Vakuumteilchen

Seit einigen Tagen bin ich dabei im internet nach Antworten zu suchen wie unser Universum funktioniert, enstanden ist, was Zeit ist und halt fast so alles was man in diesen foren bespricht. Auf einer anderen Internetseite (http://universum-jaguste.piranho.de/) wird ganz am Anfang von sogenannten "Vakuumteilchen" gesprochen und einer "Rotverschiebung" leider ist es mir bisher noch nicht gelungen herrauszufinden was das denn eigentlich genau ist ich meine es wird behauptet:

"An Hand der experimentell bestätigten Vakuumteilchen wurde gezeigt, dass im leeren Raum ganz spontan und gänzlich ohne Urknall Materie entstehen kann."

... Aber das kann doch eigentlich garnicht sein aus dem nichts kann doch nicht einfach so etwas entstehen also das kann ich mir beim besten willen nicht vorstellen oder erklären ich meine Masse ist doch Energie ( E=mc² ) und der Energieerhaltungssatz lehrt uns Energie kann nicht aus dem Nichts entstehen. Also kann die o.g. genannte Behauptung doch eigentlich nicht stimmen oder?

Hallo James,

ich habe mir die Internetseite noch nicht angeschaut, aber zur sogenannten Vakuumfluktuation, die du ansprichts, kann ich Folgendes sagen:

Die Vakuumfluktuation, permanentes Entstehen und Vergehen von vituellen Teilchen im Vakuum, wurde schon in den 20er Jahren von den Quantenphysikern vorrausgesagt. Sie folgt aus der "Heisenbergschen Unschärferelation", die besagt, dass im Mikrokosmos, also auf Quantenebene, Ort und Impuls eines Teilchen nie gleichzeitig exakt bestimmt sind. Diese Tatsache hat nichts mit der Unmöglichkeit exakter Messungen zu tun, sondern stellt ein Naturprinzip dar. Offensichtlich haben die Dinge auf Quantenebene keine absolut scharfen Zustände wie wir es von makroskopischen Größen gewöhnt sind, es bleibt eine Unschärfe.

Warum bedingt diese Tatsache jetzt die Vakuumfluktuation?
Wir können es uns so vorstellen, dass das ganze Universum von einem elektromagnetischem Feld durchzogen ist. Überall dort, wo keine elektromagnetische Wechselwirkung stattfindet, hat dieses Feld den Wert Null. Nun gibt es nach der Quantenmechanik, bzw. nach der Unschärferelation im Mikrokosmos aber keinen exakten Zustand, auch keinen exakten Wert Null. Also muss auch im Vakuum, wo keine elektromagnetiche Kraft wirkt, das elektromagnetische Feld einer Unschärfe unterliegen, dass heißt, das Feld ist Schwankungen unterlegen sowohl in positiver als auch in negativer Richtung. Nun ist ein Kraftfeld speziell ein elektromagnetisches Feld auch immer einem Teilchen äquivalent. In der Physik darf man sich ein Teilchen nicht als ein Materieklümpchen vorstellen, sondern als irgendetwas, das sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaft besitzt. Man kann also das unscharfe, schwankende elektromagnetische Feld im Vakuum auch als Entstehen von Teilchen und deren Antiteilchen verstehen, die sich innerhalb kürzester Zeit, der Planckzeit, gegenseitig wieder auslöschen. Unterm Strich wird also der Energieerhaltungssatz nicht verletzt.
Da es sich um virtuelle Teilchen handelt, Teilchen die nicht beobachtet werden können, galt lange Zeit ein experimenteller Nachweis als unmöglich. Bis der holländische Wissenschaftler Casimir eine Idee hatte:
Wenn man im Vakuum zwei dünne Metallfolien mit sehr geringen Abstand positioniert, so können zwischen den Folien nur virtuelle Teilchen entstehen, deren Wellenlänge ein Vielfaches von Abstand der Folien beträgt, also 2x, 4x, aber nicht z.B. 4,7x – bedenke, Teilchen haben auch Wellencharakter. Das bedeutet, dass außerhalb der Folien mehr virtuelle Teilchen entstehen als innerhalb der Folien, was ein Druck von Außen auf die Folien bewirken müsste, den man feststellen könnte. Ca. zehn Jahre später waren die Experimentalphysiker so weit, den Versuch durchzuführen. Sie stellten tatsächlich den erwarteten Effekt fest und benannten ihn nach dem Ideenlieferer Casimir den "Casimir-Effekt".

mfg okotombrok

... das ist aber noch keine Anwort auf meine Frage oder ich habe sie nicht richtig verstanden. du schreibst:

"Man kann also das unscharfe, schwankende elektromagnetische Feld im Vakuum auch als Entstehen von Teilchen und deren Antiteilchen verstehen, die sich innerhalb kürzester Zeit, der Planckzeit, gegenseitig wieder auslöschen."

ich habe gelesen, dass wenn Antiteilchen und Teilchen sich gegenseitig "auslöschen" eine Energiemenge in Höhe der Masse in Energie ( E=mc² ) freigesetzt wird. Aber wo kommt diese Energie her wenn doch Energie nicht aus dem Nichts enstehen kann?

James schrieb in Beitrag Nr. 1254-3:

ich habe gelesen, dass wenn Antiteilchen und Teilchen sich gegenseitig "auslöschen" eine Energiemenge in Höhe der Masse in Energie ( E=mc² ) freigesetzt wird. Aber wo kommt diese Energie her wenn doch Energie nicht aus dem Nichts enstehen kann?

Hallo James,

bei virtuellen Teilchen haben wir es nicht mit Observalen zu tun. Observale sind messbare Größen. Virtuelle Teilchen heißen virtuell, weil sie nicht beobachtbar, also nicht messbar sind. Man kann ihnen also auch keine Masseeigenschaft zuschreiben und behaupten, hier würde Materie aus dem Nichts entstehen.
Ich habe in meinen Ausführungen auch bewußt geschrieben "man kann es sich so vorstellen..." und nicht "es ist so...".
Was letztendlich experimentell bewiesen ist, ist die Tatsache, dass auf Metallfolien im Vakuum eine Kraft wirkt. Alles andere ist Interpretation.

mfg okotombrok

achso also kann man beweisen, das im absoluten Vakuum eine Kraft entstehen kann aber nicht mit sicherheit sagen was diese auslöst?!

zwei fragen habe ich aber noch

1. kann es sein das diese o.g. Kraft auf die "Raumkrümmung" oder auf Magnetfeldern auf der Erde zurück zuführen sind?

2. was ist eine Rotverschiebung?
( diese wird auch auf der internetseite die ich in meinem ersten Beitrag hierzu verzeichnet habe erwähnt )

James schrieb in Beitrag Nr. 1254-5:

zwei fragen habe ich aber noch

1. kann es sein das diese o.g. Kraft auf die "Raumkrümmung" oder auf Magnetfeldern auf der Erde zurück zuführen sind?

2. was ist eine Rotverschiebung?
( diese wird auch auf der internetseite die ich in meinem ersten Beitrag hierzu verzeichnet habe erwähnt )

Hallo James,

1. Zurückgeführt kann die Vakuumfluktuation auf die Raumkrümmung wohl nicht, jedoch gibt es Theorien, die besagen, dass die Energie der virtuellen Teilchen zunimmt, je stärker der Raum in ihrer Nähe gekrümmt ist (z.B. am Ereignishorizont kleiner schwarzer Löcher). Auf das Magnetfeld der Erde kann die Entstehung von Vakuumfluktuation (im Sinne spontaner Entstehung) nicht zurückgeführt werden.

2. Die Rotverschiebung ist ein Effekt. Ähnlich dem Dopplereffekt von beispielsweise Schallwellen.
Ein ruhender Körper (nehmen wir mal eine Energiesparlampe, der Umwelt wegen) sendet Licht aus. Die Lampe steht also still im Wohnzimmer, sie leuchtet dir ins Gesicht.
Nun ist das eine moderne Lampe, die sehr schnell fliegen kann. Sie fliegt durch das Fenster, und sie fliegt immer schneller davon. Also sauschnell, sie beschleunigt zum Schluss sogar auf halbe Lichtgeschwindigkeit. Was passiert nun mit dem Licht, was du siehst?
Die Lampe sendet ja immer das selbe Licht aus. Als erstes bemerkst du natürlich, dass das Licht schwächer wird. Logisch, das Licht breitet sich kugelförmig aus - die selbe Lichtmenge ist nun über eine sehr viel größere Fläche verteilt.
Ist die Lampe nun schnell genug, wird sich auch für dich die Farbe des Lichtes verändern. Und zwar wird der Lichtschein immer röter. Warum?
Licht strahlt in einer bestimmten Wellenlänge. Wenn die Lampe steht, im "gelben Wellenlängen-Bereich".
Entfernt sich die Lampe nun sehr schnell, zieht sie automatisch die Wellen des Lichts in die Länge. Du kannst es mit dem Effekt eines an dich vorbeifahrenden Autos vergleichen: Entfernt sich das Auto mit gleichbleibender Geschwindigkeit, wird das Geräusch des Autos immer tiefer für dich, die Schallwellen verlieren in Bezug auf dich an Energie. Das Licht verliert so auch in Bezug auf dich an Energie. Energieärmeres Licht hat eine größere Wellenlänge, du nimmst dieses Licht röter wahr, dein Gehirn interpretiert energiearmes Licht so.
Also: Je schneller sich ein leuchtendes Objekt von dir entfernt, desto röter erscheint dir sein Licht.
Es gibt auch die "Blauverschiebung". Dies ist der umgekehrte Effekt. Je schneller die ominöse Lampe dann wieder auf dich zukommt, desto blauer erscheint dir ihr Licht. Die Lampe strahlt jedoch eigentlich immer das selbe Licht aus.
In der Kosmologie gibt es eine "Hubble-Konstante" (der Begriff "Hubble-Effekt" wäre wesentlich geeigneter), Sie besagt, je weiter ein Objekt (zum Beispiel eine Galaxie) von unserer Erde entfernt ist, desto schneller bewegt sie sich von uns fort. Dies führt man auf die Rotverschiebung des Lichts der Galaxien zurück. Der Hubble-Effekt gilt erst ab sehr große Entfernungen. Das Licht unserer Nachbargalaxie -Andromeda- ist beispielsweise blauverschoben, sie bewegt sich auf uns zu, und wird sich irgendwann mit unserer Galxie vereinigen.