"Ich denke es beruht auf einige tiefe Fakten in der speziellen Relativitätstheorie und Quantenmechanik zurückzuführen , über die bekannt ist. Leider weiß ich nicht, wie ich die Erklärung wirklich einfach machen soll, abgesehen von einigen grundlegenderen Fakten. Vielleicht hilft Ihnen das, vielleicht auch nicht, aber dies ist derzeit die grundlegendste bekannte Erklärung. Es ist schwer, dies wirklich überzeugend zu machen (dh es so unvermeidlich erscheinen zu lassen, wie es ist), ohne die Mathematik:
- Teilchen und Kräfte werden nun als Ergebnis von Feldern verstanden . Quantenfelder um genau zu sein. Ein Feld ist ein mathematisches Objekt, das an jedem Punkt im Raum und zu jedem Zeitpunkt einen Wert annimmt. Quantenfelder sind Felder, die Energie und Impuls tragen und den Regeln der Quantenmechanik folgen. Eine Konsequenz der Quantenmechanik ist, dass ein Quantenfeld Energie in diskreten "Klumpen" trägt. Wir nennen diese Klumpen Partikel . Dies erklärt übrigens, warum alle Teilchen des gleichen Typs (z. B. alle Elektronen) identisch sind: Sie sind alle Klumpen im gleichen Feld (z. B. das Elektronenfeld).
- Die Felder nehmen Werte in verschiedenen Arten von mathematischen Räumen an, die durch spezielle Relativitätstheorie klassifiziert sind. Das einfachste ist ein Skalarfeld . Ein Skalarfeld ist zu jedem Zeitpunkt räumlich und zeitlich eine einfache Zahl. Eine andere Möglichkeit ist ein Vektorfeld : Diese weisen jedem Punkt in Raum und Zeit einen Vektor zu (einen Pfeil mit einer Größe und Richtung). Es gibt auch exotischere Möglichkeiten. Der Jargonbegriff, um sie alle zu klassifizieren, ist Spin , der in Einheiten von einer Hälfte vorkommt. Sie können also Spinfelder haben 0 , 1
- 2
- , 1 , 3
- 2
- , 2 , ⋯
- 0 , 1 2 , 1 , 3 2 , 2 , ⋯ . Rotieren 0
- 0 sind die Skalare und Spin 1
- 1 sind die Vektoren.
- Es stellt sich heraus (dies ist eine weitere Folge der Relativitätstheorie), dass Teilchen mit einem halben ganzzahligen Spin ( 1/2 , 3/2 , ⋯
- 1 /. 2 , 3 /. 2 , ⋯ ) gehorchen dem Pauli-Ausschlussprinzip . Dies bedeutet, dass keine zwei identischen Partikel mit Spin 1/2
- 1 /. 2 kann den gleichen Platz einnehmen. Dies bedeutet, dass sich diese Partikel häufig so verhalten, wie Sie es von klassischen Partikeln erwarten. Wir nennen diese Materieteilchen, und alle Grundbausteine der Welt (Elektronen, Quarks usw.) sind Spin 1/2
- 1 /. 2 .
- Andererseits gehorchen ganzzahlige Spinpartikel der Bose-Einstein-Statistik (wiederum eine Folge der Relativitätstheorie). Dies bedeutet, dass diese Teilchen "gerne zusammen sind" und viele von ihnen zusammenkommen und große wellenförmige Bewegungen aufbauen können, die den klassischen Feldern analoger sind als Teilchen. Dies sind die Kraftfelder; Die entsprechenden Partikel sind die Kraftträger. Beispiele: Spin 0
- 0 Higgs, dreh dich 1
- 1 Photonen, schwache Kraftteilchen W.
- ±
- , Z.
- W. ± , Z. und die starke Kraft trägt die Gluonen und dreht sich 2
- 2 das Graviton, Träger der Schwerkraft. (Diese und die vorherige Tatsache werden als Spin-Statistik-Theorem bezeichnet .)
- Nun die Wechselwirkung zwischen zwei Teilchen mit "Ladungen" q
- 1 , 2
- q 1 , 2 geht wie ∓ q
- 1
- q
- 2
- ∓ q 1 q 2 für alle Kräfte ( dies ist eine Folge der Quantenmechanik), aber das Vorzeichen ist schwierig zu erklären. Aufgrund der besonderen Relativitätstheorie muss die Wechselwirkung zwischen einem Teilchen und einem Kraftträger abhängig vom Spin des Kraftträgers eine bestimmte Form annehmen (dies hängt damit zusammen, wie Raum und Zeit zu einer einzigen Sache vereinigt werden, die Raumzeit genannt wird ). Für jede Spineinheit, die der Kraftträger hat, muss ein Minuszeichen eingegeben werden (dieses Minuszeichen stammt von einer so genannten " Metrik ", die Ihnen in der Relativitätstheorie sagt, wie man Entfernungen in der Raumzeit berechnet, insbesondere, wie der Raum ist und Zeit sind unterschiedlich und wie sie ähnlich sind). Also für Spin 0
- 0 du bekommst ein - -
- - - : wie Gebühren anziehen. Für Spin 1
- 1 du bekommst ein +
- + : wie Ladungen abstoßen! Und für Spin 2
- 2 du bekommst ein - -
- - - wieder: wie Gebühren anziehen. Für die Schwerkraft wird die "Ladung" normalerweise Masse genannt, und alle Massen sind positiv. Sie sehen also, die Schwerkraft ist universell attraktiv!
Letztendlich kommt dieses Zeichen von der Tatsache, dass Photonen eine Spineinheit tragen und dass die Wechselwirkungen zwischen Photonen und Materieteilchen den Regeln der speziellen Relativitätstheorie entsprechen müssen. Beachten Sie das bemerkenswerte Zusammenspiel von Relativitätstheorie und Quantenmechanik bei der Arbeit. Zusammengenommen sind diese beiden Prinzipien viel einschränkender als beide einzeln! In der Tat ist es bemerkenswert, dass sie überhaupt miteinander auskommen. Eine poetische Art zu sagen, dass es die Welt ist, ist ein zarter Tanz zwischen diesen beiden Partnern.
Warum ziehen Atome und Moleküle im Allgemeinen an? Dies ist eigentlich eine kompliziertere Frage! ;) (Weil viele Teilchen beteiligt sind.) Die Kraft zwischen Atomen ist die verbleibende elektrische Kraft, die übrig bleibt, nachdem sich die Elektronen und Protonen fast gegenseitig aufgehoben haben. So kann man es sich vorstellen: Die Elektronen in einem Atom werden von den Kernen beider Atome angezogen und gleichzeitig von den anderen Elektronen abgestoßen. Wenn also die anderen Elektronen ein wenig weggeschoben werden, entsteht ein leichtes Ladungsungleichgewicht im Atom, und nachdem alle Details herausgearbeitet wurden, ergibt sich eine Nettoanziehungskraft, die als Dispersionskraft bezeichnet wird . Abhängig von den Einzelheiten der Konfiguration der beteiligten Atome / Moleküle gibt es verschiedene Arten von Dispersionskräften (London, van der Waals usw.). Sie sind jedoch alle im Wesentlichen auf elektrostatische Wechselwirkungen zurückzuführen.
Weiterführende Literatur: Ich empfehle Matt Strasslers pädagogische Artikel über Teilchenphysik und Feldtheorie. Er macht einen großartigen Job darin, Dinge auf ehrliche Weise zu erklären, ohne oder mit sehr wenig Mathematik. Das Argument, das ich oben durchgearbeitet habe, wird in nahezu jedem Lehrbuch zur Quantenfeldtheorie in gewisser Weise behandelt, aber eine besonders klare Darstellung in dieser Richtung (einschließlich der Mathematik) findet sich in Zees Quantenfeldtheorie auf den Punkt gebracht. Hier würde ich empfehlen, anzufangen, wenn Sie dieses Zeug, Mathematik und alles ehrlich lernen möchten, aber dies ist ein fortgeschrittenes Physiklehrbuch (obwohl es in einem wunderbaren, sehr zugänglichen Stil geschrieben ist), so dass Sie wahrscheinlich mindestens zwei Jahre eines Studenten benötigen Hauptfach Physik und eine konzertierte Anstrengung, um Fortschritte zu erzielen."
Keine Ahnung wie die Website hieß ... Aber diese Frage habe ich mir auch mal gestellt, deswegen dachte ich ich kann dir helfen wenn ich dir die erklärung schicke die mir geholfen hat...
Hoffe es hilft noch einen schönen abend
