Einige Klarstellungen in Sachen Physik [Diskussion]

[Halman]

das wird wohl auch so ein, immerhin geht die Energiedichte in den Energie-Impuls-Tensor ein.

Mein Verständisproblem liegt einfach daran, dass ich den Begriff Tensor nicht erklären kann. Das einzige, was ich glaube zu wissen, ist, dass er etwas mit Vektoren zu tun hat.
Hat es etwas damit zu tun, dass Energie in einer bestimmten Richtung wirkt, also einen Vektor hat?

das ist auch nicht ganz falsch. Das Gravitationsfeld koppelt an sich selbst, ist quasi seine eigene Quelle. Diese Eigenschaft findet man auch bei der starken und schwachen nuklearen Wechselwirkung, der Elektromagnetismus ist hier die einzige Ausnahme.

In den Feynman-Diagrammen zur Quantengravitation ist es tatsächlich so, dass Gravitonen selbst wieder Gravitonen aussenden, also Gravitonen-Loops auftreten. Das ist ein wesentlicher Beitrag zu den Schwierigkeiten beim Quantisieren der Gravitation. In der linearisierten Theorie, in der man die Selbstwechselwirkung des Gravitationsfeldes vernachlässigt, geht die Quantisierung weitaus unproblematischer.

Das ist ja hoch interessant. Wenn ich es richtig verstehe gibt es hierzu verschiedene Meinungen.

[Agent Scullie]

Da haben wir uns leicht missverstanden, vermutlich, weil ich mich unklar ausgedrückt habe.
Wenn ich an masslose Energie denke, fallen mir zunächst ganz alltägiche Dinge ein, wie Licht oder Magnetfelder, und die sind ja für gewöhnlich bei weitem nicht so konzentriert wie die Energie von Materie. Das aber auch masselose Energie höher konzentriert sein kann, leuchtet mir natürlich ein.
In dem Forum "Hat Energie Gravitation?" geht man offenbar davon aus, dass eine solche hochkonzentrierte Energie auch entsprechend hohe Gravitation hätte.

das wird wohl auch so ein, immerhin geht die Energiedichte in den Energie-Impuls-Tensor ein.

Dies ist ein Beispiel dafür, wie ein Denkfehler meinerseits zu falschen Schlussfolgerungen führt. Danke, für die gute Erklärung. Jetzt erinnere ich mich auch, das Hawking von virtuellen Teilchen sprach. Sein Buch "Eine kurze Geschichte der Zeit" habe ich sicher an mehreren Stellen missverstanden.

so wie Hawking das mit den virtuellen Teilchen darstellt, ist das auch reichlich daneben. Er motiviert ja dazu, sich diese als umherfliegende Teilchen vorzustellen, lediglich mit dem Zusatz, dass sie in einem Teilchendetektor nicht nachweisbar seien.

Im Unterforum "Hat Energie Gravitation" habe ich aber den Eindruck, dass Gravitonen als reale Teilchen beschrieben werden, die sogar wiederrum schwächere Gravitionen erzeugten könnten.

das ist auch nicht ganz falsch. Das Gravitationsfeld koppelt an sich selbst, ist quasi seine eigene Quelle. Diese Eigenschaft findet man auch bei der starken und schwachen nuklearen Wechselwirkung, der Elektromagnetismus ist hier die einzige Ausnahme.

In den Feynman-Diagrammen zur Quantengravitation ist es tatsächlich so, dass Gravitonen selbst wieder Gravitonen aussenden, also Gravitonen-Loops auftreten. Das ist ein wesentlicher Beitrag zu den Schwierigkeiten beim Quantisieren der Gravitation. In der linearisierten Theorie, in der man die Selbstwechselwirkung des Gravitationsfeldes vernachlässigt, geht die Quantisierung weitaus unproblematischer.

[Halman]

ich habe nicht erklärt, dass Energie Gravitation erzeugt. Gravitation erzeugen tut der Energie-Impuls-Tensor.

Sorry, weil ich in drei wissenschaftlichen Unterforen zeitgleich geschaut habe, bin ich da wohl etwas durcheindander gekommen.
Aber Du hast natürlich recht, Präszition ist in der Naturwissenschaft eine Grundvorraussetzung. Andernfalls könnte ein zunächst kleiner Denkfehler, eine kleine Ungenauigkeit beispielsweise, am Ende zu völlig unsinnigen Überlegungen führen. Danke für die Korrektur.

diese Sichtweise ist definitiv falsch. Wie konzentriert Energie ist, hängt von der Energiedichte ab. Die Energiedichte von Strahlung kann weitaus höher sein als die von Materie, Energie kann somit sehr stark konzentriert sein, ohne dadurch zu Masse zu werden.

Da haben wir uns leicht missverstanden, vermutlich, weil ich mich unklar ausgedrückt habe.
Wenn ich an masslose Energie denke, fallen mir zunächst ganz alltägiche Dinge ein, wie Licht oder Magnetfelder, und die sind ja für gewöhnlich bei weitem nicht so konzentriert wie die Energie von Materie. Das aber auch masselose Energie höher konzentriert sein kann, leuchtet mir natürlich ein.
In dem Forum "Hat Energie Gravitation?" geht man offenbar davon aus, dass eine solche hochkonzentrierte Energie auch entsprechend hohe Gravitation hätte.

in der Quantengravitation wird Gravitation nicht durch Gravitonen erklärt. Generell wird in der Quantenfeldtheorie die Vermittlung einer Wechselwirkung durch ein Feld nicht durch Teilchen erklärt.

Vielmehr ist es so, dass man sich in der QFT, um Wechselwirkungsprozesse zu behandeln, des Näherungsverfahrens der Störungsrechnung bedient. Dabei konzentriert man sich darauf, Übergangswahrscheinlichkeiten von Anfangs- in Enzustände zu berechnen, die Details des dazwischen liegenden Prozesses lässt man außer acht. Berechnet werden die Übergangswahrscheinlichkeiten dann aus der sogenannten S-Matrix, die man, unter Verwendung von einigen Rechentricks, durch Erzeuge- und Vernichteoperatoren für Teilchen ausdrücken kann. Darauf gründet sich dann die Sprechweise, die Wechselwirkung werde durch den Austausch von Teilchen vermittelt.

Keinesfalls aber darf man diese Sprechweise bildlich deuten oder gar annehmen, Wechselwirkungen würden durch Teilchenaustausch erklärt. Der "Teilchenaustausch" basiert auf einem Rechentrick, der dazu dient, Rechnungen zu vereinfachen.

Qualitativ erklärt wird die Wechselwirkung ganz so wie in der klassischen Physik: bei nichtgravitativen Feldern durch die Wirkung des kräftetragenden Feldes auf die an das Feld koppelnden Teilchen (beim EM-Feld z.B. elektrisch geladene Teilchen), beim Gravitationsfeld durch die Krümmung der Raumzeit. Gravitonen, die man sich auch bildlich als Gravitonen vorstellen darf, gibt es in der Quantengravitation nur als Gravitationswellen, genauso wie Photonen als EM-Wellen auftreten, aber nicht als Vermittler der Coulomb-Wechselwirkung.

Dies ist ein Beispiel dafür, wie ein Denkfehler meinerseits zu falschen Schlussfolgerungen führt. Danke, für die gute Erklärung. Jetzt erinnere ich mich auch, das Hawking von virtuellen Teilchen sprach. Sein Buch "Eine kurze Geschichte der Zeit" habe ich sicher an mehreren Stellen missverstanden. Ehrlich, sobalt es mit der Unschärferelation losging, kam ich nicht mehr mit.

Im Unterforum "Hat Energie Gravitation" habe ich aber den Eindruck, dass Gravitonen als reale Teilchen beschrieben werden, die sogar wiederrum schwächere Gravitionen erzeugten könnten. So verstehe ich jedenfalls den Beitrag 52 auf Seite 3 von FirstBorg:

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/48206-hat-energie-gravitation-3.html

Aber da bin ich doch sehr sehr skeptisch ... (Jedenfalls kenne ich kein Teilchen, dass eine schwächere Ausgabe seiner Selbst emitiert.)

[Agent Scullie]

Gerade habe ich in dem Unterforum "Hat Energie Gravitation?", wo recht klar erklärt wurde, dass nicht Masse speziell, sondern Energie Gravitation erzeugt (ganz so, wie Du es auch erklärt hast! ).

ich habe nicht erklärt, dass Energie Gravitation erzeugt. Gravitation erzeugen tut der Energie-Impuls-Tensor.

Masse ist eben sehr konzentrierte Energie und daher ist die Krümmung der Raumzeit hier auch viel stärker.

diese Sichtweise ist definitiv falsch. Wie konzentriert Energie ist, hängt von der Energiedichte ab. Die Energiedichte von Strahlung kann weitaus höher sein als die von Materie, Energie kann somit sehr stark konzentriert sein, ohne dadurch zu Masse zu werden.

Das bringt mich aber zu der Frage, wieso Bewegungsenergie keine Gravitation erzeugt, so wie es das Magnetfeld eines Neutronensterns beispielsweise macht. Sicher ganz verschiedene Dinge, aber doch beides Energie.

um das Gravitationsfeld eines bewegten Körpers zu bestimmen, musst du seinen Energie-Impuls-Tensor von dessen Ruhsystem ins bewegte System transformieren.

Dort ist auch von Gravitonen die Rede. Der Versuch Gravitation zu quantisieren, indem man sie durch Gravitonen erklärt, klingt ja wieder sehr nach einer Kraft, die von Teilchen übertragen wird.

in der Quantengravitation wird Gravitation nicht durch Gravitonen erklärt. Generell wird in der Quantenfeldtheorie die Vermittlung einer Wechselwirkung durch ein Feld nicht durch Teilchen erklärt.

Vielmehr ist es so, dass man sich in der QFT, um Wechselwirkungsprozesse zu behandeln, des Näherungsverfahrens der Störungsrechnung bedient. Dabei konzentriert man sich darauf, Übergangswahrscheinlichkeiten von Anfangs- in Enzustände zu berechnen, die Details des dazwischen liegenden Prozesses lässt man außer acht. Berechnet werden die Übergangswahrscheinlichkeiten dann aus der sogenannten S-Matrix, die man, unter Verwendung von einigen Rechentricks, durch Erzeuge- und Vernichteoperatoren für Teilchen ausdrücken kann. Darauf gründet sich dann die Sprechweise, die Wechselwirkung werde durch den Austausch von Teilchen vermittelt.

Keinesfalls aber darf man diese Sprechweise bildlich deuten oder gar annehmen, Wechselwirkungen würden durch Teilchenaustausch erklärt. Der "Teilchenaustausch" basiert auf einem Rechentrick, der dazu dient, Rechnungen zu vereinfachen.

Qualitativ erklärt wird die Wechselwirkung ganz so wie in der klassischen Physik: bei nichtgravitativen Feldern durch die Wirkung des kräftetragenden Feldes auf die an das Feld koppelnden Teilchen (beim EM-Feld z.B. elektrisch geladene Teilchen), beim Gravitationsfeld durch die Krümmung der Raumzeit. Gravitonen, die man sich auch bildlich als Gravitonen vorstellen darf, gibt es in der Quantengravitation nur als Gravitationswellen, genauso wie Photonen als EM-Wellen auftreten, aber nicht als Vermittler der Coulomb-Wechselwirkung.

[Halman]

das kannst du getrost vergessen. Da wurde außer acht gelassen, dass das Gravitationsfeld eines schnell bewegten Körpers nicht nur von dessen retardierter Position, sondern auch von der retardierten Geschwindigkeit abhängt, und beides so zusammenwirkt, dass das Feld eines gleichförmig bewegten Körpers keine Retardierung aufweist.

Das habe ich mir schon gedacht. Hier habe ich übrigens den Link gefunden, wo behautpet wird, das Gravitation schneller als Licht ist, sogar 20 Milliarden mal schneller.

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/4858-schneller-licht-geht.htm

Gerade habe ich in dem Unterforum "Hat Energie Gravitation?", wo recht klar erklärt wurde, dass nicht Masse speziell, sondern Energie Gravitation erzeugt (ganz so, wie Du es auch erklärt hast! ).
Masse ist eben sehr konzentrierte Energie und daher ist die Krümmung der Raumzeit hier auch viel stärker. Der Begriff "Massenanziehungskraft" hat mich verwirrt. Dabei ist sie weder ausschließlich von Masse abhängig, noch eine Kraft im engeren Sinne.

Das bringt mich aber zu der Frage, wieso Bewegungsenergie keine Gravitation erzeugt, so wie es das Magnetfeld eines Neutronensterns beispielsweise macht. Sicher ganz verschiedene Dinge, aber doch beides Energie.
Hier ist der Link zum Unterforum:

http://www.scifi-forum.de/off-topic/off-topic-allgemein/technik-wissenschaft/48206-hat-energie-gravitation.htm

Dort ist auch von Gravitonen die Rede. Der Versuch Gravitation zu quantisieren, indem man sie durch Gravitonen erklärt, klingt ja wieder sehr nach einer Kraft, die von Teilchen übertragen wird. Aber steht dies nicht im Widerspruch zum Modell der ART?

[Agent Scullie]

Nun, so wie ich die GUT-Theorie verstanden habe, ging man davon aus, dass sich nur aus einem Milliarstel der Gammastrahlung des frühen Universums die heutige Materie gebildet hat, der gesamte andere Rest steckt demnach in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung des Alls.

ja, von der Teilchenzahl her, aber nicht von der Energie her. Es gibt eine Milliarde mal mehr Photonen der Hintergrundstrahlung als es Materieteilchen gibt, das heißt aber nicht, dass die Hintergrundstrahlung auch eine Milliarde mal mehr Energie hätte. Bei der Expansion nimmt die Energiedichte der Strahlung schneller aber als die der Materie, mit r^-4 statt nur r^-3, wobei r der Skalenfaktor ist, deswegen ging die anfängliche energetische Dominanz der Strahlung in eine Dominanz der Materie über, so dass die Hintergrundstrahlung heute viel weniger Energie hat als zu der Zeit, als sich das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie einstellte.

Irgendwo gibt es hier sogar einen Thread, wo angeblich bewiesen wird, dass Gravitation sich mit milliardenfacher Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Sowas verwirrt mich schon.

das kannst du getrost vergessen. Da wurde außer acht gelassen, dass das Gravitationsfeld eines schnell bewegten Körpers nicht nur von dessen retardierter Position, sondern auch von der retardierten Geschwindigkeit abhängt, und beides so zusammenwirkt, dass das Feld eines gleichförmig bewegten Körpers keine Retardierung aufweist.

[Halman]

Nun, so wie ich die GUT-Theorie verstanden habe, ging man davon aus, dass sich nur aus einem Milliarstel der Gammastrahlung des frühen Universums die heutige Materie gebildet hat, der gesamte andere Rest steckt demnach in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung des Alls.
Wenn die meiste Energie aber in der Materie steckt und nicht in der Strahlung, bedeutet dass nicht, dass die Strahlungsenergie milliarden mal schwächer ist im Vergleich zur Energie, die in der Materie steckt (was vermutlich die dunkle Materie einschließt), als in der GUT-Theorie zugrunde gelegt wurde?

Den Gedanken mit der dunklen Energie habe ich nur angeführt, weil ich denke, dass man eher sagen kann, dass diese das Universum dominiert. Dies habe ich aber zugegenermaßen mehr oder weniger lediglich aufgeschnappt.

Wenn man keine Physik studiert hat, ist es sehr schwer sich in dieser anspruchsvollen Materie zurechtzufinden, jedenfalls geht es mir so. Ich hatte sogar schon ernsthaft überlegt, ob ich das aufgeben sollte, mich damit weiter zu beschäftigen, aber ich bin einfach zu neugierig.
Irgendwo gibt es hier sogar einen Thread, wo angeblich bewiesen wird, dass Gravitation sich mit milliardenfacher Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Sowas verwirrt mich schon.
Klar gibt es eine Menge Websides mit Informationen über ART und Quantenmechanik, aber diese wurden wohl nicht für Menschen mit meinen Bildungsstand geschrieben.
Die Beiträge von Prof. Harald Lesch (früher im Nacht-TV auf Bauern 3) konnte ich noch verstehen.

Scheint so, als wäre unsere Diskussion für Mitglieder, wie Bynaus, zu langweilig - was sich sehr schade finde, da ich gerade ihn sehr schätze. Natürlich ist es toll, mit Dir über Physik zu diskutieren, auch wenn ich Dir bestenfalls wie ein interessierter Schüler erscheinen kann, dem sogar die Grundlagen teilweise fehlen. Aber irgendwie habe ich den Eindruck, als wenn sich außer Dir dafür keiner wirklich interessiert.
Es ist schon verrückt - hier im Forum bin ich die wissenschaftliche Niete (vielleicht etwas übertrieben ausgedrückt) und in meinem sozialen Umfeld gelte ich fast als Wissenschaftsfreak. Mit ist es schon passiert, als ich etwas physikalischen angerissen hatte, dass die Antwort lautete: "Lass mal, ich habe keine Ahnung von Chemie."

[Agent Scullie]

Das würde ja bedeuten, dass sich die Wissenschaftler seinerzeit um den Fakor eine Milliarde vertan haben, oder?

wieso?

Sicher, zur sichtbaren Materie kommt ja noch die dunkle Materie. Aber soweit ich weiß, soll die meiste Energie des Universums in der dunklen Energie stecken, etwa 70%, wenn ich recht informiert bin.

ja und?

[Halman]

dann wäre das Universum strahlungsdominiert, was es aber nur in seiner Frühphase war. Es ist schon lange materiedominiert, d.h. die meiste Energie steckt in der Materie, nicht in der Strahlung.

Das würde ja bedeuten, dass sich die Wissenschaftler seinerzeit um den Fakor eine Milliarde vertan haben, oder?

Sicher, zur sichtbaren Materie kommt ja noch die dunkle Materie. Aber soweit ich weiß, soll die meiste Energie des Universums in der dunklen Energie stecken, etwa 70%, wenn ich recht informiert bin.

[Agent Scullie]

So, wie ich den TV-Beitrag über die GUT-Theorie damals verstanden hatte, beinhaltet die kosmische Hintergrundstrahlung fast die gesamt Energie des Universums.

dann wäre das Universum strahlungsdominiert, was es aber nur in seiner Frühphase war. Es ist schon lange materiedominiert, d.h. die meiste Energie steckt in der Materie, nicht in der Strahlung.

Die Materie ist sozusagen aus den "überschüssigen" Anteil von Protonen und Elektronen entstanden, also die Abweichung von 1 zu einer Milliarde bei 10^25 K, oder?

laut der SU(5)-Theorie geht der Materieüberschuss auf Prozesse im frühen Universum, als die Temperatur bei 10^25 K oder höher lag (die ersten 10^-32 Sekunden), zurück, ja. Wesentlich war dabei das Verhalten der von der Theorie vorhersagten X-Bosonen (die extrem hohe Massen im Bereich von 10^15 GeV haben, zum Vergleich: die Masse eine Protons ist etwa 0,94 GeV), deren Antiteilchen anders zerfielen als die Teilchen.

Soweit ich weiß, wurden in der GUT-Theorie drei der vier Grundkräfte zusammengefasst (nur die Gravitation bleibt außenvor).

ganz recht.

[Halman]

kommt darauf an, welche Quanten. Elektronen zählen auch zu den Quanten. Nur halt keine des EM-Feldes, wie Photonen. In der Quantenfeldtheorie gehört zu jeder Teilchensorte ein Feld, von dem die Teilchen Quanten sind. Photonen sind Quanten des EM-Feldes, Elektronen Quanten eines Elektronenfeldes (auch Dirac-Feld genannt), usw.

Danke für die Berichtigung.

da müsste aus Gründen der Ladungserhaltung aber schon gleich noch ein Proton mit entstehen. Die SU(5)-GUT gilt aber heutzutage als überholt, weil der von ihr vorhergesagte Protonenzerfall nicht beobachtet werden konnte. Außerdem treten in der GUT Baryogenese-Vorgänge, bei denen also nicht gleich viel Materie und Antimaterie produziert wird, erst bei hohen Temperaturen im Bereich von 10^25 K auf. Bei tieferen Temperaturen sind sie stark unterdrückt, deswegen wäre die Wahrscheinlichkeit weitaus geringer als 1 zu eine Milliarde.

Langsam habe ich den Eindruck, dass mein gesamtes bescheidenes Wissen veraltet ist.
So, wie ich den TV-Beitrag über die GUT-Theorie damals verstanden hatte, beinhaltet die kosmische Hintergrundstrahlung fast die gesamt Energie des Universums. Trotz der geringen Temperatur von nur fast 3 K erscheint mir das bei den astronomischen Ausmaßen des Raumes plausibel. Diese stammt aus der Gamma-Strahlung des Urknalls und ist unzwischen stark abgekühlt.
Die Materie ist sozusagen aus den "überschüssigen" Anteil von Protonen und Elektronen entstanden, also die Abweichung von 1 zu einer Milliarde bei 10^25 K, oder?

Soweit ich weiß, wurden in der GUT-Theorie drei der vier Grundkräfte zusammengefasst (nur die Gravitation bleibt außenvor). Und nun ist sie überholt.

der Unterschied ist rein mechanischer Natur, er steckt in der Beziehung zwischen Energie und Impuls. Wie schon erwähnt gilt

(mc)² = (E/c)² - p²

was für Teilchen ohne Masse, also m=0, auf E=pc hinausläuft. Masse ist wie Energie eine Eigenschaft, kein "Stoff", wenn du das meinst.

Teilchen ohne Masse sind natürlich ebenfalls Quellen des Gravitationsfeldes, da sie einen Energie-Impuls-Tensor haben. Zwei Photonen wechselwirken gravitativ miteinander.

Wenn Neutrinos eine niedrige Masse, aber eine hohe Energie haben (E >> mc²), dann kann ihre Geschwindigkeit so dicht an der Lichtgeschwindigkeit liegen, dass der Unterschied nicht messbar ist.

Dass die Neutrinos 3 Stunden vor dem Licht des Explosionsblitzes eintrafen, lag auch nicht an einer überlichtschnellen Bewegung, sondern daran, dass die Neutrinos in einer frühen Phase der Explosion emittiert wurden, das Licht aber erst später.

Dein fundiertes Wissen ist schon sehr beeindruckend!

wie kommst du denn jetzt auf Higgs-Teilchen? Das spielt nur insofern eine Rolle, als dass das Higgs-Feld (hier sieht man wieder die Zuordnung Teilchen - Feld) dafür verantwortlich gemacht wird, dass Teilchen Masse haben. Ohne das Higgs-Feld würde für alle Teilchen E=pc gelten.

Davon habe ich wirklich keine Ahnung

[Agent Scullie]

Daraus folgere ich mal, dass Energie nicht automatisch Masse hat und somit Quanten, wie Photonen, auch massenlos sind.
Sicher weiß ich, dass Quanten im Gegensatz zu Elektronen als masselos beschrieben werden,

kommt darauf an, welche Quanten. Elektronen zählen auch zu den Quanten. Nur halt keine des EM-Feldes, wie Photonen. In der Quantenfeldtheorie gehört zu jeder Teilchensorte ein Feld, von dem die Teilchen Quanten sind. Photonen sind Quanten des EM-Feldes, Elektronen Quanten eines Elektronenfeldes (auch Dirac-Feld genannt), usw.

doch habe ich mich immer gefragt, ob dass so stimmt. Soweit ich mich erinnere, steht im Buch "Die Evolution der Physik", dass Licht Masse hat, bin mir aber nicht mehr so sicher. Klar ist das Buch fast sechzig Jahre alt.
Glaubte Einstein wirklich, dass Licht Masse hat und wurde diese Ansicht inzwischen revidiert?

Einstein selbst wird wohl noch der Vorstellung einer geschwindigkeitsabhängigen Masse angehangen haben.

Da frage ich mich, was Masse eigentlich ist. Diese Frage mag manchen etwas dämlich erscheinen, aber manchmal muss man einen Schritt zurück gehen, um zwei vorran zu kommen.

Wenn ein Positron mit einem Elektron kollidiert, vernichten sie sich gegenseitig, dabei wird Energie in Form von zwei Gamma-Quanten freigesetzt. Aus Teilchen mit Masse, die sich mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegen, sind also zwei masselose Teilchen geworden, die mit Lichtgeschwindigkeit auseinderstreben.
Wenn nun zwei Gamma-Quanten aufeinander treffen, entstehen daraus wiederrum zwei Leptonen, höchstwahrscheinlich ein Elektron und ein Positron (mit einer Warscheinlichkeit von 1 zu einer Millarde könnten auch zwei Elektronen entstehen, so habe ich jedenfalls vor Jahren einen Beitrag über die GUT-Theorie in "Abenteuer Forschung" verstanden).

da müsste aus Gründen der Ladungserhaltung aber schon gleich noch ein Proton mit entstehen. Die SU(5)-GUT gilt aber heutzutage als überholt, weil der von ihr vorhergesagte Protonenzerfall nicht beobachtet werden konnte. Außerdem treten in der GUT Baryogenese-Vorgänge, bei denen also nicht gleich viel Materie und Antimaterie produziert wird, erst bei hohen Temperaturen im Bereich von 10^25 K auf. Bei tieferen Temperaturen sind sie stark unterdrückt, deswegen wäre die Wahrscheinlichkeit weitaus geringer als 1 zu eine Milliarde.

Also können aus masselosen Teilchen auch massetragende Teilchen entstehen. Sicher nicht allzu aufsehend erregend, diese Möglichkeit ergibt sich ja bereits aus E=mc^2. Aber dennoch frage ich mich, was denn nun der Unterschied zwischen beiden ist.

der Unterschied ist rein mechanischer Natur, er steckt in der Beziehung zwischen Energie und Impuls. Wie schon erwähnt gilt

(mc)² = (E/c)² - p²

was für Teilchen ohne Masse, also m=0, auf E=pc hinausläuft. Masse ist wie Energie eine Eigenschaft, kein "Stoff", wenn du das meinst.

Der Gravitation unterliegen Quanten ebenso wie Teilchen mit Masse. Aber Du schriebst ja, dass die Erde bei annähernd c nicht etwa zum Schwarzen Loch kollabieren würde. Daraus folgere ich mal, dass Quanten keine Gravitation erzeugen, ihr aber unterliegen.

Teilchen ohne Masse sind natürlich ebenfalls Quellen des Gravitationsfeldes, da sie einen Energie-Impuls-Tensor haben. Zwei Photonen wechselwirken gravitativ miteinander.

Bezüglich Neutrinos wurde ja auch gelehrt, dass sie keine Masse haben, aber inzwischen denk man darüber anders.
Was mich hier verwirrt ist, dass bei der Supernova 1987A drei Stunden, bevor das Sichtbare Licht die Erde erreichte, ein starker Neutronoausstoß gemessen wurde. Müssten sich Neutrinos nicht mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegen?

Wenn Neutrinos eine niedrige Masse, aber eine hohe Energie haben (E >> mc²), dann kann ihre Geschwindigkeit so dicht an der Lichtgeschwindigkeit liegen, dass der Unterschied nicht messbar ist.

Dass die Neutrinos 3 Stunden vor dem Licht des Explosionsblitzes eintrafen, lag auch nicht an einer überlichtschnellen Bewegung, sondern daran, dass die Neutrinos in einer frühen Phase der Explosion emittiert wurden, das Licht aber erst später.

Gehe bei deiner Antwort aber bitte davon aus, dass ich von Hicks-Teilchen gar nichts verstehe.

wie kommst du denn jetzt auf Higgs-Teilchen? Das spielt nur insofern eine Rolle, als dass das Higgs-Feld (hier sieht man wieder die Zuordnung Teilchen - Feld) dafür verantwortlich gemacht wird, dass Teilchen Masse haben. Ohne das Higgs-Feld würde für alle Teilchen E=pc gelten.

[Halman]

Das ist plausibel. Das newtonische Trägheitsgesetz ist ja nur bei geringeren Geschwindigkeiten anwendbar, weil da die relativisten Effekte vernachlässigbar sind, aber natürlich nicht bei extrem hohen Geschwindigkeiten - mein Denkfehler.

Also hat die Lichtmauer nichts mit Massenzuwachs zu tun.
Daraus folgere ich mal, dass Energie nicht automatisch Masse hat und somit Quanten, wie Photonen, auch massenlos sind.
Sicher weiß ich, dass Quanten im Gegensatz zu Elektronen als masselos beschrieben werden, doch habe ich mich immer gefragt, ob dass so stimmt. Soweit ich mich erinnere, steht im Buch "Die Evolution der Physik", dass Licht Masse hat, bin mir aber nicht mehr so sicher. Klar ist das Buch fast sechzig Jahre alt.
Glaubte Einstein wirklich, dass Licht Masse hat und wurde diese Ansicht inzwischen revidiert? Oder habe ich nur irgendwas falsch verstanden?

Da frage ich mich, was Masse eigentlich ist. Diese Frage mag manchen etwas dämlich erscheinen, aber manchmal muss man einen Schritt zurück gehen, um zwei vorran zu kommen.

Wenn ein Positron mit einem Elektron kollidiert, vernichten sie sich gegenseitig, dabei wird Energie in Form von zwei Gamma-Quanten freigesetzt. Aus Teilchen mit Masse, die sich mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegen, sind also zwei masselose Teilchen geworden, die mit Lichtgeschwindigkeit auseinderstreben.
Wenn nun zwei Gamma-Quanten aufeinander treffen, entstehen daraus wiederrum zwei Leptonen, höchstwahrscheinlich ein Elektron und ein Positron (mit einer Warscheinlichkeit von 1 zu einer Millarde könnten auch zwei Elektronen entstehen, so habe ich jedenfalls vor Jahren einen Beitrag über die GUT-Theorie in "Abenteuer Forschung" verstanden).

Also können aus masselosen Teilchen auch massetragende Teilchen entstehen. Sicher nicht allzu aufsehend erregend, diese Möglichkeit ergibt sich ja bereits aus E=mc^2. Aber dennoch frage ich mich, was denn nun der Unterschied zwischen beiden ist.

Der Gravitation unterliegen Quanten ebenso wie Teilchen mit Masse. Aber Du schriebst ja, dass die Erde bei annähernd c nicht etwa zum Schwarzen Loch kollabieren würde. Daraus folgere ich mal, dass Quanten keine Gravitation erzeugen, ihr aber unterliegen.

Bezüglich Neutrinos wurde ja auch gelehrt, dass sie keine Masse haben, aber inzwischen denk man darüber anders.
Was mich hier verwirrt ist, dass bei der Supernova 1987A drei Stunden, bevor das Sichtbare Licht die Erde erreichte, ein starker Neutronoausstoß gemessen wurde. Müssten sich Neutrinos nicht mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegen?

Supernova 1987A ? Wikipedia

Gehe bei deiner Antwort aber bitte davon aus, dass ich von Hicks-Teilchen gar nichts verstehe.

[Agent Scullie]

Wow!!! - Du bist nicht zufällig mit Steven Hawking verwandt, oder?

sicher nicht. Ich hab auch keine Ahnung was die Leute an dem immer so toll finden. Als populärwissenschaftlicher Autor ist der ne Niete, als Forscher nur einer unter vielen. Auf Roger Penrose oder Andrej Linde halte ich viel größere Stücke.

Sehr interessant! Nur verstehe ich jetzt nicht mehr, wieso wir überhaupt eine Lichtmauer haben. Bisher hatte ich es immer so verstanden, dass es ja unmöglich ist eine "unendliche" Masse zu beschleunigen, weil man dafür ja unendlich viel Energie benötigen würde.
Gemäß dem Trägheitsgesetz beschleunigt ein Impuls eine große Masse ja weniger,

welches Trägheitsgesetz? F=m*a? Das ist ja auch nur das nichtrelativistische Gesetz, wenn du relativistisch rechnen willst, musst du schon noch das relativistische nehmen:

F^mu = m a^mu

Dabei sind F^mu und a^mu die Viererkraft und die Viererbeschleunigung. Letztere berechnet sich, anders als die Beschleunigung in der Newtonschen Gleichung, nicht aus der zweiten Ableitung der zurückgelegten Strecke nach der Koordinatenzeit, a = d² x / dt², sondern nach der Eigenzeit: a^mu = d² x^mu / dtau², die gegenüber der Koordinatenzeit zeitdilatiert ist: dtau = sqrt(1 - v²/c²) dt. Bei konstanter Viererkraft F^mu bleibt daher bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit die Viererbeschleunigung a^mu konstant, die Geschwindigkeit nimmt aber immer weniger zu.

Man kann das auch über die Vierergeschwindigkeit u^mu betrachten, die die erste Ableitung nach der Eigenzeit ist: u^mu = dx^mu / dtau. Wenn sich die Geschwindigkeit v = dx/dt der Lichtgeschwindigkeit annähert, strebt die Komponente der Vierergeschwindigkeit in Flugrichtung gegen unendlich, wegen des Verhältnisses von dt und dtau. Bei konstanter Viererbeschleunigung nimmt die Vierergeschwindigkeit u^mu immer größer, die Geschwindigkeit v aber nähert sich nur c an.

[Halman]

Wow!!! - Du bist nicht zufällig mit Steven Hawking verwandt, oder?

Dahinter steckt folgendes: in der relativistischen Mechanik in vierdimensionaler Formulierung bilden Energie und Impuls einen vierdimensionalen Impulsvektor:

p^mu = (E/c, p_x, p_y, p_z)

Die Masse ist die Länge dieses Vierervektors:

(mc)^2 = p^mu p_mu = (E/c)^2 - p_x^2 - p_y^2 - p_z^2 = (E/c)^2 - p^2

Sehr interessant! Nur verstehe ich jetzt nicht mehr, wieso wir überhaupt eine Lichtmauer haben. Bisher hatte ich es immer so verstanden, dass es ja unmöglich ist eine "unendliche" Masse zu beschleunigen, weil man dafür ja unendlich viel Energie benötigen würde.
Gemäß dem Trägheitsgesetz beschleunigt ein Impuls eine große Masse ja weniger, als eine kleine Masse (vorrausgesetzt, der Impuls ist in beiden Fällen gleich).
Wenn nun durch die Bewegungsenergie die Masse nicht zunimmt, warum wird es dann immer schwerer, ein weiteres Zehntel der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen?