Casimir-Effekt, der Dunklen Energie auf der Spur ...

[Agent Scullie]

Was meinst Du zu dem Buch "Schlüsselkonzepte zur Physik", aus dem ich im Posting #8 zitiert hatte. In diesem Buch ist von virtuellen Teilchen beim Casimir-Effekt die Rede. Dies ist natürlich nichts Besonders, wie Du schon festgestellt hast. Ich verwundere mich nur darüber, dass dieses Buch sich auch "für Studierende der Physik ab etwa dem dritten Semester" eignen soll.

Ich habe mir das Buch jetzt mal unter

http://www.springer.com/de/book/9783827423849

und

https://books.google.de/books?id=vX3uCAAAQBAJ&pg=PA245&lpg=PA245&dq=Vakuumfluktuationen+virtuelle+Teilchen&source=bl&ots=w1VHZA5Kvq&sig=j2rBWo-hEdTqn-5cz9foylmleOU&hl=de&sa=X&ved=0ahUKEwi384jrwrDPAhWCPhQKHZZtC9sQ6AEISjAH#v=onepage&q=Vakuumfluktuationen%20virtuelle%20Teilchen&f=false

angesehen. Da fällt mir als erstes auf: ein Buch, das viele (fast alle?) Teilgebiete der Physik auf gerade mal 280 Seiten (wenn man den Ausklang und die Anmerkungen und Quellen nicht mitzählt) behandeln will? Das kann ja nicht sonderlich tiefgehend sein. Zum Vergleich: das Buch Paul Tipler: "Physik" deckt auch viele Teilbereiche der Physik ab, aber auf über 1400 Seiten, und die Quantenfeldtheorie ist da noch nicht einmal dabei.

Dann das Inhaltsverzeichnis: auf die Quantenfeldtheorie entfallen ganze 22 Seiten (243 - 265). Und auf denen soll auf die meisten Untergebiete der Quantenfeldtheorie eingegangen werden: Grundprinzipien der QFT, die einzelnen Wechselwirkungen (elektromagnetisch, stark, elektroschwach), Symmetriebrechung, Störungsrechnung, Feynman-Diagramme, Renormierung - das kann erst recht nicht besonders fundiert sein.

Und tatsächlich: auf Seite 247 wird z.B. der Feldoperator für ein komplexes Skalarfeld (für Spin-0-Bosonen) angegeben, aber nicht näher darauf eingegangen, z.B. wird nichts davon geschrieben, dass Eigenzustände des Teilchenzahloperators keine Eigenzustände des Feldoperators sind, und das Feld daher fluktuiert. Und vom Hamilton-Operator auch keine Spur. Und zur Quantisierung des freien elektromagnetischen Strahlungsfeldes wird gerade mal erwähnt, dass zur Quantisierung des Viererpotentials eine Eichbedingung erforderlich ist (Seite 250).

Fazit: die QFT wird hier nur äußerst oberflächlich behandelt. Es heißt ja auch, das Buch solle eine Landkarte sein - und eine Landkarte zeigt Landschaftsdetails nur soweit, wie es der verwendete Maßstab zulässt.

Dass sich dieses Buch für Physikstudenten ab dem dritten Semester eignen soll, kann durchaus sein - im dritten Semester hat man i.d.R. noch keine Quantenmechanik-Vorlesung gehabt, geschweige denn eine QFT-Vorlesung. Ein Buch, das einen groben Überblick über alle wichtigen Teilgebiete der Physik bietet, ohne diese besonders detailliert zu behandeln, kann da sehr wohl nützlich sein.

[Halman]

Vielen Dank für Dein Feetback. Deine Analyse ist wirklich überzeugend, der qualitative Unterschied zwischen dem umfangreichen Fachbuch von Paul Tipler und dem Buch "Schlüsselkonzepte zur Physik" ist offenkundig enorm. Noch ist der Chemiker aber nicht überzeugt (s. http://www.4religion.de/viewtopic.php?p=215106#p215106).

[Agent Scullie]

Noch ist der Chemiker aber nicht überzeugt (s. http://www.4religion.de/viewtopic.php?p=215106#p215106).

Schauen wir uns mal seine Einwände an:

Ich denke wir wissen zu wenig um endgültig darüber zu entscheiden.

Darüber, was die Quantenfeldtheorie (QFT) über den Vakuumzustand aussagt, wissen wir mit Sicherheit genug, um endgültig darüber entscheiden zu können, dass sie nicht aussagt, im Vakuumzustand würden ständig virtuelle Teilchen entstehen und wieder verschwinden.

Ja. Allerdings gibt er am Ende seines sehr professionellen Textes, gewisse Zweifel zu.
Ich zitiere aus Seite 43 der PDF-Datei: [...]
Genau die letztere Erklärung fehlt!

Meine PDF-Datei hat gar keine 43 Seiten, sondern nur 13, und auf diesen 13 Seiten gebe ich an keiner Stelle irgendwelche Zweifel zu. Vermutlich hat er da etwas durcheinandergebracht und spricht von einer der Quellen, die ich zitiert habe, schätzungsweise diese hier:

http://www.astrophys-neunhof.de/mtlg/sd08011.pdf

Die Zweifel, von denen da die Rede ist, sind jedoch keine Zweifel daran, dass aus der QFT die dargestellte Beschreibung das Vakuumzustandes, in der keine virtuellen Teilchen vorkommen, folgt, sondern Zweifel daran, dass die QFT überhaupt eine konsistente Theorie ist. Falls er sich also auf den Standpunkt stellen will, dass die QFT inkonsistent sei, dann wäre das ein denkbar schlechtes Argument dafür, dass die QFT eben doch aussagen würde, dass im Vakuumzustand virtuelle Teilchen beteiligt wären.

Das alles bestätigt nur meinen Verdacht, dass hier das letzte Wort noch nicht gefallen ist, und es vielleicht noch weiterer empirischer Forschung bedarf, bevor wir sagen können, was richtig ist: Die Feldtheoretiker mit ihrer These oder diejenigen Experten die die Theorie der virtueller Teilchen unterstützen.

Da muss man zunächst einmal fragen, was er hier mit "Theorie der virtuellen Teilchen meint". Falls er damit die populärwissenschaftlichen Darstellungen der QFT meint, wonach diese aussagen würden, dass im Vakuumzustand virtuelle Teilchen beteiligt seien, so ist dazu als erstes festzustellen, dass es sich bei diesen Darstellungen nicht um eine Theorie handelt, sondern um populärwissenschaftliche Darstellungen einer Theorie, nämlich eben der QFT.

Zum zweiten sind diejenigen Experten, die solche populärwissenschaftlichen Darstellungen der QFT unterstützen, also genauer gesagt der Ansicht sind, solche Darstellungen seien als popularisierte Darstellungen der QFT akzeptabel, als Personen häufig identisch mit den Feldtheoretikern, die sich mit der QFT beschäftigen, so dass der von ihm unterstellte Sachverhalt, es gehe hier darum, zu entscheiden, welcher von zwei Personenkreisen recht habe, nicht zutreffend ist. Die Experten, die "die Theorie der virtuellen Teilchen vertreten", also der besagten Ansicht sind, wissen in den allermeisten Fällen, dass jene Darstellungen nicht mit den tatsächlichen Aussagen der QFT übereinstimmen. Stephen Hawking z.B. argumentiert in seinem Buch "Das Universum in der Nussschale" damit, dass seine positivistische Haltung ihm erlauben würde, diese fehlende Übereinstimmmung gar nicht als Fehler einzustufen.

Worum es geht, ist, was die QFT nun über den Vakuumzustand aussagt und was nicht, und nicht etwa, welche von zwei Theorien, die von zwei unterschiedlichen Personenkreisen vertreten würden, richtig sei. Es geht ja nur um eine einzige Theorie, eben die QFT.

Vielleicht zeigt sich aber auch, dass es sich hier lediglich um zwei Darstellungen von ein-und-demselben Phänomen handelt.

Das zeigt sich nicht nur vielleicht, sondern sogar ganz sicher! Beides sind Darstellungen der QFT. Nur dass die eine Darstellung exakt ist, also mit dem übereinstimmt, was die QFT aussagt, und die andere im Widerspruch zur QFT steht und nur in populärwissenschaftlichen Quellen zu finden ist, in denen die QFT so oberflächlich behandelt wird, dass der Widerspruch nicht auffällt.

Etwas Ähnliches ist auch bspw. bei der Erklärung der Gravitation der Fall.

In der Tat. Es gibt z.B. zur allgemeinen Relativitätstheorie (ART) die populärwissenschaftliche Darstellung, dass die Krümmung des Raumes für die Wirkung der Gravitation verantwortlich sei, und dies durch ein Gummituch, das von Körpern großer Masse eingedellt wird, angemessen veranschaulicht werden könne. Die Darstellung widerspricht der ART jedoch, da nach dieser nicht die Krümmung des Raumes ausschlaggebend ist, sondern die Krümmung der Raumzeit, und zwar indem ein frei fallender Körper einer geodätischen, d.h. geradestmöglichen Weltlinie durch die Raumzeit folgt.