Virtuelle Teilchen, Paarbildung und Vakuumfluktuation sind Begriffe, die zum Teil sehr kontrovers diskutiert (sieheWiki) werden und die im Zusammenhang mit dem Thema keine unbedeutende Rolle spielen .
Ich lasse sie hier wegen der Übersichtlichkeit ‘mal außen vor.
. . . und greife sie hier wieder auf:
Das Vakuum stellt den allergrößten Anteil des Universums dar.
Es soll erfüllt sein von Fluktuationen virtueller Teilchen.
Nach der Urknalltheorie soll alles aus dem Vakuum entstanden sein.
Es muss also ontologisch von großer Bedeutung sein.
Was versteht man in der modernen Physik unter virtuellen Teilchen?
- Zunächst erfüllen virtuelle Teilchen im Gegensatz zu realen Teilchen nicht die relavistische Energie-Impuls-Beziehung
E
2 = m
2c
4 + p
2c
2
- Virtuelle Teilchen sind nicht direkt beobachtbar. Man spricht z.B. bei einem elektrischen Feld zwischen zwei geladenen Kondensatorplatten von virtuellen Photonen. Diese lassen sich nur indirekt über die Kraftwirkung des elektrischen Feldes nachweisen aber nicht direkt mit einem Geiger-Müller-Zähler. Virtuelle Teilchen des Vakuums lassen sich durch den Casimir-Effekt indirekt nachweisen.
- Durch virtuelle Teilchen wird das Vakuum in der Umgebung von der Ladung eines realen Teilchens, z.B. eines Elektrons, polarisiert und schirmt somit die Ladung des Elektrons teilweise ab - ein messbarer Effekt.
- Virtuelle Teilchen stellen bei den Feynman-Diagrammen geschlossene Linien zwischen zwei Vertices dar. Feynman-Diagramme dürfen allerdings nicht als Abbilder von irgendetwas verstanden werden, sondern stellen eine übersichtliche Darstellung von mathematisch hochkomplexen und umfangreichen Beschreibungen von Wechselwirkungen dar und sind ontologisch eher nicht von Bedeutung.
Im Universum strebt alles dem niedrigsten Energiezustand zu. Das Wasser fließt den Berg hinunter.
Es wäre unter dieser Prämisse plausibel anzunehmen, das Vakuum stelle nun den niedrigsten Energiezustand null dar und wäre als solcher absolut leer. Wir wissen aber dass das Vakuum ein Gewimmel von virtuellen, permanent entstehenden und sich wieder vernichtenden Teilchen darstellt. (nicht zu verwechseln mit Paarbildung)
Schon die Heisenberg’sche Unbestimmtheitsrelation besagte seinerzeit, dass es einen absolut definierten Zustand nicht geben könnte und somit die Vorstellung von einem Vakuum, welches überall den Energiewert null besitzt, falsch sein muss.
Nun müssten aber, um ein Minimum an Energie bzw. Nullenergie zu erreichen, alle Quantenfelder die das Vakuum durchdringen, zu jeder Zeit und an jedem Ort den Zustand null besitzen.
Teilchen entstehen nach der Quantenfeldtheorie durch Anregungen von entsprechenden Quantenfeldern. Der Zustand eines Quantenfeldes an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit beschreibt die Qft durch Überlagerung unendlich vieler ebener Wellen. Dass alle Quantenfelder zu allen Zeiten an allen Orten den absoluten Energiewert null besitzen, ist ein äußerst unwahrscheinlicher Zustand.
Dagegen gibt es unendlich viel mehr Zustände/Möglichkeiten, Nullenergie erst im Mittel durch Fluktuationen über und unter einem Nullpunkt zu erreichen.
Der Zustand eines absolut leeren Vakuums mit Nullenergie ist also weitaus unwahrscheinlicher als ein Vakuum mit Fluktuationen, die erst im Mittel Nullenergie besitzt.
Auch scheint die Vorstellung, das Universum ist aus dem Nichts(Vakuum) entstanden nicht mehr ganz so abwegig.
Das alles erinnert mich sehr an den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der Entropie.
Das Universum entwickelt sich von unwahrscheinlicheren hin zu wahrscheinlicheren Zuständen.
Um einen eindeutigen (unwahrscheinlicheren) Zustand herzustellen muss Energie aufgebracht werden; so stellt ein eindeutiger Nullenergie Zustand eine höhere Energie dar als ein gemittelter Nullzustand.
Auch im Vakuum scheint sich das Universum nicht an feste Regeln zu halten. Es ist wie beim Würfeln; statistisch gesehen müssten bei sechs Würfen alle sechs Zahlen vorkommen. Das stellt sich aber erst bei steigender Anzahl von Würfen mit steigender Genauigkeit ein.
Lässt sich unser Universum ontologisch auch so verstehen, dass vom Sein erst nach dem „Prinzip der großen Zahl“ die Rede sein kann?
"Der Kopf ist rund, damit die Gedanken die Richtung wechseln können"
(Francis Picabia)
