ob es sich wie beim Kasimir Effekt auch um andere Einflüsse handelt.

Kelec  25.05.2025, 19:06
@CatsEyes

Damit würde sich dann natürlich auch die Frage ergeben ob die Teilchenpaare der Vakuumfluktuation Einfluss haben oder nicht.

Das würde auch neue Erkenntnisse für die Energie an sich bringen, also Energieverteilung, Nullpunktenergie usw

CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:09
@Kelec

Und was wenn Fluktuationen nicht um uns herum gleichmäßig verteilt wären, sich nicht letztlich gegeneinander aufheben?

Kelec  25.05.2025, 19:16
@CatsEyes

Dann hast du einen Energieaustausch, allerdings hat man dann ein Problem denn es würe bedeuten, dass ein System ohne Energie, Energie abgeben könnte.

Die Hawkingstrahlung wird zB so modelliert allerdings stammt hier die Energie dann aus dem Schwarzen Loch.

CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:19
@Kelec

Die Energie hebt sich auf, ja, vom Schwarze-Loch-Horizont abgesehen. Aber für den winzigen Moment der Existenz müsste doch eine Gravitationswirkung vorhanden sein, die kann sich doch gar nicht aufheben.

Kelec  25.05.2025, 19:26
@CatsEyes

Eine Gravitation ist schon vorhanden nur stammt die aus dem SL.

Ein Photon selbst hat ja auch keine Masse.

Die Energie kommt dann rechnerisch über die Wechselwirkung eines Teilchens mit dem SL ins System.

Das sagt allerdings nichts drüber aus ob es denn nun das Teilchen am Anfang gibt oder ob das ein reines Artefakt der mathematischen Beschreibung ist.

So Gebilde wie Potentiale haben ja in der klassischen Betrachtung auch keine physikalische Bedeutung und es sind rein mathematische Gebilde die eine elegantere Beschreibung erlauben.

CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:38
@Kelec

Photonen und Quantenfluktiation-Teilchen sind meines Wissens ja nicht dasselbe. Irgendwie "benehmen" sich Photonen so, als ob es sie gar nicht gäbe. Erkennen kann man sie ja nur bei der Entstehung und bei der "Vernichtung".

Blöde Frage (Kaffee alle...): Was meinst Du mit SL?

Kelec  25.05.2025, 19:42
@CatsEyes

Die Teilchen sind hier eben gar nicht spezifiziert. Die Hawkingstrahlung sind allerdings Photonen.

Nur ist es bei Photonen eben so dass sie ihre eigenen Antiteilchen sind.

SL = Schwarzes Loch.

CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:47
@Kelec

Materie und Antimaterie eliminieren einander. Zuvor wirkt aber bei beiden Gravitation, eine "Antigravitation" gibt es in dem Fall meines Wissens nicht. Gilt Ähnliches nicht auch für Quantenfluktuation?

Kelec  25.05.2025, 19:50
@CatsEyes

Richtig ja.

Gilt Ähnliches nicht auch für Quantenfluktuation?

Wenn die Teilchen reell wären dann ja.

Nur verstößt das eben dann gegen die Energieerhaltung.

CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:55
@Kelec

Vielleicht ist ja die Anzahl der per Fluktuation "entstehenden" Teilchen immer identisch mit der Anzahl der gerade wieder verschwindenden... ;-) Ok, Spekulieren kann man ohne Ende.

Aber danke für Deine Beiträge.

Kelec  25.05.2025, 20:01
@CatsEyes

Das kann man sagen, dann ist man allerdings wieder an der Frage der sogenannanten Nullpunktenergie angekommen.

Da im Energie Impulstensor, nicht nur die Masse sondern auch Energie und Impulsdichten stehen sind auch Energiedichten alleine eine Quelle der Gravitation. Wo man nun wieder die Brücke zur Dunklen Materie schlagen kann.

HansWurst45  25.05.2025, 18:54

zumindest löschen sie sich gegenseitig wieder aus

Kelec  25.05.2025, 18:59
@HansWurst45

Nicht nur das. Sie sind auch rein mathematische Objekte.

Effekte wie der Kasimir Effekt die diesen Teilchen eine physikalische Komponente zuordnen wollen können auch anders erklärt werden, weswegen es keine Effektr gibt in denen diese Teilchen wirklich eine Wirkung erzeugen würden.

HansWurst45  25.05.2025, 19:16
@Kelec

Auf dieser fundamentalen Ebene, existieren natürlich auch keine Protonen, Elektronen, Neutronen, keine Materie und keine Energie, denn all das sind natürlich nur Erklärungsmodelle für das, was unsere Erlebniswirklichkeit zeigt.

uhyrius  25.05.2025, 18:54

"Sie können erst zu reellen Teilchen werden wenn Energie in dem System steckt."

Und was soll dieser Satz bedeuten?

Kelec  25.05.2025, 18:57
@uhyrius

Die Vakuumfluktation geht vom Energetischen Nullzustand des Systems aus. So ein System zeigt keine Wechselwirkung.

Wenn in dem System hingegen Energie steckt kann es Wechselwirken und dann können da auch tatsächlich Teilchen entstehen

Ja, manche Theorien zur Quantengravitation gehen sogar so weit, dass die Gravitation gar keine fundamentale Kraft ist, sondern nur ein Störeffekt, der aus der Quantennatur der Raumzeit resultiert. Das würde auch die Frage beantworten, warum die Gravitation so schwach ist.


CatsEyes 
Beitragsersteller
 25.05.2025, 19:02

Dann müsste eine gewisse, irgendwie geartete Asymmetrie bei der Fluktuation herrschen!?

zalto  25.05.2025, 19:09
@CatsEyes

Ja, ähnlich wie die starke Wechselwirkung erstmal nur die Protonen und Neutronen in sich zusammenhält und die geringere Restwechselwirkung nach außen eine stets anziehende Kraft ist, die zwischen den Nukliden im Atomkern wirkt.