Diskussion:Vakuumenergie

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Inhaltsverzeichnis 1 Endlose Diskussion 2 Randbedingungen des Vakuums 3 Hilfe 4 Relaunch 5 Fragen

[Bearbeiten] Endlose Diskussion

Wurde die Vakuumenenergie tatsaechlich zuerst von Stephen Hawking postuliert???

--Christoph Demmer 07:53, 23. Nov 2004 (CET)

Hallo zusammen, ich bin gerade zufaellig auf diese Seite gestossen. Ich muss aber gestehen, dass sich mir als Physiker leider die Haare straeuben. Die Seite enthaelt viel populaerwissenschaftliche Foklore, ist aber leider inhaltlich praktisch komplett falsch. Daher wuerde ich es vorziehen, diese Seite zu entfernen! C.Appel 16:39, 26. Apr 2005 (CEST)

C.Appel würde hilfreicher sein, wenn er eine Aussage hinterliesse, was eigentlich seiner Meinung nach komplett praktisch falsch ist. So bleibt statt ein paar halbrichtiger Sätze, aus denen man immerhin eine Vorstellung über den Begriff gewinnt, ein ganz falscher nutzloser Satz stehen. Dann bin auch eher für löschen. Nopherox 21:44, 5. Jun 2005 (CEST)

Sorry, ich habe leider wenig Zeit, und ich bin immer noch der Meinung, lieber kein Artikel als ein voellig falscher Artikel. Okay, ich werde die falschen Punkte weiter unten ansprechen.

Leider hat Hr. Appel z.B. in einem Punkt unrecht (wenn nicht gar in fast allen): Der Casimir-Effekt wird tatsächlich als experimenteller Beweis für Vakuumenergie und Vakuumfluktuationen betrachtet, das gleich gilt für die Lambverschiebung. Auch die Hawking-Strahlung ist in diesem Zusammenhang postuliert worden und das Hawkingsche Gedankenexperiment ist auch richtig beschrieben. Und so weiter und so weiter - ich spare mir vorerst weitere Kommentare über seine offenkundige Unwissenheit, sollte eigentlich schon

Oh, werden wir jetzt polemisch? Wie dem auch sei, echten Physikern ist sofort klar, wer hier versteht, was er sagt. Auch der Hinweis "Bitte Falscheit anhand von Quellen belegen, da der Autor und ich zahlenmaessig mehr sind als du" ist interessant... Ist das hier ueberall so? Dann waere Wikipedia leider nicht ernstzunehmen, bzw. es waere von ihrer Benutzung abzuraten.

Physik-Studenten im ersten Semester nicht mehr passieren. Er hat auch nicht ein einziges

[ ] Du weisst, was Physik-Studenten im ersten Semester machen?

konkretes Beispiel für "praktisch komplett falsch" angegeben. Dass Physik nicht nur aus Mathematik besteht, sondern auch aus vielen scheinbar oder absichtlich "folkloristischen" rein verbalen Modellen, ist nicht neu und oft sogar Vorraussetzung für das mathematische Modell. Wenn er die mathematischen Details vermisst, soll er sie bitte hinzufügen, hier werden jedoch nicht nur fachphysikalische Doktorarbeiten gesammelt, sondern auch eine für einen breiten Leserkreis verständliche Enzyklopädie erstellt. Populärwissenschaft ist hier daher ebenfalls erwünscht, zumal diese ja zumeist gerade von Physik- und Mathematik-Professoren und -Doktoren wie Hawking, Weinberg, Einstein oder Feynmann generiert wurde bzw. wird. Physik nur als Formelwissenschaft und Teilgebiet der Mathematik zu betrachten, ist ein typischer Anfängerfehler. 149.225.56.162 04:36, 6. Jun 2005 (CEST)

So, dann kommentieren wir die falschen Punkte mal:

- "Es wird mitunter vermutetet, dass die Vakuumenergie zur Energiegewinnung genutzt werden kann - was dann als Freie Energie bezeichnet wird." Voellige Esoterik. Diese Aussage hat nichts mit Physik zu tun. Beleg: Saemtliche Physikfachliteratur, da dieses dort nicht vorkommt. Ergänzung: In der Physik gibt es den Begriff der "Freien Energie", und zwar im Rahmen der Thermodynamik. Der Begriff ist aber klar definiert und hat mit Vakuumenergie, QFT oder gar Energiegewinnung aus Vakuumenergie nichts zu tun.

- "Die Quantenfeldtheorie betrachtet ein Vakuum nicht als völlig leer." Falsch. Der Vakuumzustand ist per definitionem der Zustand ohne Teilchen. In diesem Sinne ist er voellig leer.

so einen Zustand gibt es dann aber gar nicht.

Das mag sein, aber darum ging es nicht.

- "... die Heisenbergsche Unschärferelation die Bildung von Virtuellen Teilchen und Feldern." Falsch. Es werden keine virtuellen Teilchen und Felder gebildet. Es gibt keine Heisenbergsche Unschaerferelation fuer Energie und Zeit.

sehr eng interpretiert, finde ich

? Da gibt es nichts zu interpretieren. Die Heisenbergsche Unschaerferelation ist eine relative klare mathematische Aussage ueber zwei Operatoren. Es zeigt sich, dass bei nichtkommutierenden Operatorpaaren (wie z.B. Ort und Impuls) es eine nichtverschwindende "Unschaerfe" gibt. Da es aber keinen "Zeitoperator" gibt (und geben kann), gibt es keine Heisenbergsche Unschaerferelation fuer Energie und Zeit. Das ist (unter Physikern zumindest) voellig unumstritten. Der Vollstaendigkeit halber und um die Verwirrung komplett zu machen, moechte ich noch erwaehnen, dass man unter bestimmten Bedingungen durchaus eine bestimmte Relation zwischen Energie und Zeit herleiten kann, die aber von voellig anderer Natur als die Heisenbergsche Unschaerferelation ist.

- "Die Vakuumenergie kann also Teilchen "aus dem Nichts" entstehen lassen, doch ist die schnell erfolgende Annihilation, von aus ihr spontan entstehenden Teilchen und Antiteilchen, und die somit erfolgte Rückführung in den Grundzustand durch die Unschärfe des Systems keine Verletzung des Energieerhaltungssatzes." Falsch. Es entstehen keine Teilchen spontan aus dem Nichts. Zur Unschaerferelation siehe oben.

wie formuliert man denn sonst die Paarbildung?

Bei dem Begriff "Paarbildung" ohne weiteren Kontext denke ich an den Prozess, bei dem aus einem Photon ein Elektron-Positron-Paar entsteht. Wie gesagt, das Paar entsteht aus dem Photon, _nicht_ aus dem Nichts.

- "schließen wir daraus, dass nichts absolut in Ruhe sein kann und somit auch nie Energie von = 0 hat. Eine minimale Unschärfe von ~0 ist immer vorhanden, doch diese reicht als Vakuumenergie, der Theorie nach aus, um virtuelle Teilchen entstehen zu lassen." Falsch. Z.B. das Vakuum hat per definition und Lorentzinvarianz die Energie 0, und zwar ohne irgendeine Unschaerfe.

Das ist alles Standard-Lehrbuch-Quantenfeldtheorie. Daher werde ich dies sicher nicht im Detail hier vorrechnen. Ich nenne bei Bedarf gerne ein paar Werke. C.Appel 14:36, 6. Jun 2005 (CEST)

Bitte keinen Edit-War starten ... Ich stimme zu, dass der Satz mit der Energiegewinnung aus dem Vakuum Unsinn ist. Mit Freier Energie bezeichnet man ganz was anderes. Wir können aber noch eine philosophische Diskussion starten, ob man etwas durch Abwesenheit beweisen kann. ;-) Die Negierung der Energie-Zeit-Unschärfe und die Definition des Vakuums als Abwesenheit von Teilchen finde ich aber sehr fundamentalistisch. Wie erklärt man denn Phänomene wie virtuelle Teilchen und Lambshift? Nopherox 18:16, 6. Jun 2005 (CEST)

Ein Edit-War ist auch nicht in meinem Interesse. Ich moechte lediglich vermeiden, dass voellig falsche Dinge als Physik verkauft werden. Und meine Meinung ist sicher nicht fundamentalistisch, sondern gibt (zumindest meiner Meinung nach) einfach den Mainstream bzw. die Lehrbuchphysik wieder. Virtuelle Teilchen wiederum sind keine Phaenomene, die erklaert werden muessen, sondern lediglich ein Bild in der Quantenfeldtheorie, um sich einzelne Terme der Stoerungsrechnung von Wechselwirkungsprozessen anschaulich zu machen. Da ist eigentlich wenig geheimnisvolles dran, aber populaerwissenschaftliche Werke versehen virtuelle Teilchen leider oft mit einem solchen Nimbus und dichten noch etwas Folklore hinzu. Aergerlicherweise. Lambshift ist im Rahmen der QED gut verstanden, und benoetigt ganz sicher keine (nicht-existente) Heisenbergsche Unschaerferelation fuer Energie und Zeit oder existierende virtuelle Teilchen. C.Appel 19:29, 6. Jun 2005 (CEST)

Ich habe den Artikel erstmal auf Überarbeiten gesetzt, weil selbst, wenn man die obige Diskussion nicht hätte, wäre er nicht gerade ein Vorzeigeartikel: ohne Struktur, mit Doppelungen, irrelevanter Inhalt usw.
Ansonsten möchte ich noch bemerken, dass ich die Wikipedia nicht für ein Nachschlagewerk für Spezialisten, z.B. Physiker, halte, sondern eher für den Allgemeinwissen Suchenden. Deswegen denke ich, dass man einen Kompromiss finden sollte zwischen der Exaktheit des mathematischen oder quantenmechanischen Formalismus und der Anschaulichkeit. Der schon erwähnte Feynman hätte das sicher gekonnt. Auch wenn es physikalischer Murks ist, sollte man hier auch die esoterische Vereinnahmung des Begriffs und irgendwelche Implikationen erwähnen und neutral kommentieren.
Übrigens glaube ich schon, auch wenn die QED das nicht braucht, dass man einen Zeitoperator aus dem Ortsoperator und seiner Ableitung bilden und damit eine Unschärferelation mit dem Hamilton bilden kann. Aber zu dieser Thematik gibt es hier Autoren, die näher an dem Thema sind als ich. Nopherox 17:56, 8. Jun 2005 (CEST)

Danke, dass Du den Artikel auf Ueberarbeiten gesetzt hast. Mir ist voellig klar, dass die Wikipedia kein Nachschlagewerk fuer Spezialisten sein soll. Deswegen sollte die Wikipedia aber keine Darstellungen enthalten, die inhaltlich schlicht falsch sind. Zum Thema Zeitoperator: Man kann zeigen, dass es einen solchen nicht geben kann, wenn der Hamiltonian (nach unten) beschraenkt ist. Letzteres wiederum fordert man aus physikalischen Gruenden: Waere der Hamiltonian unbeschraenkt, gaebe es kein stabiles Vakuum, und man koennte dem System beliebig viel Energie entziehen. C.Appel 18:47, 8. Jun 2005 (CEST)

Vorsicht, verrate nicht zuviel. Vielleicht ist das ja die im Artikel geforderte "Freie Energie" ;-) Nopherox 15:50, 10. Jun 2005 (CEST)

---

1. In der allgemeinen Unschärferelation sind A und B Messgrößen, die eindeutig einem hermiteschen Operator zugeordnet werden können ("A und B sind zwei Messgrößen (Observablen) ...", Allgemeine Unschärferelation im Wikipedia-Eintrag Unschärferelation).

In der allgemeinen Unschärferelation sind A und B hermitesche Operatoren. Wir versuchen in der Regel, diesen Operatoren Messgrößen zuzuordnen, damit wir der mathematischen Formulierung einen Sinn geben können.

Unschaerferelationen gelten nicht nur fuer Observablen wie Ort und Impuls, sondern auch zwischen Feldern und deren Zeitableitungen. Vielleicht sollte man die Vakuumenergie anhand dieser Unschaerfe erklaeren: Der Vakuumzustand ist kein Eigenzustand der Feldoperatoren, die Felder haben im Vakuum also einen unbestimmten Wert. Ist der Erwartungswert eines Feldes im Vakuum 0, so sind die Fluktuationen etwa eines skalaren Feldes = <0|phi^2|0>!=0. Da auch die Energie eine quadratische Funktion der Felder ist(+ evtl. hoehere Potenzen), folgt daraus eine nichtverschwindende Vakuumenergie.

Gk63 16:18, 6. Sep 2006 (CEST)

2. Zweifellos kann die Zeit als eine indirekte Observable betrachtet werden,

Beweis durch Behauptung? Kann ich auch: Zweifellos kann die Zeit nicht als Observable betrachtet werden. Wie ich übrigens oben dargelegt habe. Ansonsten hast Du möglicherweise eine andere Definition von Observable als ich. Für mich ist eine Observable ein hermitescher Operator. Und für Dich?

es soll aber aus mathematischen Gründen unmöglich sein, ihr einen hermiteschen Operator zuzuordnen ... und aus diesem Grund sperrt sich C.Appel gegen die 2. Formulierung der Heisenbergschen Unschärferelation (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html > Quantum Physics > Uncertainty Principle).

Die Darstellung auf genannter Seite ist mindestens grob irreführend. Da auf der Seite allerdings keine Definitionen angegeben sind (wie sind hier \delta E, \delta t definiert?), kann man aber nur schlecht argumentieren. Weiter: Was genau soll die "2. Formulierung der Heisenbergschen Unschärferelation" sein? Ich kenne nur "Heisenbergsche Unschärferelation". Manchmal noch "Allgemeine Heisenbergsche Unschärferelation", wenn man betonen will, dass man die allgemeine Form mit beliebigen hermiteschen Operatoren meint, und sich nicht auf ein spezielles Operatorenpaar (wie z.B. Ort und Impuls) bezieht.

Was ich nicht verstehe ist allerdings die Bestimmtheit, mit der C.Appel seinen Standpunkt gegen alle Welt vertritt.

Na, jetzt wird's aber völlig abstrus. Was ist denn bitte der Standpunkt aller Welt? Wer widerspricht mir denn, ausser Dir?

Zwar ist es üblich, die Planck-Einheiten als die fundamentalen und G, c & h als die abgeleiteten Naturkonstanten zu interpretieren; in diesem Zusammenhang sollte es aber möglich sein, einen umgekehrten Ansatz zu verfolgen. Dann nämlich wäre nicht die Zeit, sondern die Lichtgeschwindigkeit die fundamentale Naturkonstante ... und der Zeit könnte vielleicht ein hermitescher Operator zugeordnet werden. --Mnhr 19:29, 12. Sep 2005 (CEST)

??? Die Zeit ist sowieso keine Naturkonstante. Und der Zeit (jedenfalls, wenn man unter Zeit das versteht, was auch alle anderen sonst so verstehen... ;-)) kann man eben keinen hermiteschen Operator zuordnen. Die grobe Argumentationskette habe ich oben dargestellt, die Details kann man in Fachbüchern nachlesen. C.Appel 11:05, 13. Sep 2005 (CEST)

___________

Zunächst einmal möchte ich mich für deine Antworten bedanken. Wirklich klar ist mir die Sache allerdings immer noch nicht; und zu meiner Verteidigung:

Das Wort "Zeit" bezog sich im letzten Satz auf die "Planck-Einheiten" und somit auf die "Planck-Zeit"; und die Aussage des Satzes ist dem 2. Absatz des Wikipedia-Eintrags Planck-Einheiten entnommen; darin heißt es, dass die Planck-Einheiten für Länge, Zeit und Masse üblicherweise als fundamentale Naturkonstanten interpretiert werden. Ist das nun richtig?

Ok, dass Du mit Zeit die Planck-Zeit meintest, war mir nicht klar. Da die Planck-Einheiten sich aus den fundamentalen Naturkonstanten c, \hbar u. G zusammensetzen, kann man von einem Satz Variablen in den anderen umrechnen. Insofern sind wohl beide Sätze prinzipiell äquivalent. Dennoch werden meiner Einschätzung nach c, \hbar u. G als die fundamentalen Konstanten bezeichnet, aber vermutlich kann man sich darüber streiten. Im übrigen ist (derzeit) nicht klar, ob die Planck-Einheiten wirklich eine besondere Bedeutung haben.

In der Loop-Quantengravitation (LQG) kommt ihnen jedenfalls eine zentrale Bedeutung zu; und mit diesem Ansatz könnte unser Problem vielleicht gelöst werden: Du sagst ja mit Recht, dass die Schwerkraft im Rahmen der QFT nicht berücksichtigt wird; andererseits soll das Vakuum bei symmetrischer Raumzeit nur eine verschwindend geringe Energie enthalten. Die Relation von Raumzeitkrümmung und Vakuumenergie kann mit der QFT aber überhaupt nicht erfasst werden; und da bietet sich als Alternative die LQG (http://www.mpe.mpg.de/~amueller/lexdt_l.html#lqg). --Mnhr 00:31, 16. Sep 2005 (CEST)

Ja. Allerdings sind LQG, (Super)-Stringtheorie, und was es da sonst noch gibt, derzeit völlig spekulativ. Experimentelle Hinweise, die diese Theorie bestätigen oder verwerfen gibt es derzeit nicht. C.Appel 21:09, 16. Sep 2005 (CEST)

Apropro "Na, jetzt wird's aber völlig abstrus. Was ist denn bitte der Standpunkt aller Welt? Wer widerspricht mir denn, ausser Dir?"

Ich will dir gar nicht widersprechen, ich will nur verstehen. Allerdings ist es so, dass in Wikipedia immer wieder Bezug genommen wird auf Sendungen der Reihe "Alpha Centauri" (http://www.br-online.de/alpha/centauri/archiv.shtml) ... und darin wird die Heisenbergsche Unschärferelation mehrfach im Sinne der 2. Formulierung präsentiert (die erste soll sich auf Δx und Δp, die zweite auf ΔE und Δt beziehen). Sollte Prof. Harald Lesch dabei immer wieder irren?

Wenn er es so darstellt, ganz klar Ja, er irrt sich. Wobei ich mir sicher bin, dass Prof. Lesch die genauen Zusammenhänge kennt. Vermutlich ist er der Meinung, dass seine Darstellung für eine populärwissenschaftlich Sendung in Ordnung ist. Ich sehe das zwar nicht so, denn genau durch solche Sendungen wird das Gerücht, es gäbe eine Heisenbergsche Unschärferelation für Energie und Zeit, immer weiter am Leben gehalten.

Und dann Prof. Stefan Schael vom I. Physikalischen Institut des RWTH Aachen. In seiner Vorlesung zu den AMS-Experimenten (http://accms04.physik.rwth-aachen.de/%7Eams/) gibt er für Baryonische Materie Ωb, Kalte Dunkle Materie ΩCDM und Vakuumenergie ΩΛ folgenden Zahlen: Ωtotal = Ωb + ΩCDM + ΩΛ = (5±1)% + (31±7)% + (65±5)% = (99±3)% (http://accms04.physik.rwth-aachen.de/~raupach/www_2002_ss_tp1/tp1_ss2002_14/Page.html). Sollte auch dies falsch sein?

Nein (bzw. nicht unbedingt ;-)). Hier hat man einen anderen Rahmen: Kosmologie, und diese hat die Allgemeine Relativitätstheorie als Hintergrund. In dieser besitzt die Raumzeit im allgemeinen (sprich bei Anwesenheit von Masse) keine so hohe Symmetrie wie die Raumzeit der Speziellen Relativitätstheorie. Daher gilt hier mein Argument von irgendwo weiter oben nicht, dass aus Symmetriegründen das Vakuum verschwindende Energie haben muss. Leider wissen wir über Quantentheorie in gekrümmten Raumzeiten nicht besonders viel.

--Mnhr 14:41, 13. Sep 2005 (CEST)

Übrigens: In der englischen Wikipedia findet sich folgender Eintrag:

Common observables which obey the uncertainty principle

The previous mathematical results suggest how to find uncertainty relations between physical observables. Specifically, locate pairs of observables A and B whose commutator has certain analytic properties.

• The most common one is ...
• The uncertainty relation between two orthogonal components ...
• The following uncertainty relation between energy and time is often presented in physics textbooks, although its interpretation requires more care because there is no operator representing time: ...

Na bitte, das ist doch genau, was ich sage. :-)

(http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle)

"its interpretation requires more care because there is no operator representing time" heißt aber nicht, dass die Relation falsch ist, oder ?

Jein. Es gibt eine Relation (um konkret zu sein, eine Ungleichung) zwischen Energie und Zeit. Diese ist aber von anderer Natur als die Heisenbergsche Unschärferelation. Das ist unter Fachleuten wohlbekannt (und ich hatte es weiter oben auf dieser Seite auch schon einmal erwähnt). Die genaue Form der Relation hängt von der Definition der Zeitvariablen ab, die man in der Relation verwendet.

--Mnhr 19:32, 13. Sep 2005 (CEST)

Hier ein Zitat, welches dieses mehr an "care" erläutert:

...

Im Bild der Einteilchenwellenmechanik entspricht dies für freie Teilchen der Gruppengeschwindigkeit der Welle. Die so definierte Geschwindigkeit bezeichnen wir mit v, und dann liest sich die Unschärferelation: Δt ⋅ ΔE ≥ ħ / 2.

Dabei ist Δt = Δx/|v|

Im Einteilchenwellenbild ist das gerade die Zeit, die der Schwerpunkt der Welle (Gruppengeschwindigkeit!) benötigt, um die Ortsunschärfe zu durchlaufen, und die Ortsunschärfe gibt ja ein Maß dafür an, mit welcher Genauigkeit für eine Ortsmessung ich zu rechnen habe. Definieren wir also die Zeit über die Geschwindigkeit freier Teilchen in einem Inertialsystem gelangen wir mit (14) zwangsläufig zu der obigen Energie-Zeit-Unschärferelation. Sie ist aber eine Folgerung aus der Ortsunschärferelation aufgrund der Tatsache, daß die Zeit lediglich ein Parameter, der die Kausalfolge von Ereignissen bezeichnet, und keine Observable per se ist. Sie läßt sich daher immer nur indirekt über observable Größen bestimmen, in unserem Fall durch die Abmessung von zurückgelegten Wegstrecken eines freien Teilchens im Inertialsystem.

(http://theory.gsi.de/~vanhees/faq/uncertainty/node4.html)

Das ist eine ordentliche Darstellung. Sie präzisiert und leitet die von mir erwähnte Relation zwischen Energie und Zeit her. Und auch hier wird betont, dass die Zeit eben keine Observable (im Sinn der Quantentheorie, im Gegensatz zu Ort oder Impuls bspw.) ist. Und es ist nochmal zu betonen: Diese Relation wurde unter bestimmten Annahmen/Randbedingungen hergeleitet, die eben die allgemeine Heisenbergsche Unschärferelation nicht benötigt. In populärwissenschaftlichen Darstellungen ist man hier (leider) oft etwas ungenau, und stellt nicht klar heraus, dass die Energie-Zeit-Unschärfe einen etwas anderen Hintergrund hat als eben die Heisenbergsche Unschärferelation (z.B. zwischen Ort und Impuls). Ich hoffe, dass damit die Zusammenhänge etwas klarer werden! C.Appel 10:38, 14. Sep 2005 (CEST)

--Mnhr 20:59, 13. Sep 2005 (CEST)

Ok, wir können also festhalten:

1. Es gibt eine Energie-Zeit-Unschärferelation Δt ⋅ ΔE ≥ ħ / 2; dabei kann die Zeit nach Hendrik van Hees über die Geschwindigkeit freier Teilchen in einem Inertialsystem definiert werden, d.h. Δt = Δx / |v|.

Ja. Aber um genau zu sein, sollte es im zweiten Teil des Satzes Zeitunschärfe lauten, und nicht Zeit.

2. Bei gekrümmter Raumzeit existiert eine erhebliche Vakuumenergie ΩΛ (Stefan Schael); in hinreichend kleinen Gebieten wäre die Raumzeit dagegen symmetrisch, so dass die Vakuumenergie verschwindend kleine Werte annehmen müßte.

Ob die Vakuumenergie erheblich ist, bzw. wie gross die Vakuumenergie in gekrümmten Räumen ist, weiss kein Mensch. Dieses Thema ist derzeit noch nicht so richtig gut verstanden. Ich habe gerade mal auf den von Dir angegebenen Link geschaut: Prof. Schael markiert die Aussagen zur Vakuumenergie dazu passend deutlich mit einem Fragezeichen. Zur zweiten Aussage: In hinreichend kleinen Gebieten ist die Raumzeit _näherungsweise_ symmetrisch. Ob man jetzt daraus schliessen kann, dass die Vakuumenergie in kleinen Gebieten klein sein muss, ist mir im Moment nicht klar. Ich glaube, eher nicht. C.Appel 01:49, 15. Sep 2005 (CEST)

Das Fragezeichen sehe ich allerdings nur bei der Angabe Ωtotal = Ωb + ΩCDM + ΩΛ = 1 ? (Folie 08) und es bezieht sich n.m.E. darauf, dass auf den Folien 10 u. 11 auch Fälle mit Ωtotal ≠ 1 behandelt werden; und bei der Aussage, dass ΩΛ immerhin 65±5 % von Ωtotal ausmacht, steht kein Fragezeichen! Im Übrigen habe ich mich auf deinen Satz bezogen: "In der Allgemeinen Relativitätstheorie besitzt die Raumzeit bei Anwesenheit von Masse keine so hohe Symmetrie wie die Raumzeit der Speziellen Relativitätstheorie. Daher gilt hier mein Argument von irgendwo weiter oben nicht, dass aus Symmetriegründen das Vakuum verschwindende Energie haben muss." Die Asymmetrie entsteht doch ausschließlich durch die Krümmung der Raumzeit, oder? --Mnhr 13:50, 15. Sep 2005 (CEST)

Ja, die Asymmetrie entsteht durch die Krümmung. Eine flache Raumzeit, also eine ohne Gravitation, besitzt die volle Poincaré-Invarianz (= Lorentz-Invarianz + Translationsinvarianz). Allerdings wäre ein solcher Raum auch leer... Gekrümmte Räume können auch noch eine Symmetrie aufweisen.

Ich finde gerade in en:Quantum_field_theory_in_curved_spacetime: "A general prediction of the theory is the creation of particles by gravitational fields." ... Warum erwähnst du das nicht; die Sätze stammen doch von Physikern, die sich mit der Materie ausführlichst befasst haben, oder? --Mnhr 14:03, 17. Sep 2005 (CEST)

Quantenfeldtheorie auf gekrümmter Raumzeit ist wie LQG oder Stringtheorie völlig spekulativ. Meines Wissens steht sie auch mathematisch auf deutlich wackligeren Beinen als "gewöhnliche" Quantenfeldtheorie. Welche Theorie Gravitation+Quanteneffekte korrekt beschreibt, ist derzeit offen. Damit haben die gerade genannten Theorien einen deutlich anderen Status als beispielsweise das Standardmodell oder die Allgemeine Relativitätstheorie. Insofern mag die von Dir zitierte Aussage korrekt sein. Ob sie irgendetwas mit der Realität zu tun hat, weiss (derzeit) allerdings kein Mensch.

Ist das richtig? --Mnhr 22:10, 14. Sep 2005 (CEST)

Insgesamt scheint es doch so zu sein, dass die für die Bildung ruhemasseloser Bosonenpaare erforderliche Energie nicht dem Nichts, sondern dem Gravitationsfeld entnommen wird, und zwar insbesondere an den Stellen, an denen schon in kleinen Volumina große Feldstärkeänderungen auftreten. Könnte man sich vielleicht auf diese Formulierung einigen? Das Argument, dass die Quantengravitation bisher nicht bewiesen werden konnte, kann ich übrigens nicht gelten lassen; nach Karl Popper müssen solche Theorien nämlich nicht verifiziert, sondern falsifiziert werden. --Mnhr 09:16, 18. Sep 2005 (CEST)

Das ist völlig klar. Entsprechend habe ich nirgends gesagt, dass Quantengravitation bisher nicht bewiesen ist. Quantengravitation ist meines Wissens ohnehin kein klar definierter Begriff. Es gibt verschiedene Ansätze, um Gravitation+Quanteneffekte zu beschreiben, bspw. die populäre Stringtheorie. Das "Problem" ist nun, das die derzeit beobachtbaren gravitativen Phänomene alle mit der Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben werden können. Es gibt leider bisher keine experimentellen Hinweise darauf, welche der Theorien für eine Quantengravitation in die richtige Richtung geht. Hawking-Strahlung bspw. hat noch niemand in der Natur gesehen. C.Appel 14:36, 19. Sep 2005 (CEST)

Ich denke eigentlich weniger an kosmologische Phänomene; in und in der unmittelbaren Umgebung von Atomkernen müßte es doch ebenfalls zu einer Krümmung der Raumzeit kommen; könnte dies nicht die Bildung von Gluonenpaaren ermöglichen --- evtl. in so großer Zahl, dass die "mass gap" wenigstens zum Teil (z.B. zu 65±5 %) geschlossen wird ? --Mnhr 22:42, 19. Sep 2005 (CEST)

[Bearbeiten] Randbedingungen des Vakuums

Für mich als Laien wäre es erstmal hilfreich, wenn die Randbedingungen dieses Vakuums (in dem angeblich irgendwas entstehen soll/kann) geklärt wären. So stellen sich mir erstmal die Fragen:

Dass Teilchen spontan aus dem Vakuum entstehen, ist lediglich populärwissenschaftliche Folklore, die aber leider auch auf manchen Wikipedia-Seiten zu finden ist.

a) Befindet sich dieses Vakuum innerhalb eines (äußeren) Schwerefeldes?

Nein. Im Rahmen der üblichen Quantenfeldtheorie (QFT), also konkret z.B. Quantenelektrodynamik (QED) oder Standardmodell, wird die Gravitation nicht berücksichtigt.

b) Befindet sich in diesem Vakuum Licht, Wärme oder andere el.-mag. Felder?

Nein. Im Rahmen der QED setzen sich Licht, Wärme oder andere elektromagnetische Felder aus Photonen zusammen. Das Vakuum der QFT ist aber der Zustand ohne Teilchen, also auch ohne Photonen.

Wie in http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum schon einleitend geschrieben wurde, ist der Begriff "Vakuum" mehrdeutig. Und: http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum#Vakuum_im_Weltraum

Und solange mir die Randbedingungen nicht klar sind, muss ich dazu neigen, diese Theorien zur Vakuumenergie usw. der http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Weissagungstechniken oder Esoterik hinzuzufügen. :(

Ich kann mir zwar hier eine Glaskugel vorstellen, aus der die Luft herausgepumpt wurde - gehe aber davon aus, dass in ihrem Inneren andere Zustände herrschen als weit ausserhalb unseres Universums.

Angeblich sollen sich also innerhalb dieses Vakuums (virtuelle?) Teilchen-Antiteilchen-Paare o.ä. bilden können. -> im Weiteren zu a)

Dies geben nur Leute an, die QFT nicht kennen bzw. nicht verstanden haben. Kein Physiker (zumindest keiner, der sich mit der Materie befasst hat) behauptet dies. Siehe auch meine Anmerkung weiter oben.

Innerhalb eines äußeren (nennenswerten) Schwerefeldes wäre ihr Abstand beschreibbar.

Wären ohne ein äußeres Schwerefeld Angaben zu ihrem Abstand nicht machbar? Oder:

Um wieviel Prozent ist ihr jeweils eigenes Schwerefeld kräftiger als das äußere?

Wie auch schon weiter oben gesagt: Schwerkraft wird im Rahmen der QFT nicht berücksichtigt, spielt also keine Rolle. Daher machen diese Fragen in diesem Kontext nicht so viel Sinn. C.Appel 14:48, 20. Jul 2005 (CEST)

[Bearbeiten] Hilfe

Also ich muß gestehen ich konnte der verwirrenden Diskussion (wer sagt nu eigentlich was?) nicht wirklich folgen, daher einige Erklärungen zur 'Energie des Vakuums'. Wärme und Photonen als elektromagnetische Felder zu bezeichnen... naja ich versuche mal in meinen Worten ohne QFT und GUT aber hoffentlich trotzdem mit viel GRIPS das zu erklären was mit Brain 1.0 verstanden werden kann:

- Vakuum Ein sehr vielseitiger Begriff. Am besten übersetzt man ihn in seiner allgemeinen Bedeutung und dem allgemeinen Gebrauch mit: 'sehr geringem Druck'. In der hier angesprochenen Problematik bedeutet er jedoch etwas anderes, nämlich die völlige Abwesenheit von Teilchen der Standard Teilchen Theorie. Das ist also wirklich sehr wenig, aber wir nehmen das einfach mal so einen völlig leeren Raum. Auf der Erde und im uns bekannten Universum existiert kein solcher Raum auf großem Maßstab, das ist aber genau der Punkt. Die Quantenmechanik spielt sich (zunächst mal) in einem extrem kleinen Gebiet ab, in einem Gebiet welches weit kleiner als die Moleküle und Atome ist.

- Vakuumenergie Die Heisenbergsche Unschärferelation sagt aus, daß je genauer ich den Ort eines Teilchens kenne, desto größer kann sein Impuls sein. Ich kann niemals Impuls und Ort gleichzeitig 100%ig messen (Impuls grob ~ Geschwindigkeit).

Um pedantisch zu sein: Das sagt die Heisenbergsche Unschärferelation _nicht_, und es stimmt so auch nicht. Messen kann ich Ort und Impuls an einem Teilchen schon. Bei wiederholten Messungen an gleichartig präparierten Teilchen stellt sich aber heraus, dass, wenn z.B. der Ort "bestimmt" ist, der Impuls "unscharf" ist. Quantitave Aussagen zu "bestimmt" und "unscharf" macht dann die Unschärferelation.

Die Schlussfolgerung ist: Enge ich den möglichen Raum derartig ein, daß ich in den Wirkungsbereich der Unschärferelation komme, so darf das Volumen, ein enormes Energiepotential besitzen.

Könntest Du das bitte erläutern? Was ist der "Wirkungsbereich der Unschärferelation"? Wieso folgt, dass das Volumen ein "enormes" Energiepotential besitzt? Und was genau meinst Du mit Energie-"Potential"? Ich bin gespannt.

Die Aussage über die von einem der Herrn über mir, "Kein Physiker (zumindest keiner, der sich mit der Materie befasst hat) behauptet dies." läßt mich leider sehr an dem Abschluss zweifeln...

Und Du kannst das natürlich beurteilen? ;-)

aber Stephen Hawking (seine Theorien basieren z.T. darauf...) und Forscher des DESY sind natürlich weder Physiker, noch haben sie sich mit so etwas wie der Quantenmechanik befasst... für diejenigen die immer einen Link brauchen: http://xfelinfo.desy.de/de/vakuum-definition/1/ ;-)

Auch wenn's eine Seite des DESY ist, so ist die Aussage dort ("... So steckt das Universum voller Teilchen. Ständig bilden sich Teilchen-Antiteilchen-Paare, ...") leider falsch. :-( Vielleicht stammt's von einem PR-Mitarbeiter?!? (Ja, sowas haben die auch.)

Ansonsten: Frage doch Stephen Hawking bzw. Fachleute am DESY. Ich bin mir sicher, dass sie mir zustimmen werden.

Es ist in der Tat so, daß die Quantenmechanik ein solches Verhalten geradezu postuliert und Effekte wie der bekanntere Casimir Effekt (Casimir-Effekt) diese experimentell unterstützen.

Der Casimir-Effekt ist theoretisch nicht gut verstanden.

Wie passiert dieses für uns ziemlich seltsame anmutende 'Schauspiel'? Man kann sich nun vorstellen, daß aufgrund der oben erwähnte Unschärferelation Fluktuationen des elektromagnetischen Feldpotentials im Raum auftreten, je kleiner das betrachtete Gebiet ist, desto größer darf diese Fluktuation sein. Ein Potential ist grob gesprochen die Fähigkeit Arbeit zu verrichten, das ist also etwas ähnliches wie 'Energie' (sagen wir mal Physiker mögen lieber 'Potential' ;-)). Was wir also auf diesen kleinen Skalen haben ist eine Fluktuation des Feldes oder des 'Raumes'. Fluktuationen die auf kleinen Skalen sogar dem Energiegehalt eines Teilchenpaares entsprechen können tatsächlich als Teilchenpaar betrachtet werden, denn es gibt keinen physikalischen Unterschied mehr (übrigens auch eine Aussage der Quantenphysik). Energie und Masse (etc.) sind äquivalent und verschmelzen hier. Wichtig ist, daß bei jeder Paarbildung immer ein Teilchen und sein energetisch gleichwertiges Anti-Teilchen entsteht, das bedeutet, es wird nicht wirklich etwas 'erzeugt' sondern lediglich (anschaulich gesprochen) ein 'Wellenberg' und ein 'Wellental' erzeugt, ohne das Nullpotential zu verändern. Die anschließende Vernichtung der beiden Teilchen geht einher mit dem Rückgang der Fluktuation, die somit keine globale Verletzung der Energieerhaltung war, sondern eine 'Störung', eine Fluktuation des Raumes. Daher werden diese 'Teilchen' als virtuelle Teilchen bezeichnet, man kann sie nicht direkt betrachten (oder nutzen!).

Netter Absatz, der die populärwissenschaftliche Folklore gut wiedergibt. Leider ist es nicht das, was die Quantenfeldtheorie sagt. :-( C.Appel 10:32, 7. Sep 2006 (CEST)

Der Einwand das sei falsch und ja nur eine Vorstellungshilfe ist etwas gewagt, denn auf den Skalen auf denen wir uns hier bewegen gibt es keinerlei Unterschied mehr, ist letztlich ALLEs eine Vorstellungshilfe, denn auch Teilchen sind keine Bälle die durch den Raum fliegen... (auch wenn jetzt die Gehirnwindung die für "Standard-Modell der Teilchenphysik" zuständig ist anfängt zu jammern ;-P )

[Bearbeiten] Relaunch

Der Artikel ist unstrukturiert und enthält deutliche sprachliche und fachliche "Unschärfen". Die Diskussion ist dreimal länger als der Artikel. Dinge wie z.B. "Schwarze Löchern" oder "dass" und "daß" gleichzeitig verleiten nicht unbedingt zum Weiterlesen, denn dieselbe Schludrigkeit findet sich analog in der fachlichen Beschreibung wieder. Idealerweise ein Physiker sollte den Artikel komplett neu aufsetzen und dabei die guten inhaltlichen Ansätze des alten aufgreifen und gegebenenfalls richtig (dar)stellen. --DuMonde 03:50, 23. Mär 2006 (CET)

kleine Frage: im artikel steht, dass sich im vakuum ständig teilchen-antiteilchen paare bilden, die sich dann sofort wieder vernichten.

Das steht da, ist aber im Rahmen "gewöhnlicher" Quantenfeldtheorie (QFT) falsch; siehe auch meine übrigen Beiträge in der Diskussion. Mit "gewöhnlicher" QFT meine ich QFT in flacher Raum-Zeit, also unter Vernachlässigung von Gravitation. Wie man vernünftig QFT mit Berücksichtigung von Gravitation betreibt, weiß derzeit noch niemand.

angenommen, der eine teilchen partner wird vone einem schwarzen loch eingesogen-> folglich ist eine vernichtung von antiteilchen und teilchen nicht mehr möglich-> verletzung des energie-erhaltungs satzes. ist dies so richtig? sorry wennd das nicht stimmen sollte, bin im bereich physik noch ein ziemlicher anfänger.

Dazu bräuchte man Gravitation. Wie man diese im Rahmen der QFT korrekt/sinnvoll berücksichtigt, weiß, wie oben erwähnt, derzeit niemand. Von Hawking gibt es zwar dazu ein Modell, das aber nicht wirklich Theoriecharakter besitzt, also beispielsweise das Standardmodell ersetzen will/kann. Was also auf Teilchenebene tatsächlich in der Umgebung Schwarzer Löcher passiert, ist derzeit nicht klar. Aber unabhängig davon gilt bei Berücksichtigung von Gravitation im Allgemeinen ohnehin keine Energieerhaltung mehr. C.Appel 12:44, 1. Mai 2006 (CEST)

[Bearbeiten] Fragen

Entschuldigung, falls das nicht erlaubt ist aber ich habe da mal zwei Fragen:

1. Zum Casimir-Effekt der Quantenmechanik

Wikipedia - Casimir-Effekt: "Der Casimir-Effekt besagt, dass im Vakuum auf zwei parallele Platten eine Kraft wirkt, die beide zusammendrückt. Diese Kraft beruht auf der Tatsache, dass das Vakuum ein Raum voller virtueller Teilchen ist (Vakuumfluktuation), die zwischen den Platten anderen Bedingungen unterliegen als im übrigen Raum."

Ich verstehe nicht wozu diese Theorie gut ist. Ich meine die Quantentheorie bezieht ja die Gravitation nicht mit ein. Wie kann man da eine Theorie suchen, die diese "Anziehungskraft" der beiden "Platten" beschreibt? Das wäre ja eigentlich die Gravitation, oder soll das etwa schon eine Beschreibung der Quantengravitation sein?

2. Zur Unterscheidung zwischen Vakuum- und Nullpunktsenergie

Wikipedia - Nullpunktenergie: "Die Nullpunktsenergie eines Systems ist die am absoluten Temperaturnullpunkt noch auftretende Bewegung der einzelnen Teilchen und somit gleichzeitig der niedrigste Energieeigenwert, den ein quantenmechanisches System einnehmen kann.

Sie ist eine Konsequenz der Heisenbergschen Unschärferelation, welche besagt, dass der Impuls und der Ort eines Teilchens nicht gleichzeitig beliebig genau messbar sein können. Obwohl es also die naive Vorstellung ist, dass mit immer weiterer Abkühlung alle Bewegungen „einfrieren“, bleibt dennoch eine quantenphysikalische Restbewegung, welche die Nullpunktsenergie ausmacht."

Wiso muss das absolute Vakuum Energie enthalten? Die Heisenbergsche Unschärferelation tritt ja nur bei beobachtbaren Objekten auf, wie dem winzigen "Pendel" in Hawkings Gedankenexperiment. Im vollkommenen Vakuum kann man die Vakuumenergie folglich nicht nachweisen, da das Nichts ja keine Unschärfe aufweist. Also kann die Vakuumenergie doch auch das Selbe wie die Nullpunktenergie sein. Sie erklärt die Pendelbewegung doch genauso, oder?! - Tenji -

zu 1.) Eine Theorie ist dazu gut einen Vorgang der beobachtet wurde zu beschreiben. Die Gravitation tritt zusätzlich zum Casimir Effekt auf und ist eben wahrscheinlich nicht die Ursache dafür, sondern die Ursache ist die Fluktuation des Raumes. zu 2.) Das Vakuum 'muss' gar nichts - es tut es nur anscheinend. Die Unschärfe betrifft nicht nur Teilchen, sie äußert sich nur auch in Teilchen und ist an diesen am besten zu erklären. Nimmt man aber einen Ausschnitt eines 'leeren' Raumes, so gilt für diesen eingegrenzten Bereich genau das gleiche. Die Nullpunktsenergie ist ähnlich der Vakuumenergie, sie ist aber NICHT dasselbe, da sie beide unter verschiedenen Vorraussetzungen gelten: Bei der einen geht es um Teilchen, bei der anderen nicht. Äpfel und Birnen sind auch beide OBst, aber trotzdem sind sie nicht dasselbe. Gruß, BigBang 00:46, 9. Okt 2006 (CEST)

(1) Ich meinte mit "Ich verstehe nicht wozu diese Theorie gut ist.", dass ich nicht vestehe, wieso die Tatsache der Bewegung dieser Platten aufeinender zu eine Beobachtung ist, welche die Theorie der Vakuumfluktautionen stützt, wenn es doch ebenso die Gravitation sein kann, da sie nicht mit einbezogen wird!

(2) Aber da sowohl Vakuum- als auch Nullpunktenergie auf die Unschärferelation zurückgehen, ist es doch praktisch die selbe Energie - das minimale Energieniveau, welches das System einnehmen kann -, die sich zum einen als Vakuumfluktautionen und zum anderen als Teilchenbewegungen äußert!? - Tenji - 21:19, 23. Okt. 2006 (CEST)