Higgs und Graviton

Hallo zusammen,

das bis dato noch hypothetische Higgsteilchen oder Higgsfeld könnte eventuell in nächster Zukunft im neuen LHC nachgewiesen werden.
Unter dem Higgsfeld verstehe ich etwas, was mit anderen Elementarteilchen wechselwirkt und ihnen masseeigenschaften verleiht. Es ist für Schwere und Trägheit zuständig. Trete ich einen Fußball in die Luft, so stellt mir das Higgsfeld einen Widerstand entgegen und ich muss Beschleunigungsenergie aufbringen, um ihn zu überwinden. Auch ist das Higgsfeld dafür zuständig, dass der Ball wieder herunterfällt.
Das Higgsfeld, als Kräftefeld zu den Bosonen zu zählen, ist also zuständig für die vierte Naturkraft Gravitation.
Was unterscheidet dann aber das Higgsfeld von einem Gravitationsfeld, das Higgsteilchen von dem hypothetischen Graviton? Sind sie identisch oder haben wir, so denn das Higgsteilchen nachgewiesen werden sollte, es dann mit fünf Naturkräften zu tun?

mfg okotombrok

HAllo,

Graviton und Higg-Bosonen sind Bestandsteile verschiedene Theorien. "Feine" Unterschied zwischen diesen Theorien zu beschreiben - ist mir etwas zu hoch. Ich hoffe, vielleicht jemand wird auf sich diese Mühe nehmen.

Allerding was ich weis, dass die größte Teil der MAsse wird von starke und schwache Kraft erzeugt. MAn braucht dafür nicht speziell dier vierte (oder erste?!) Naturkraft, egal in welche Form.

Gruß

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 1233-1:

... das bis dato noch hypothetische Higgsteilchen oder Higgsfeld könnte eventuell in nächster Zukunft im neuen LHC nachgewiesen werden. Unter dem Higgsfeld verstehe ich etwas, was mit anderen Elementarteilchen wechselwirkt und ihnen masseeigenschaften verleiht. Es ist für Schwere und Trägheit zuständig. Trete ich einen Fußball in die Luft, so stellt mir das Higgsfeld einen Widerstand entgegen und ich muss Beschleunigungsenergie aufbringen, um ihn zu überwinden. Auch ist das Higgsfeld dafür zuständig, dass der Ball wieder herunterfällt. Das Higgsfeld, als Kräftefeld zu den Bosonen zu zählen, ist also zuständig für die vierte Naturkraft Gravitation. Was unterscheidet dann aber das Higgsfeld von einem Gravitationsfeld, das Higgsteilchen von dem hypothetischen Graviton? Sind sie identisch oder haben wir, so denn das Higgsteilchen nachgewiesen werden sollte, es dann mit fünf Naturkräften zu tun?

Hallo Okotombrok,

Ich zähle mal auf, welche Informationen ich über das Higgs-Feld habe. Vielleicht ergeben sich daraus zumindest Teilantworten auf deine Fragen:

1. Das Higgs-Feld hat eine Auswirkung auf Teilchen, wenn diese beschleunigt werden. Das Higgs-Feld lässt gleichförmig bewegte Teilchen unbehelligt.

2. Das Higgs-Feld hat keine Auswirkung auf Teilchen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Photonen durchqueren den "Higgs-Ozean" ungehindert, das heißt, sie wechselwirken nicht mit den Higgs-Teilchen.

3. Hingegen das Gravitationsfeld hat eine Auswirkung auf die Photonen, sie werden abgelenkt. Falls diese hypothetischen Gravitonen tatsächlich existieren, dann müssten sie demzufolge mit den Photonen wechselwirken. Woraus dann folgen würde, dass Gravitonen und Higgsteilchen von unterschiedlicher Natur sind. Nur wenn die Gravitonen nicht existieren, dann könnte das Higgs-Feld auch für das Gravitationsfeld zuständig sein.

4. Das Higgs-Feld verleiht den ursprünglich und eigentlich masselosen Teilchen ihre beobachtbaren effektiven Massen. Die Masse eines Teilchens wird dabei um so größer, je intensiver es mit dem Higgs-Feld wechselwirkt.

Hennig Genz schreibt dazu auf Seite 283 seines Buches [1], Zitat:

"Das Higgs-Feld bildet ein Hintergrundfeld, das immer dann lokal gestört wird, wenn sich in ihm ein Teichchen befindet, mit dem es wechselwirkt. Die Störung - die Knubbelbildung - erzeugt die beobachtbare Masse des Teilchens. Wenn wir versuchen ein solches Teilchen im Bewegung zu setzen, ziehen wir auch an der Verdichtung, die es umgibt. Sie, und nicht das Teilchen in der Mitte, setzt der Beschleunigung Widerstand entgegen." Zitat Ende.

Ich habe aber bis jetzt keine Informationen gefunden, die belegen, dass das Higgs-Feld auch für das Zustandekommen des Gravitationsfeldes zuständig sein soll. Wäre interessant, wenn du da Literaturhinweise liefern könntest.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

Hallo zusammen,

das Verhältnis von Higgs und Graviation wurde hier schon vor fünf Jahren diskutiert,
vgl. Beitrag-Nr. 263-17 und folgende.
Modrans Ansatz, dass die Gravitation mit dem Casimir-Effekt verwandt sei, würde ohne tieferes
Verständnis erklären, dass Gravitonen/Higgsteilchen unter den bisher nachgewiesenen Objekten
des Standardmodells nicht vorkommen.

Gruss
Thomas

Thomas der Große schrieb in Beitrag Nr. 1233-4:

Modrans Ansatz, dass die Gravitation mit dem Casimir-Effekt verwandt sei, würde ohne tieferes
Verständnis erklären, dass Gravitonen/Higgsteilchen unter den bisher nachgewiesenen Objekten
des Standardmodells nicht vorkommen.

Hallo Thomas,

der Casimir-Effekt kann nicht mit der Gravitation erklärt werden, da die Gravitation ausgehend von den dünnen Metallfolien für einen messbaren Effekt viel zu gering wäre.

mfg okotombrok

Hallo Okotombrok,

Zitat:

der Casimir-Effekt kann nicht mit der Gravitation erklärt werden,...

von Modran war es zunächst umgekehrt gedacht :) und zwar so, dass die wirkende Kraft der Gravitation die gleiche sei wie beim Casimir-Effekt, nämlich der Druck virtueller Photonen. Beim Casimir-Effekt entsteht eine resultierende Kraft wegen des Fehlens virtueller Photonen zwischen zwei Platten. Modran hat wohl angenommen, dass es auch zwischen Massen mit grösserem Abstand einen ähnlichen Defekt von virtuellen Photonen gibt, er hat ihn aber nicht erklärt.

Für den Fall, dass es virtuelle Photonen mit beliebig grosser Wellenlänge gibt, kann man die Gravitation grundsätzlich auf den Casimir-Effekt zurückführen.

Es muss sich aber nicht um einen Defekt von virtuellen Photonen handeln: Es genügt wenn eine Masse im "virtuellen-Photonen-Schatten" der anderen steht. Die geometrische Wirkung nimmt dann wie von Newtons Graviationsgesetz gefordert mit dem Quadrat des Abstandes der Massen ab.

Eine offene Frage in dem damaligen Thread war, wie man die Beugung des Lichtes an einem Gravitationsfeld erklären solle, wenn nicht durch Raumkrümmung wie von der ART empfohlen.

Genug für heute...

Gruss Thomas

Thomas der Große schrieb in Beitrag Nr. 1233-6:

Eine offene Frage in dem damaligen Thread war, wie man die Beugung des Lichtes an einem Gravitationsfeld erklären solle, wenn nicht durch Raumkrümmung wie von der ART empfohlen.

Hallo Thomas,

Falls diese Frage immer noch offen sein sollte:
Du meinst vermutlich nicht die Beugung eines Lichtstrahls, sondern die Ablenkung eines Lichtstrahls im Gravitationsfeld. Gebeugt wird am Spalt...

Die Ablenkung eines Lichtstrahls ist nach Einsteins Raumzeit-Krümmung etwa doppelt so groß, als wenn man die Ablenkung nach der Newtonschen Gravitationstheorie berechnet. Die Messergebnisse beim Sonnenfinsternis-Experiment zeigten, dass Einsteins Theorie der Raumzeit-Krümmung die Ablenkung zutreffend beschreibt.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

Bauhof schrieb in Beitrag Nr. 1233-7:

Die Ablenkung eines Lichtstrahls ist nach Einsteins Raumzeit-Krümmung etwa doppelt so groß, als wenn man die Ablenkung nach der Newtonschen Gravitationstheorie berechnet.

Hallo Eugen,

wieso ergibt sich nach der Newtonschen Gravitationstheorie überhaupt eine Ablenkung, wo doch das Licht bzw. die Photonen masselos sind? Sie dürften doch nach Newton gar nicht einer Gravitationskraft unterliegen.

mfg okotombrok

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 1233-8:

... wieso ergibt sich nach der Newtonschen Gravitationstheorie überhaupt eine Ablenkung, wo doch das Licht bzw. die Photonen masselos sind? Sie dürften doch nach Newton gar nicht einer Gravitationskraft unterliegen.

Hallo Okotombrok,

die Photonen sind nicht masselos, man spricht ihnen nur keine Ruhemasse zu. Man kann dem Photon zwar keine Ruhemasse, sehr wohl aber eine träge Masse zuschreiben. Zu den Begriffen Ruhemasse und träge Masse fand ich die nachstehenden Erläuterungen von Dierck-Ekkehard Liebscher in seinem Buch [1] von Seite 142-143 hilfreich, Zitat:

"Wir weisen hier nochmals auf den Unterschied zwischen träger Masse und Ruhemasse hin. Die träge Masse ist der Faktor zwischen Impuls und der Koordinatengeschwindigkeit, hingegen ist die Ruhemasse nur die träge Masse im mitbewegten Inertialsystem. Die Ruhemasse ist eine vom Inertialsystem und damit von der Geschwindigkeit des Objekts in diesem unabhängige Konstruktion, die träge Masse aber hängt von der Geschwindigkeit ab. Ein Teilchen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, hat keine Ruhemasse. Es gibt ja auch kein Inertialsystem, in dem dieses Teilchen in Ruhe wäre. [...] Dennoch hat ein solches Teilchen (z.B. ein Photon) träge Masse entsprechend der von ihm mitgeführten Energie. Zitat Ende.

In der Newtonschen Theorie sieht es so aus: Die Photonen werden im Newtonschen Gravitationsfeld deshalb angezogen, weil sie eine träge Masse besitzen. Diese träge Masse ergibt sich ausschließlich aus der kinetischen Energie der Photonen. Man spricht deshalb auch von einer "bewegten Masse" eines Photons. Normalweise setzt sich die Energie eines bewegten Teilchens wie folgt zusammen:

E = E_Ruhe + E_kin

Nachdem die Ruheenergie des Photons Null ist, darf man schreiben:

m_träge = E_kin/c².

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1] Dierck-Ekkehard Liebscher
Relativitätstheorie mit Zirkel und Lineal.
Berlin 1991, Zweite Auflage. Akademie Verlag.
ISBN=3-05-501273-9
Nur noch antiquarisch greifbar: http://www.zvab.com/showAdvancedSearch.do

Hallo,
Versteh ich das richtig?

Zitat:

Die träge Masse ist der Faktor zwischen Impuls und der Koordinatengeschwindigkeit, hingegen ist die Ruhemasse nur die träge Masse im mitbewegten Inertialsystem.

Die träge Masse wird "fort-getragen" und die Ruhemasse ist die Basis des Inertialsystems ?

Kann man also sagen : Erst wenn ich den Stein anhebe, wiegt er auch was, oder : Das Inertialsystem ist die gesamte lokale Ruhemasse ?

Zitat:

Nachdem die Ruheenergie des Photons Null ist, darf man schreiben:

mträge = Ekin/c².

Was ist Ruheenergie bei Licht ? ( = Ruhemasse c² , - heisst Materie bzw. Nichts ? )

Ist Licht = träge Masse c² ? Ist Licht kinetische Energie ?

Aus Wiki: Kinetische Energie in der relativistischen Mechanik - http://de.wikipedia.org/wiki/Kinetische_Energie -

Relativistische und klassische kinetische Energie im Vergleich.

In der relativistischen Physik gilt die oben angegebene Abhängigkeit der kinetischen Energie von der Geschwindigkeit nur näherungsweise für Geschwindigkeiten deutlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. Aus dem Ansatz, dass die kinetische Energie T die Differenz aus Gesamtenergie und Ruheenergie ist, folgt:

T = m_{rel}\\, c^2\\, - m\\, c^2\\,,

Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit, m die Ruhemasse und mrel die relativistische Masse. Mit mrel = γ * m lautet die Beziehung:

T=(\\gamma - 1)\\, m\\, c^2\\,,

γ ist der Lorentzfaktor

\\gamma=\\frac{1}{\\sqrt{1- (v/c)^2}}

Aus der Taylor-Entwicklung nach v / c erhält man

T \\approx \\frac{1}{2} m v^2 + \\frac{3}{8}\\frac{m v^4}{c^2}+...

also für v << c wieder die Newtonsche kinetische Energie.

Da die Energie über alle Grenzen wächst, wenn die Geschwindigkeit gegen die Lichtgeschwindigkeit geht, \\lim_{v \\to c}T=\\infty, ist es nicht möglich, einen massebehafteten Körper auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Das Diagramm rechts zeigt für einen Körper mit der Masse von m = 1\\, \\mathrm{kg} die relativistische und die Newtonsche kinetische Energie als Funktion der Geschwindigkeit (gemessen in Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit).

Da die Geschwindigkeit eines bewegten Körpers vom Bezugssystem abhängt, gilt dies auch für dessen kinetische Energie. Das gilt in Newtonscher und in relativistischer Physik. In der Relativitätstheorie ist die Energie, die Summe aus Ruheenergie und kinetischer Energie, die Nullkomponente eines Vierervektors.

Kann man das auf Licht anwenden, oder gilt das nur für Materie ?

Real schrieb in Beitrag Nr. 1233-10:

Versteh ich das richtig? Die träge Masse wird "fort-getragen" und die Ruhemasse ist die Basis des Inertialsystems?

Hallo Real,

Nein. Die träge Masse wird nicht "fortgetragen". Und es gibt nicht das Inertialsystem, sondern es gibt beliebig viele Inertialsysteme. Alle bewegen sich relativ zueinander mit der Geschwindigkeit v<c.
Ruhemasse: Die Ruhemasse ist die im Ruhesystem gemessene Masse m₀ eines Körpers.
Ruhesystem: Das Ruhesystem ist dasjenige Inertialsystem, in welchem ein sich beliebig bewegter Körper im betrachteten Moment ruht.

Zitat:

Was ist Ruheenergie bei Licht?

Die Ruheenergie bei Licht ist Null. Denn es gibt kein Inertialsystem, in dem das Licht ruht.

Zitat:

Ist Licht = träge Masse c2 ? Ist Licht kinetische Energie?

Aus der Sicht der klassischen Physik betrachtet: Ein Photon hat eine träge Masse. Diese resultiert allein aus seiner kinetischen Energie. Und jede Form von Energie wechselwirkt mit dem Gravitationsfeld.

Aus der Sicht der Quantenphysik betrachtet: Die Energie eines Photons ist E=f·h
f = Frequenz
h = Plancksches Wirkungsquantum

Zitat:

Kann man das auf Licht anwenden, oder gilt das nur für Materie?

Die Geschwindigkeit des Lichts hängt nicht vom Inertialsystem ab. Das Licht hat in allen Inertialsystemen die geiche Geschwindigkeit.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

Salve Bauhof,

Bauhof schrieb in Beitrag Nr. 1233-7:

Du meinst vermutlich nicht die Beugung eines Lichtstrahls, sondern die Ablenkung eines Lichtstrahls im Gravitationsfeld. Gebeugt wird am Spalt...

Du kannst die Begriffe gerne unterscheiden. Bei mir ist das intuitiv nicht so.
http://de.wikipedia.org/wiki/Beugung_(Physik)
Die Ablenkung eines Lichtstrahls in einem Gravitationsfeld kann man qualitativ als Beugung erklären,
und zwar durch Laufzeitverschiebung in Folge der Raumverdichtung um das Grav.-Zentrum.

Zitat:

Die Ablenkung eines Lichtstrahls ist nach Einsteins Raumzeit-Krümmung etwa doppelt so groß, als wenn man die Ablenkung nach der Newtonschen Gravitationstheorie berechnet. Die Messergebnisse beim Sonnenfinsternis-Experiment zeigten, dass Einsteins Theorie der Raumzeit-Krümmung die Ablenkung zutreffend beschreibt.

... kann ich so nicht nachvollziehen. Hast Du eine nicht-antiquarische Referenz, idealerweise eine Online-Referenz dazu?


Nochmal zu Modrans Hypothese aus Beitrag-Nr. 263-17:

Zitat:

Oder (diesen Punkt möchte ich nocheinmal wiederholen, da ich hoffe, zara oder timeout könnten hierzu etwas sagen) die anziehende Gravitationswirkung beruht in Wirklichkeit auf abstoßend wirkenden Gravitonen, die zwischen zwei Massen verstärkt fehlen - wie beim Casimir-Effekt.

Was spricht dagegen, dass virtuelle Teilchen auf die träge Masse des Lichtes wirken?

Gruss
Thomas

Thomas der Große schrieb in Beitrag Nr. 1233-12:

Zitat Eugen Bauhof: "Die Ablenkung eines Lichtstrahls ist nach Einsteins Raumzeit-Krümmung etwa doppelt so groß, als wenn man die Ablenkung nach der Newtonschen Gravitationstheorie berechnet. Die Messergebnisse beim Sonnenfinsternis-Experiment zeigten, dass Einsteins Theorie der Raumzeit-Krümmung die Ablenkung zutreffend beschreibt."

... kann ich so nicht nachvollziehen. Hast Du eine nicht-antiquarische Referenz, idealerweise eine Online-Referenz dazu?

Hallo Thomas,

ich beziehe meine Informationen aus meinen Büchern und selten aus dem Internet. Aus Wikipedia bisher noch nie. Deshalb hier zwei Zitate aus meinen Büchern. Dierck-Ekkehard Liebscher schreibt hierzu auf Seite 102 seines Buches [1], Zitat:

"Sie verursachen eine Lichtablenkung, die man schon nach der Newtonschen Mechanik abschätzen kann, die aber nach der Allgemeinen Relativitätstheorie doppelt so groß ist, weil nicht nur die Welt allgemein, sondern auch der Raum im einzelnen durch die lokale Materieverteilung gekrümmt ist." Zitat Ende.

Clifford M. Will schreibt zum gleichen Thema auf Seite 74 seines Buches [2], Zitat:

"Jede der Gravitationstheorien, die mit dem Äquivalenzprinzip vereinbar sind, sagt einen ersten Anteil von 0,875 Bogensekunden voraus. Der zweite Teil rührt von der Raumkrümmung her. Newtons Theorie ist eine Theorie des flachen Raumes, darum gibt es keinen weiteren Effekt; die Vorhersage bleibt 0,875 Bogensekunden. Die Allgemeine Relativitätslehre sagt rein zufällig einen Grad der Krümmung vorher, der die Ablenkung gerade verdoppelt. Die alternative Brans-Dicke-Theorie geht von einer etwas geringeren Krümmung aus als die Allgemeine Relativitätslehre, was sich in einem etwas kleineren Wert für den zweiten Teil und damit in einer etwas kleineren Gesamtablenkung niederschlägt." Zitat Ende.

Anmerkung: Das "rein zufällig" bei Clifford M. Will bezieht sich vermutlich speziell auf die Messung der Lichtablenkung bei unserer Sonne. Bei Lichtablenkungen, die durch andere Körper als die Sonne verursacht werden, ist es vielleicht mehr oder weniger als eine Verdoppelung. Entscheidend ist, dass Newtons Theorie einen kleineren Wert voraussagt als Einsteins Theorie. Und Einsteins Lichtablenkungs-Voraussage wird durch die Beobachtung bestätigt, die von Newton wird nicht bestätigt. Hier noch einige Referenzen im Internet:

http://www.einstein-online.info/de/vertiefung/Licht...
http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/Rel/art... (mit einer Animation)
http://theory.gsi.de/~vanhees/faq/gravitation/node4...

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1] Dierck-Ekkehard Liebscher
Einsteins Relativitätstheorie und die Geometrien der Ebene.
Illustration zum Wechselspiel von Geometrie und Physik.
Leipzig 1999. Teubner-Verlag.
ISBN=3-519-00278-7

[2] Clifford M. Will
... und Einstein hatte doch recht.
Berlin 1989. Springer.
ISBN=3-540-50577-6