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dunkle Materie und eine mögliche Quelle!?

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    #91
    Ich habe mir den Thread mal etwas durchgelesen und hier leider viele "Halbwahrheiten" gefunden, die man leicht bekommt, wenn man nur populärwissenschaftliche Literatur zu diesen Themen liest.

    Desweiteren sind viele Konzepte (z.B Austauschbosonen, Raumkrümmung, Renormierung, Antiteilchen, "Teilchen negativer Energie", Hawking Strahlung, etc) wesentlich komplizierter, als das man sie mit Anschauung erklären könnte.

    Fangen wir einfach mal mit der Antimaterie an:

    Wir definieren Antimaterie ja so, dass sie sich wie "normale" Materie verhält, nur das ihre Quantenladungszahlen im Vorzeichen umgekehrt sind und sie sich beim Kontakt mit Materie in reine Energie in Form von EM-Strahlung umwandelt.

    leider fast richtig, aber nur fast. Zu jeder Wechselwirkung (ab jetzt WW), die durch eine Quantenfeldtheorie, also die Elektrodynamik, die durch die Quantenelektrodynamik, die schwache WW und die starke Wechselwirkung, die durch die Quantenchromodynamik (noch nicht 100%tig, aber fast) haben erhaltene Ladungen. Diese Ladungen beruhen auf Symmetrien der der Theorie zugrunde liegenden Lagrange-Dichte (das ist ein Funktional, aus dem sich mittels der Euler-Lagrange-Gleichung die Bewegungsgleichungen für die Felder/Teilchen der Theorie ableiten lassen).

    Die konventionelle Antimaterie beruht auf der e.m. WW.
    Die Lagrange-Dichte ist invariant unter einer U(1) Transformation (z.B. sind dies die Abbildungen z-> Exp[i a] z, mit einem Parameter a, z: eine beliebige komplexe Zahl)
    Aufgrund dieser Transformation ist die elektrische Ladung erhalten und wir können nicht zwischen der WW zweier positiv und zweier negativ geladener Teilchen unterscheiden, solange die Ladung nur gleich groß ist (z.B. die WW zweier Elektronen ist nicht von der zweier Positronen zu unterscheiden)

    Aus der Struktur der QED (eine genaue Herleitung findet man z.B. im Buch von Peskin und Schroeder "An Introduction to Quantumfield Theorie") auch Prozesse ableiten, wie Elektron und Positron gehen in ein Photon über. Dies nennt man Annihilation. Analog kann man einen Prozess ableiten, in dem ein Photon in ein Elektron und ein Positron übergeht.

    Nun kann man sich analog auch zu den anderen beiden Welchselwirkungen dieselbe Betrachtung machen und bekommt z.B in der QCD drei Ladungen und drei entsprechende Antiladungen heraus (die Farbladungen), aber auf einen weitere Erklärung möchte ich hier verzichten und verweise auf Spezialliteratur.


    Nun zu den Teilchen negativer Energie:

    Die Teilchen negativer Energie sind mögliche Lösungen der Dirac- oder der Klein-Gordon Gleichung. Diese beiden Gleichungen waren die ersten Versuche, eine relativistische Verallgemeinerung der Quantenmechanik zu formulieren. Die Lösung dieser Gleichungen beinhalten allerdings Lösungen mit negativer Energie hervor, die man als Antiteilchen interpretieren musste.
    Dieses Problem wurde konsistent mittels QFT gelöst.

    So nun kommen wir als letzten großen Punkt der QFT, die "Vakuumsfluktuationen:

    Es gibt eine Nullpunktsenergie in allen, die mir bekannt sind (skalare Klein Gordon, Dirac Theorie, QED-Loop-Prozesse, QCD-Loop-Prozesse divergiert, also geht gegen unendlich geht. Dies war ein Problem der frühen QED, als man die sog. Loop-Feyman-Diagramme gerechnet hat. Daraus entwickelte sich der Formalismus der Renormierung. Dieses Problem ist nicht einfach zu verstehen, er ist sogar sehr schwer zu verstehen, da es nicht anschaulich ist. Inzwischen ist das Problem durch die Renormierung gelöst, die nun eine Grundlage aller QFT ist (d.h. jede QFT muss renormierbar sein)

    Nun verlassen wir die Quantentheorie und betrachten ein paar grundlegende Klassifikationen von Materie:

    "normale/konventionelle" Materie (postiver Energieinhalt, beibehaltene Quantenladungszahlen; baryonische Materie aus der wahrscheinlich alle sichtbaren Körper im Universum bestehen)
    ist richtig. Als normale Materie bezeichnen wir Physiker alle Materie, die durch alle vier WW wechselwirkt (vorallem e.m. wir können sie also sehen).

    "seltsame" Materie (gleiche Eigenschaften wie konventionelle Materie, besitzt aber Quantenladungszahl "Strangness" in postivier oder negativer Ausprägung, enthält also als Teilzustand /Bestandteil ein Strange-Quark, Sonderform auch bekannt als "Strangelet")
    Hier ist leider nur der erste Teil richtig. Seltsame Materie oder "Strange Matter" (hier als Eigenname zu verstehen, wie also Fritz, Hans, etc) sind auch Hadronen, die halt aus einem oder mehreren S-Quarks bestehen.
    Die Herstellung solcher Teilchen ist quasi "buiseness as usual" in HEP- Experimenten. Desweiteren gibt es Modelle mit S-Quarks für Neutronensterne (die aber nur als Appetitanreger für Spezialliteratur oder sich einfach mal in eine Vorlesung für Nukleare Astrophysik an der Uni reinsetzen und geniessen
    )

    Entartete Materie:

    Diese Materie besteht aus Fermionen ist bezeichnend für Materie, die die Zustände bis zur Fermikante ausfüllt. (wg Pauli Prinzip). Diese Materie ist schwer zu erklären und noch schwerer vorzustellen, daher bitte ein gutes Buch über statistische Physik zu rate zu ziehen oder PN mit E-Mail Adresse an mich, dann schicke ich ein PDF mit einer Rechung zurück, in der es hoffentlich klarer wird. Wir Physiker haben für die Art von Argumenation eine inoffiziellen Namen: HMr-Methode (Halts Maul und rechne- Methode [bitte nicht, also auf keinen Fall persönlich nehmen])

    Antimaterie (postiver Energieinhalt/positive Masse, umgekehrte Quantenladungszahlen; zerstrahlt/annihiliert bei Kontakt mit dem gleichnamigen Gegenstück aus Materie in Photonen (elektromagnetische Energie))
    siehe Antimaterie

    "dunkle" Materie (postiver Energieinhalt/postiive Masse, unbekannte bzw möglichweise keine Quantenladungszahlen (weil nichtbaryonisch); unterliegt nicht dem Elektromagnetismus und nicht den 2 Kernkräften, unterliegt jedoch der Gravitationswechselwirkung)
    wieder leider auch nur fast richtig.
    Bisher betrachten wir "Dunkle Materie" oder "Dark Matter" als Materie, die nur graviativ und schwach wechselwirkt.

    "imaginäre" Materie (imaginäre Masse/ imaginärer Energieinhalt, imaginäre oder keine Quantenladungszahlen; auch bekannt als "Tachyon", kann sich theoretisch schneller als das Licht bewegen, keine oder unbekannte Wechselwirkungen wie den vorhergehenden Materieformen)
    Wenn es sie gibt, wäre das toll, aber bisher hat sie noch keiner in einem Experiment gesehen.

    Es gibt in der QFT allerdings eine WW, die sogenannte Phi^4 Theorie, die tatsächlich einen negativen Parameter m² hat. Diese Theorie ist allerdings keine fundamentale Feldtheorie sondern nur eine effektive (ist im Peskin Schroeder relativ gut erklärt)

    "exotische" Materie (negative Masse/negativer Energieinhalt, beibehaltene Quantenladungszahlen; vernichte bei Kontakt mit dem gleichnamigen Gegenstück aus Materie diese, wobei keinerlei Energie freigesetzt wird)
    fast richtig, sie ist einfach Materie, die man immer mal wieder postuliert, wenn ein Experiment nicht zur aktuellen Theorie passt.

    Wie sagt man so schön: "Irgendwann finden wir (also die Experimentalphysiker) sie alle!"


    Nun als Abschluss: Die Grundgedanken, die zu einer Beschreibung der Gravitation durch die ART geführt hat:

    Nun bitte alle quantentheoretischen Phänomene vergessen. Die ART, die wir verwenden ist eine nicht quantisierte Theorie und bisher ist es auch nicht gelungen, sie konsistent und renormierbar zu quantisieren.

    Diese Aussagen sind nicht anschaulich zu verstehen, einen Einblick in die Probleme findet man mal wieder im Peskin Schroeder oder aber auch im Bich von Fliessbach: "Einführung in die ART" (vorallem beim Fliiessbach sollte mach schon sehr fit in Differentialgeometrie sein; also wesentlich mehr als wikipedia liefern kann; ich empfehle mindestens Grundvorlesungen bis zum Vordiplom oder äquivalente Literatur verstanden zu haben)

    Der Grundgedanke der ART beruht auf dem Äquivalenzprinzip:

    "In jedem beliebigen Graviationsfeld ist es möglich, ein [B]lokales B] Inertialsystem zu finden, so dass in einer hinreichend kleinem Umgebung um dieses System, die Gesetze der SRT gelten.

    Wir können also die Graviation daduch beschreiben, indem wir den Wechsel zwischen den lokalen IS beschreiben.

    Wenn wir nun an jedem Raum-Zeitpunkt ein lokales IS finden können, so finden wir an verschiedenen Raum-Zeit-Punkten verschiedene lokale IS, je nachdem, wie das lokale Graviationsfeld aussieht. Wenn wir nun diese lokalen IS zu einem kontinuierlichen Koordinatensystem zusammenfassen wollen, brauchen eine koordinatenabhängige Metrik, also einen "gekrümmten Raum".

    Dies hört sich einfach an, ist aber mathematisch sehr schwierig darzustellen.

    Damit ist für heute mal Schluss.

    Sollte es Fragen geben, bitte entweder hier posten und ich versuche sie anschaulich zu erklären (liegt daran, dass ich nicht weiss, wie man hier Formeln posten kann; also falls das jemand weiss mir bitte sagen, dann werden die Worte auch mit Herleitungen gefüllt) oder mir einfach eine PN mit Ihrer E-Mail Adresse schicken, dann versuche ich möglichts zeitnah ein pdf mit einer Herleitung zu schicken.
    Zuletzt geändert von von Rheinland; 15.04.2008, 23:10.

    Kommentar


      #92
      Zitat von Bernd Jaguste Beitrag anzeigen
      Demnach reicht das einmalige Gravitationspotential der Erde auch nicht aus, um den Mond kontinuierlich in seiner Bahn zu halten???? Ich lach mich krank. Du verhedderst Dich in Deinen Aussagen.
      Gravitation ist ein konservatives Kraftfeld, du kannst keine Energie daraus gewinnen. Du hast das Prinzip nicht verstanden.



      Zitat von Bernd Jaguste Beitrag anzeigen
      Es gibt mit hoher Wahrscheinlichkeit Dunkle Materie. Dies folgt aus den Bahnenbewegungen der Galaxien und was weiß ich noch alles. Dies kommt mir sehr entgegen. Was ich jedoch bezweifle ist die Aussage von Bynaus, dass die Rotationskurve und die Massenverteilung der Milchstraße genau bekannt ist. Hierzu habe ich weiter oben 2 Links gesetzt. Wenn man nicht einmal die Form und die genaue Masse der Milchstraße kennt, woher will man da wissen, wie groß der zu suchende Anteil der Dunklen Materie ist?

      Nachfolgend noch ein Auszug aus Wikipedia (Quelle: Milchstraße – Wikipedia ):
      "Die Erforschung der Struktur der Milchstraße ist schwieriger als die der Strukturen anderer Galaxien, da Beobachtungen nur von einem Punkt innerhalb der Scheibe gemacht werden können. Wegen der erwähnten Absorption sichtbaren Lichts durch interstellaren Staub ist es nicht möglich, durch visuelle Beobachtungen ein vollständiges Bild der Milchstraße zu erhalten. Große Fortschritte wurden erst gemacht, als Beobachtungen in anderen Wellenlängenbereichen, insbesondere im Radio- und im Infraroten möglich wurden. Dennoch sind viele Details im Aufbau der Milchstraße noch nicht bekannt.
      Das Milchstraßensystem ist eine vier- oder fünfarmige Balkenspiralgalaxie. Sie besteht aus etwa 100 bis 300 Milliarden Sonnen, also Sternen und großen Mengen interstellarer Materie, die nochmals 600 Millionen bis einige Milliarden Sonnenmassen ausmacht (Die Anzahl der Sterne unserer Galaxis kann auf Basis gewisser Berechnungen und Beobachtungen nur geschätzt werden, woraus sich der große Toleranzbereich der Zahl ergibt)."


      Viele Grüße sendet
      Bernd Jaguste
      Die Rotatiosnkurve der Milchstraße ist sehr genau bekannt, ich weiß das. Die Messung dieser Rotationskurve hat nichts mit der Struktur der Spirale zu tun, gemessen wird die Radialgeschwindigkeit der Sterne, die Form muss man nicht kennen.
      Deshalb ist es auch wurscht, wieviele Sterne man noch um Andromeda findet, sie ändern nichts an der einmal gemessenen Geschwindigkeit der Sterne, denn die wurde ja von jeher durch diese versteckten Halo-Sterne beeinflusst und somit ändern sie auch nichts an der Rotationskurve.
      Im Übrigend dürften diese Halo-Sterne nur einen sehr geringen Massebeitrag haben.
      Zuletzt geändert von Floore; 16.04.2008, 06:40.

      Kommentar


        #93
        Zitat von Bernd Jaguste Beitrag anzeigen
        ...
        Was ich jedoch bezweifle ist die Aussage von Bynaus, dass die Rotationskurve und die Massenverteilung der Milchstraße genau bekannt ist. Hierzu habe ich weiter oben 2 Links gesetzt. Wenn man nicht einmal die Form und die genaue Masse der Milchstraße kennt, woher will man da wissen, wie groß der zu suchende Anteil der Dunklen Materie ist?
        ...
        Ich kann nur bekräftigen, was Floore gesagt hat.

        Um die Rotationskurve der Milchstraße zu bestimmen, muss man ihre räumliche Struktur nicht kennen.
        Man bestimmt die Rotationskurve, indem man die Abstände der Sterne zur Erde misst. Der Abstand der Erde zum Zentrum der Milchstraße ist bekannt, so dass man schließlich die räumliche Verteilung der Sterne in unserer Galaxis erhält. Man misst dann die scheinbaren Geschwindigkeiten der Sterne am Himmel und erhält mit Kenntnis ihres Abstandes zur Erde ihre radialen Geschwindigkeiten in der Milchstraße.
        Mit dieser Methodik erhält man auch einen groben Überblick über die Struktur der Sterne in der Milchstraße.
        Zuletzt geändert von HiroP; 16.04.2008, 11:55.
        Ever danced with the devil in the pale moonlight?
        -- Thug --

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          #94
          Gravitation ist ein konservatives Kraftfeld, du kannst keine Energie daraus gewinnen. Du hast das Prinzip nicht verstanden.
          Leider fast richtig, die Gravitation Limes schwacher Felder ist konservativ und es existiert damit ein Potential.

          Die Energiedifferenz zweier Punkte im Feld ist damit nur nicht wegabhängig, sondern

          ∆E = ∆Phi = Phi (x2) - Phi(x1) mit
          Phi(x) = ∫FGrav(x) dx über einen beliebigen Weg.

          @Roationskurven:

          Man misst die Dinger halt, wie Floore gesagt hat.

          Diese Messdaten vergleicht man dann mit den Modellen der Mechanik und stellt fest, dass man mit der Massenverteilung der sichtbaren Materie nicht die Winkelgeschwindigkeitsverteilung nicht reproduzieren kann.

          Wie so eine Verteilung in ganz grober Näherung aussieht, kann man sich mit etwas mehr als solider Schulmathematik ausrechnen. Dazu nimmt man das Gravitationsgesetz (F = -k mM/r^2 oder Phi= km/r) und geht vernachlässigt dabei die WW der äusseren Massen im Vergleich zum Zentrum. Dies ist für die äusseren Sterne eine recht gute Näherung, die vor allem analytisch machbar ist.
          Aus diesem Potential berechnet man dann die Winkelgeschwindigkeit als Funktion des Radius und bekommt etwas raus wie: w~1/r

          Wer es genauer haben möchte sollte ein Computerprogramm schreiben und das auf einem Rechner mit Leistung gnadenlos durchrechnen (damit hat man dann auch gravitative WW der Sterne untereinander. (das kann je nach System dauern, liefert aber ungefähr das selbe Ergebnis).

          Nun rechnet man dieses System mit einem anderen Modell durch, in dem die Galaxie wesentlich massiver ist und breiter ausgedehnt ist und lasst passt diese neue Masse dem Experiment an.

          Da man diese zusätzliche Masse nicht sehen kann, darf sie nicht e.m. wechselwirken. Sie ist also dunkel.

          Ebenfalls ist dunkle Materie ein Sammelbegriff für verschiedene Sorten. Zu der dunklen Materie gehören folgende Kandidaten:
          • braune Zwerge (also Sterne, die nicht das Wasserstoffbrennen zünden konnten)
          • Neutrinos
          • schwarze Löcher
          • WIMPS


          Braune Zwerge (Braune Zwerge unterliegen zwar der e.m. Wechselwirkung, ihre Leuchtkraft ist aber so schwach, das sie trotzdem zu DM gezählt werden) und schwarze Löcher sind leider nicht zahlreich genug, um alles zu erklären.

          Die Neutrinos versagen aufgrund ihrer zu kleinen Masse bei der Erklärung der Clusterstrukturen.

          Wimps: ist halt der Rest, den wir nicht gefunden haben.
          Zuletzt geändert von von Rheinland; 16.04.2008, 18:08. Grund: kleiner Flüchtigkeitsfehler bei den WIMPs, da sollte natürlich ein nicht hin

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            #95
            Zitat von von Rheinland Beitrag anzeigen
            Leider fast richtig, die Gravitation Limes schwacher Felder ist konservativ und es existiert damit ein Potential.

            Die Energiedifferenz zweier Punkte im Feld ist damit nur nicht wegabhängig, sondern

            ∆E = ∆Phi = Phi (x2) - Phi(x1) mit
            Phi(x) = ∫FGrav(x) dx über einen beliebigen Weg.
            Und? Was willst du jetzt gerade sagen?
            Klar, wenn eine Masse herunter fällt, wird kinetische Energie frei, die ich u.U. anderweitig nutzen kann, aber setzt du oben die kinetische Energie ein, ist man ganz schnell beim Energieerhaltungssatz. Vielleicht hätte ich sagen sollen, man kann dem Gravitationsfeld keine Energie entziehen (klassisch).

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              #96
              Zitat von von Rheinland Beitrag anzeigen
              ...
              Wimps: ist halt der Rest, den wir gefunden haben.
              Nun ja, WIMPS sind eigentlich genau das, was wir suchen.

              Teilchen, die weder elektromagnetisch noch schwach wechselwirken, jener Teil der dunklen Materie, der sich nur durch seine Gravitation verrät...
              Ever danced with the devil in the pale moonlight?
              -- Thug --

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                #97
                Zitat von HiroP Beitrag anzeigen
                Teilchen, die weder elektromagnetisch noch schwach wechselwirken, jener Teil der dunklen Materie, der sich nur durch seine Gravitation verrät...
                Ich habe zuerst auch gestutzt, als Rheinland was von schwacher WW hinsichtlich DM geschrieben hat, aber das stimmt schon. Zumindest der derzeitige Favorit Neutralino sollte eigendlich schwach wechselwirken.

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                  #98
                  Zitat von Floore Beitrag anzeigen
                  ...
                  Zumindest der derzeitige Favorit Neutralino sollte eigendlich schwach wechselwirken.
                  Ich bin nur ein armer auf das Sonnensystem beschränkte Planetologe
                  Welcher Theorie entstammt das Neutralino nochmal?
                  Ever danced with the devil in the pale moonlight?
                  -- Thug --

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                    #99
                    Das Neutralino ist ein supersymmetrisches Teilchen.

                    Neutralinos unterliegen laut diesem Modell nur der schwachen WW und der Graviation.

                    Bisher gibt es keine experimentellen Hinweise, aber mal schauen was der LHC bringt.

                    Die Masse hat eine Untergrenze von m> 88.2 GeV/c² (Dissertation von Dr. Daniel Ruschmeier)
                    Zuletzt geändert von von Rheinland; 16.04.2008, 19:55. Grund: Untergrenze für die Masse hinzugefügt

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                      Zitat von HiroP Beitrag anzeigen
                      Ich bin nur ein armer auf das Sonnensystem beschränkte Planetologe
                      Welcher Theorie entstammt das Neutralino nochmal?
                      Genau, das Neutralino ist das Susy-Teilchen zum Neutrino. Nach Susy hat jedes Elementarteilchen einen supersymmetrischen Partner, dessen Spin um 1/2 erhöht ist. Also sollte jedes Fermion einen bosonischen Partner haben und umgekehrt.

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                        Mir ist noch etwas aufgefallen, was eine Erklärung für die Dunkle Materie erklären können muss:

                        Eine Galaxie frei von Dunkler Materie (englisch)

                        Ähnlich wie der Bullet-Cluster deutet auch diese Galaxie darauf hin, dass es sich bei der Dunklen Materie um ein Ding handeln muss, das unabhängig von der restlichen Materie existieren kann und an- oder abwesend sein kann.
                        Planeten.ch - Acht und mehr Planeten (neu wieder aktiv!)
                        Final-frontier.ch - Kommentare vom Rand des Universums

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                          Zitat von von Rheinland Beitrag anzeigen
                          Ich habe mir den Thread mal etwas durchgelesen und hier leider viele "Halbwahrheiten" gefunden, die man leicht bekommt, wenn man nur populärwissenschaftliche Literatur zu diesen Themen liest.

                          Desweiteren sind viele Konzepte (z.B Austauschbosonen, Raumkrümmung, Renormierung, Antiteilchen, "Teilchen negativer Energie", Hawking Strahlung, etc) wesentlich komplizierter, als das man sie mit Anschauung erklären könnte.

                          Fangen wir einfach mal mit der Antimaterie an:




                          leider fast richtig, aber nur fast. Zu jeder Wechselwirkung (ab jetzt WW), die durch eine Quantenfeldtheorie, also die Elektrodynamik, die durch die Quantenelektrodynamik, die schwache WW und die starke Wechselwirkung, die durch die Quantenchromodynamik (noch nicht 100%tig, aber fast) haben erhaltene Ladungen. Diese Ladungen beruhen auf Symmetrien der der Theorie zugrunde liegenden Lagrange-Dichte (das ist ein Funktional, aus dem sich mittels der Euler-Lagrange-Gleichung die Bewegungsgleichungen für die Felder/Teilchen der Theorie ableiten lassen).

                          Die konventionelle Antimaterie beruht auf der e.m. WW.
                          Die Lagrange-Dichte ist invariant unter einer U(1) Transformation (z.B. sind dies die Abbildungen z-> Exp[i a] z, mit einem Parameter a, z: eine beliebige komplexe Zahl)
                          Aufgrund dieser Transformation ist die elektrische Ladung erhalten und wir können nicht zwischen der WW zweier positiv und zweier negativ geladener Teilchen unterscheiden, solange die Ladung nur gleich groß ist (z.B. die WW zweier Elektronen ist nicht von der zweier Positronen zu unterscheiden)

                          Aus der Struktur der QED (eine genaue Herleitung findet man z.B. im Buch von Peskin und Schroeder "An Introduction to Quantumfield Theorie") auch Prozesse ableiten, wie Elektron und Positron gehen in ein Photon über. Dies nennt man Annihilation. Analog kann man einen Prozess ableiten, in dem ein Photon in ein Elektron und ein Positron übergeht.

                          Nun kann man sich analog auch zu den anderen beiden Welchselwirkungen dieselbe Betrachtung machen und bekommt z.B in der QCD drei Ladungen und drei entsprechende Antiladungen heraus (die Farbladungen), aber auf einen weitere Erklärung möchte ich hier verzichten und verweise auf Spezialliteratur.


                          Nun zu den Teilchen negativer Energie:

                          Die Teilchen negativer Energie sind mögliche Lösungen der Dirac- oder der Klein-Gordon Gleichung. Diese beiden Gleichungen waren die ersten Versuche, eine relativistische Verallgemeinerung der Quantenmechanik zu formulieren. Die Lösung dieser Gleichungen beinhalten allerdings Lösungen mit negativer Energie hervor, die man als Antiteilchen interpretieren musste.
                          Dieses Problem wurde konsistent mittels QFT gelöst.

                          So nun kommen wir als letzten großen Punkt der QFT, die "Vakuumsfluktuationen:

                          Es gibt eine Nullpunktsenergie in allen, die mir bekannt sind (skalare Klein Gordon, Dirac Theorie, QED-Loop-Prozesse, QCD-Loop-Prozesse divergiert, also geht gegen unendlich geht. Dies war ein Problem der frühen QED, als man die sog. Loop-Feyman-Diagramme gerechnet hat. Daraus entwickelte sich der Formalismus der Renormierung. Dieses Problem ist nicht einfach zu verstehen, er ist sogar sehr schwer zu verstehen, da es nicht anschaulich ist. Inzwischen ist das Problem durch die Renormierung gelöst, die nun eine Grundlage aller QFT ist (d.h. jede QFT muss renormierbar sein)

                          Nun verlassen wir die Quantentheorie und betrachten ein paar grundlegende Klassifikationen von Materie:



                          ist richtig. Als normale Materie bezeichnen wir Physiker alle Materie, die durch alle vier WW wechselwirkt (vorallem e.m. wir können sie also sehen).



                          Hier ist leider nur der erste Teil richtig. Seltsame Materie oder "Strange Matter" (hier als Eigenname zu verstehen, wie also Fritz, Hans, etc) sind auch Hadronen, die halt aus einem oder mehreren S-Quarks bestehen.
                          Die Herstellung solcher Teilchen ist quasi "buiseness as usual" in HEP- Experimenten. Desweiteren gibt es Modelle mit S-Quarks für Neutronensterne (die aber nur als Appetitanreger für Spezialliteratur oder sich einfach mal in eine Vorlesung für Nukleare Astrophysik an der Uni reinsetzen und geniessen
                          )

                          Entartete Materie:

                          Diese Materie besteht aus Fermionen ist bezeichnend für Materie, die die Zustände bis zur Fermikante ausfüllt. (wg Pauli Prinzip). Diese Materie ist schwer zu erklären und noch schwerer vorzustellen, daher bitte ein gutes Buch über statistische Physik zu rate zu ziehen oder PN mit E-Mail Adresse an mich, dann schicke ich ein PDF mit einer Rechung zurück, in der es hoffentlich klarer wird. Wir Physiker haben für die Art von Argumenation eine inoffiziellen Namen: HMr-Methode (Halts Maul und rechne- Methode [bitte nicht, also auf keinen Fall persönlich nehmen])



                          siehe Antimaterie



                          wieder leider auch nur fast richtig.
                          Bisher betrachten wir "Dunkle Materie" oder "Dark Matter" als Materie, die nur graviativ und schwach wechselwirkt.



                          Wenn es sie gibt, wäre das toll, aber bisher hat sie noch keiner in einem Experiment gesehen.

                          Es gibt in der QFT allerdings eine WW, die sogenannte Phi^4 Theorie, die tatsächlich einen negativen Parameter m² hat. Diese Theorie ist allerdings keine fundamentale Feldtheorie sondern nur eine effektive (ist im Peskin Schroeder relativ gut erklärt)



                          fast richtig, sie ist einfach Materie, die man immer mal wieder postuliert, wenn ein Experiment nicht zur aktuellen Theorie passt.

                          Wie sagt man so schön: "Irgendwann finden wir (also die Experimentalphysiker) sie alle!"


                          Nun als Abschluss: Die Grundgedanken, die zu einer Beschreibung der Gravitation durch die ART geführt hat:

                          Nun bitte alle quantentheoretischen Phänomene vergessen. Die ART, die wir verwenden ist eine nicht quantisierte Theorie und bisher ist es auch nicht gelungen, sie konsistent und renormierbar zu quantisieren.

                          Diese Aussagen sind nicht anschaulich zu verstehen, einen Einblick in die Probleme findet man mal wieder im Peskin Schroeder oder aber auch im Bich von Fliessbach: "Einführung in die ART" (vorallem beim Fliiessbach sollte mach schon sehr fit in Differentialgeometrie sein; also wesentlich mehr als wikipedia liefern kann; ich empfehle mindestens Grundvorlesungen bis zum Vordiplom oder äquivalente Literatur verstanden zu haben)

                          Der Grundgedanke der ART beruht auf dem Äquivalenzprinzip:

                          "In jedem beliebigen Graviationsfeld ist es möglich, ein [B]lokales B] Inertialsystem zu finden, so dass in einer hinreichend kleinem Umgebung um dieses System, die Gesetze der SRT gelten.

                          Wir können also die Graviation daduch beschreiben, indem wir den Wechsel zwischen den lokalen IS beschreiben.

                          Wenn wir nun an jedem Raum-Zeitpunkt ein lokales IS finden können, so finden wir an verschiedenen Raum-Zeit-Punkten verschiedene lokale IS, je nachdem, wie das lokale Graviationsfeld aussieht. Wenn wir nun diese lokalen IS zu einem kontinuierlichen Koordinatensystem zusammenfassen wollen, brauchen eine koordinatenabhängige Metrik, also einen "gekrümmten Raum".

                          Dies hört sich einfach an, ist aber mathematisch sehr schwierig darzustellen.

                          Damit ist für heute mal Schluss.

                          Sollte es Fragen geben, bitte entweder hier posten und ich versuche sie anschaulich zu erklären (liegt daran, dass ich nicht weiss, wie man hier Formeln posten kann; also falls das jemand weiss mir bitte sagen, dann werden die Worte auch mit Herleitungen gefüllt) oder mir einfach eine PN mit Ihrer E-Mail Adresse schicken, dann versuche ich möglichts zeitnah ein pdf mit einer Herleitung zu schicken.
                          Ich habe versucht diese Materieformen mit meinen eigenen Worten zu erklären. Ich wollte nur eine Liste zusammenstellen, welche "Materiebegriffe" in der Physik existieren und wie man sie sich als 0815-Mensch mit physikalischer Grundbildung am einfachsten vorstellen kann.

                          Da ich leider keien große Ahnung von höherer Mathematik habe, auch da ich mittlerweile aus der Übung bin, kann ich es natürlich nicht wirklich korrekt erklären.
                          Die meisten Dinge in der modernen Physik sind eh nur noch mathematische Konstrukte, die als Lösungen irgendwelcher Gleichungen auftauchen und in der Praxis keine größere Bedeutung haben.
                          Auch kann man sie sich im Regelfall nicht mehr bildlich oder als Modell vorstellen bzw darstellen, warum sie 99,9% aller Menschen unzugänglich sind.

                          Daher lieber den Menschen "Halbwahrheiten" erklären, als defintiv falsche Überlegungen weiterzuverbreiten

                          Irgendwie hab ich das Gefühl ich hätte doch lieber Physik als Studienfach nehmen sollten, ich komm leider nicht mehr in allen Punkten dieses Threads hinterher, dabei hab ich früher immer 1,0 in der Schule in Physik gehabt
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                          Even logic must give way to physics. / Sogar die Logik muss sich der Physik beugen. -- Captain Spock, 2293

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                            Das Problem ist halt, auch, dass man bei den meisten Konzepten leider nicht mehr mit Anschauung argumentieren kann, denn die "Anschauung" kommt leider erst durch die Interpretation der mathematischen Strukturen und deer entsprechenden experimentellen Daten.

                            Als Beispiel:
                            Die newtonsche Gravitationstheorie nicht falsch und sie ist durch Anschauung zu verstehen, sie gilt nur nicht im Falle starker Felder.

                            Nehmen wir als Experiment den berühmten "Newtonschen-Apfel"

                            Mit Schulmathematik lässt sich die Gleichung m d²x/dt² x - m g = 0 integrieren.
                            Die Lösung ist x(t) = -g/2 t² - v0 t + s0
                            mit den entsprechenden Anfangsbedingungen ( s0 = h: Höhe des Baumes,
                            v0 = 0: Der Apfel soll sich in Ruhe befinden)
                            x(t) = -g/2 t² + h

                            Nun kann man diese Bahnkurve auch messen, indem ich den "Apfel" aus einer bestimmten höhe fallen lasse und immer die Zeiten messe, bis er auf dem Boden aufschlägt und dies mit der Theorie vergleichen.

                            Die entsprechenden Rechnungen in der ART sind wesentlich schwiereger und länger (Christoffelsymbole bestimmen und dann die freie Bahnkurve bestimmen. Leider sind die Korrekturen zur Newtonschen Gleichung unmessbar klein.

                            Nun wollen auch ein messbares Ergebniss erhalten:
                            Dazu müssen wir die Bahnkurve eines Lichteikonals von einem Fixstern in direkter Nähe zur Sonne berechnen. Dann warten wir auf die nächste Sonnenfinsternis und vergleichen die Rechung mit den experimentellen Daten.

                            Die meisten Dinge in der modernen Physik sind eh nur noch mathematische Konstrukte, die als Lösungen irgendwelcher Gleichungen auftauchen und in der Praxis keine größere Bedeutung haben.
                            Fasst das Problem leider sehr gut zusammen, denn sowohl in der ART, als auch in quantisierten Theorien gibt es keine Anschauung mehr, aber sie können berechnet und gemessen werden (z.B. der abstrakte Begriff des q.m Spins: anschaulich nicht zu erklären, aber hat z.B.in der Medizin eine sehr große Anwendung)

                            Zusammenfassen halte ich es für sinnvoller, lieber zu sagen, den Effekt xy kann man mit Anschauung nicht erklären als, der Effekt xy ist duch z zu erkären (wobei in z leider die wichtigen Details nicht erwähnt werden und man die Dinge daher vollkommen falsch versteht)

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                              Zitat von von Rheinland Beitrag anzeigen
                              Fasst das Problem leider sehr gut zusammen, denn sowohl in der ART, als auch in quantisierten Theorien gibt es keine Anschauung mehr, aber sie können berechnet und gemessen werden (z.B. der abstrakte Begriff des q.m Spins: anschaulich nicht zu erklären, aber hat z.B.in der Medizin eine sehr große Anwendung)

                              Zusammenfassen halte ich es für sinnvoller, lieber zu sagen, den Effekt xy kann man mit Anschauung nicht erklären als, der Effekt xy ist duch z zu erkären (wobei in z leider die wichtigen Details nicht erwähnt werden und man die Dinge daher vollkommen falsch versteht)
                              Das sehe ich anders.
                              Was zum Verständnis hilft, sollte auch eingesetzt werden. Es ist sehr nett, das du dir die Mühe gemacht hast, die formalen Gesichtspunkte aufzuzählen, aber damit ist den meisten Leuten überhaupt nicht geholfen.

                              Es ist wichtig, sich den Sinn hinter den ganzen Formeln klar zu machen, zu wissen, diese Formel bedeutet genau dieses und jenes. Das ist die Physik, nicht die paar kryptischen Symbole auf dem Papier. Ich glaube dies macht einen richtig guten Wissenschaftler aus, ein guter Dozent kann es dann auch noch relativ einfach erklären. Analogien sind meiner Meinung nach ein zulässiges Mittel um sich Sachverhalte klar zu machen, man darf eben nur nicht vergessen oder muss ausdrücklich darauf hinweisen, dass es Analogien sind.

                              Nicht zuletzt haben Wissenschaflter ihren Ruf von im Elfenbeinturm sitzenden Geleehrten von Erklärungen wie diesen weg: Das kann man eh erst verstehen, wenn man so und so lange studiert hat.
                              Das stimmt ja sicherlich auch und eine anschauliche Erklärung kann das Wissen um den theoretischen Aufbau dahinter nicht ersetzten, aber sie kann Lust darauf machen, sich mit dem Thema eingehender zu beschäftigen.
                              Natürlich sind allgemein verständliche Erklärungen stark vereinfacht, aber was ist schlimm daran?

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                                Zitat von Floore Beitrag anzeigen
                                Es ist wichtig, sich den Sinn hinter den ganzen Formeln klar zu machen, zu wissen, diese Formel bedeutet genau dieses und jenes. Das ist die Physik, nicht die paar kryptischen Symbole auf dem Papier. Ich glaube dies macht einen richtig guten Wissenschaftler aus, ein guter Dozent kann es dann auch noch relativ einfach erklären. Analogien sind meiner Meinung nach ein zulässiges Mittel um sich Sachverhalte klar zu machen, man darf eben nur nicht vergessen oder muss ausdrücklich darauf hinweisen, dass es Analogien sind.

                                Nicht zuletzt haben Wissenschaflter ihren Ruf von im Elfenbeinturm sitzenden Geleehrten von Erklärungen wie diesen weg: Das kann man eh erst verstehen, wenn man so und so lange studiert hat.
                                Das stimmt ja sicherlich auch und eine anschauliche Erklärung kann das Wissen um den theoretischen Aufbau dahinter nicht ersetzten, aber sie kann Lust darauf machen, sich mit dem Thema eingehender zu beschäftigen.
                                Natürlich sind allgemein verständliche Erklärungen stark vereinfacht, aber was ist schlimm daran?
                                Das ist meiner Meinung nach einer der größten Unterschiede zwischen amerikanischen und deutschen Wissenschaftlern. Für erstere gehört es zum guten Ton, gelegentlich ihre Forschungsergebnisse allgemeinverständlich in Buchform zu veröffentlichen. In Deutschland ist sowas unter Wissenschaftlern eher verpönt, was geht's denn den Pöbel auch an, was an vorderster Front der Wissenschaft passiert?

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