Heute durch Zufall entdeckt: Woraus besteht die Welt?

Ich finde den Beitrag sehr interessant und wollte wissen, wie viel Platz ist eigentlich zwischen dem Atomkern und der Elektronenhülle.
Da fand ich diesen Beitrag der Universität Graz und dort steht: "Das Proton ist winzig im Vergleich zur Ausdehnung der Elektronenhülle."

Hier nun wird die Sache für mich relativ unverständlich. Wir haben also einen winzig kleinen Atomkern, der im einfachsten Fall nur aus einem Proton besteht. Ist ein Proton nun eigentlich nur eine positive Ladung oder ist ein Proton eine "Ur-Materie"? Das Elektron ist eine negative Ladung, die in vergleichsweise sehr großen Abstand den Kern umkreist und dazwischen ist leerer Raum, also Vakuum?

Was hält das Elektron eigentlich auf Distanz? Gegenpolige Ladungen müssten sich doch anziehen und ausgleichen? Und wenn das Elektron auch "nur" eine Ladung ist, dann ist es ja keine feste Materie und damit ist ein Atom ja eigentlich zwar nicht nichts, aber eigentlich doch nur Raum mit Ladungen, oder?

Könnte man theoretisch das Elektron in das Proton hineindrücken und was würde da passieren? Wäre der Raum weg?

Hallo Skeptika,

welche Temperatur herrscht in dem Raum zwischen Proton, Neutron und Elektron?
Welche Eigenschaften hat dieser Raum eigentlich?

Gruß

Gnom

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-2:

welche Temperatur herrscht in dem Raum zwischen Proton, Neutron und Elektron?

Das ist eine Fangfrage, oder? Ist die Temperatur nicht nur ein Äquivalent der Strahlung?
Wenn da zwischen Elektron und Proton nichts ist, kann dort ja nichts strahlen... Wäre meine Vermutung.

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-2:

Welche Eigenschaften hat dieser Raum eigentlich?

Er muß wohl riesig sein und den größten Teil des Atoms ausmachen, denn der Kern selbst ist vergleichsweise winzig und das Elektron umkreist den Kern in einem enormen Abstand.

Hallo Skeptika,

es ist keine Fangfrage!

Um es Mal so zu formulieren:

Das Atom ist bisher noch nicht richtig verstanden.
Teilchen, Wellenfunktionen, elektromagnetische Kräfte, Kernkräfte....

Ist da überhaupt Raum zwischen Kern und Elektronenhülle oder Kern und Kraftfeld...?

Und wo kommt die Energie her, die für die „Existenz“ des Atoms sorgt?:confused:

Noch eine Frage:

Welche Temperatur hat ein Proton oder ein Neutron?

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-4:

Das Atom ist bisher noch nicht richtig verstanden.
Teilchen, Wellenfunktionen, elektromagnetische Kräfte, Kernkräfte....

Stimmt. Wir benutzen vereinfachte Modelle, um Atome zu beschreiben.
Genau diese vereinfachten Modelle sollten aber nicht nur bei mir Fragen aufwerfen.
Ich kann mir vorstellen, dass durch die hohe Umlaufgeschwindigkeit der Elektronen um die Protonen der Eindruck entsteht, dass selbst ein einzelnes Elektron wie eine geschlossene Hülle um das Proton wirkt. Man kann ja auch kein Ei unbeschadet durch einen Flugzeugpropeller werfen, wenn der sich dreht, obwohl der Propeller keine durchgängige Scheibe ist.

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-4:

Ist da überhaupt Raum zwischen Kern und Elektronenhülle oder Kern und Kraftfeld...?

Was würde passieren, wenn da zwischen einer negativen Ladung (Elektron) und einer positiven Ladung (Proton) KEIN Raum wäre?

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-4:

Und wo kommt die Energie her, die für die „Existenz“ des Atoms sorgt?

Wo kommt überhaupt alles her?

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-4:

Welche Temperatur hat ein Proton oder ein Neutron?

Kommt darauf an, in welchem Schwingungszustand sich das gesamte Atom befindet.
Je mehr Schwingung, desto wärmer / heißer.

Skeptika schrieb in Beitrag Nr. 2371-5:

Was würde passieren, wenn da zwischen einer negativen Ladung (Elektron) und einer positiven Ladung (Proton) KEIN Raum wäre?

Hallo Skeptika,

meiner Meinung nach würde nichts passieren!

Wurde denn dieser Raum zwischen Proton, Neutron und Elektron schon nachgewiesen?
In diesem Fall gehen ja die Meinungen in der Wissenschaft nicht immer gleiche Wege (Quantenmechanik).
Welle, Teilchen, Wahrscheinlichkeitsräume (wie dicht am Kern?), elektromagnetische Kräfte...

Die vereinfachten Modelle haben ja gerade die Aufgabe die zum großen Teil unverständlichen Vorgänge in der „Atomwelt“ einigermaßen
anschaulich und begreiflich darzustellen.
Ganz dicht kann die „Elektronenhülle“ um den Atomkern nicht sein, sonst würde es keine Kernspaltung geben.

Gruß

Gnom

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-6:

Wurde denn dieser Raum zwischen Proton, Neutron und Elektron schon nachgewiesen?

Scheinbar doch.

Gnom schrieb in Beitrag Nr. 2371-6:

Ganz dicht kann die „Elektronenhülle“ um den Atomkern nicht sein, sonst würde es keine Kernspaltung geben.

Nicht im physikalischen Sinne, sondern mehr optisch, meine ich.
Und zur Kernspaltung braucht es schon ordentlich Energie.

Um bei meinem Beispiel mit dem Ei und dem Propeller zu bleiben: Das Ei (oder ein Tischtennisball) prallt zwar ab, bzw. geht kaputt, aber wenn man da mit einem Gewehr auf den Propeller feuern würde, dann werden die Projektile wohl nicht aufgehalten werden.

Hab da eben noch einen Beitrag zum Thema gefunden ==> Prof. Lesch

Skeptika schrieb in Beitrag Nr. 2371-1:

Wir haben also einen winzig kleinen Atomkern, der im einfachsten Fall nur aus einem Proton besteht. Ist ein Proton nun eigentlich nur eine positive Ladung oder ist ein Proton eine "Ur-Materie"? Das Elektron ist eine negative Ladung, die in vergleichsweise sehr großen Abstand den Kern umkreist und dazwischen ist leerer Raum, also Vakuum?

Protonen und Elektronen können durch drei Eigenschaften charakterisiert werden: Masse, Ladung und Spin. Ein Proton ist also nicht "nur" eine positive Ladung. "Ur-Materie" ist kein physikalischer Begriff, daher schwierig damit etwas anzufangen. Vakuum ist ein makroskopischer Begriff und macht im mikroskopischen Bereich nicht so viel Sinn. Mikroskopisch gesehen gibt es den Raum und darin eingebettet die Teilchen.

Skeptika schrieb in Beitrag Nr. 2371-1:

Was hält das Elektron eigentlich auf Distanz? Gegenpolige Ladungen müssten sich doch anziehen und ausgleichen? Und wenn das Elektron auch "nur" eine Ladung ist, dann ist es ja keine feste Materie und damit ist ein Atom ja eigentlich zwar nicht nichts, aber eigentlich doch nur Raum mit Ladungen, oder?

Das Elektron, wie auch alle anderen Teilchen, heißen zwar Teilchen, sind aber in Wirklichkeit Quanten, d.h. sie sind weder punktförmige Teilchen noch Wellen, haben aber sowohl Eigenschaften, die man punktförmigen Teilchen zuschreiben würde, als auch Eigenschaften, die man Wellen zuschreiben würde. Was das Elektron auf Abstand hält ist dessen Wellennatur: Laut der Heisenbergschen Unschärferelation (eine Folge der Wellennatur der Quanten) lassen sich Position und Impuls des Elektrons (und so auch jedes Quantums) nicht beliebig genau bestimmen. Δx ·Δp > h/2π. Der Impuls p ist dabei Masse m mal Geschwindigkeit v. Da die Masse des Elektrons sehr viel kleiner ist als die des Protons, muss dies ausgeglichen werden durch eine größere Unschärfe im Ort x und/oder in der Geschwindigkeit v, um die Unschärferelation zu erfüllen. Das gibt der Welle Elektron einen größeren Radius.

Dies ist der Grund, warum das Elektron nicht in das Proton stürzen kann.

Die genaue Konfiguration der Elektronenwelle sind durch die Lösungen (Eigenfunktionen) der Schrödingergleichung gegeben und sehen so aus: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/20...

Ich hoffe, das hilft dem Verständnis.

Zunächst vielen Dank für den Erklärungsversuch!

Pepe schrieb in Beitrag Nr. 2371-8:

Protonen und Elektronen können durch drei Eigenschaften charakterisiert werden: Masse, Ladung und Spin.

Woran wird die Masse gebunden? Im Makrokosmos ist die Masse eine Eignschaft eines Körpers, also neben Länge, Breite, Höhe und Dichte konkret bestimmbar. Beim Atom und seinen Bestandteilen?

Pepe schrieb in Beitrag Nr. 2371-8:

Vakuum ist ein makroskopischer Begriff und macht im mikroskopischen Bereich nicht so viel Sinn. Mikroskopisch gesehen gibt es den Raum und darin eingebettet die Teilchen.

Was bedeutet das jetzt? Mikroskopisch ist da schon ein Raum, aber makroskopisch betrachtet macht er keinen Sinn???

Pepe schrieb in Beitrag Nr. 2371-8:

Das Elektron, wie auch alle anderen Teilchen, heißen zwar Teilchen, sind aber in Wirklichkeit Quanten, d.h. sie sind weder punktförmige Teilchen noch Wellen, haben aber sowohl Eigenschaften, die man punktförmigen Teilchen zuschreiben würde, als auch Eigenschaften, die man Wellen zuschreiben würde.

Ok, stop!
Wenn die Quanten weder punktförmige Teilchen noch Wellen sind, was sind sie dann??? Wie kann eine Welle ohne Teilchen existieren, oder anders gefragt: "Was genau macht denn hier die Welle, wenn es keine Teilchen sind?"

Pepe schrieb in Beitrag Nr. 2371-8:

Was das Elektron auf Abstand hält ist dessen Wellennatur: Laut der Heisenbergschen Unschärferelation (eine Folge der Wellennatur der Quanten) lassen sich Position und Impuls des Elektrons (und so auch jedes Quantums) nicht beliebig genau bestimmen.

Aha! Also WIR können mit unserer Technik zwar weder Position noch Impuls eines Elektrons genau bestimmen, aber dass bestimmte Teilchen über Lichtjahre hinweg miteinander verschränkt sind, das können wir schon nachweisen und belegen, oder?

Skeptika schrieb in Beitrag Nr. 2371-9:

Ok, stop!
Wenn die Quanten weder punktförmige Teilchen noch Wellen sind, was sind sie dann???

Dazu drei Definitionen zum Begriff "Teilchen":

- ein Teilchen ist eine kollabierende Wellenfunktion

- ein Teilchen entsteht durch Anregung omnipresenter Quantenfelder

- ein Teilchen ist die irreduzible Darstellung einer Poincare-Gruppe

Hallo Pepe und Skeptika,
Zum leichteren Verständnis (für mich) des Kommentars von Okotombrok:

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 2371-10:

- ein Teilchen ist eine kollabierende Wellenfunktion

Zitat:
"Die Wellenfunktion selbst ist also nicht real, sondern lediglich eine abstrakte mathematische Funktion.
Erst, wenn diese Funktion quadriert wird, entsteht eine reale beobachtbare Wahrscheinlichkeitsdichte, die angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Quantenobjekt an einem bestimmten Ort am Detektor ankommt."

Der Kollaps der Wellenfunktion beschreibt die Zustandsänderung eines Quantensystems infolge Messung.

Gruß, Otto

Hallo zusammen,

natürlich war es provokativ, die Definitionen in meinem Beitrag so kommentarlos dahinzustellen.
Mein Anliegen war, nähere Beschäftigung mit der Quantenmechanik anzuregen.

Denn die Fragestellung

Zitat von Skeptika:

Ok, stop!
Wenn die Quanten weder punktförmige Teilchen noch Wellen sind, was sind sie dann??? Wie kann eine Welle ohne Teilchen existieren, oder anders gefragt: "Was genau macht denn hier die Welle, wenn es keine Teilchen sind?"

zeigt, dass hier mangelnde Grundkenntnisse bezüglich der Quantentheorie, speziell der Quantenfeldtheorien herrschen.

Die Frage "Welle oder Teilchen" impliziert in der Regel, dass versucht wird, die Quantenmechanik mit klassischen Begriffen verstehbar zu machen.
Das ist von vornherein zum Scheitern verurteilt.
Welle und Teilchen besitzen in der klassischen Mechanik eine gänzlich andere Bedeutung:
Mit Teilchen, als klassischer Begriff, sind Objekte gemeint, die zu jedem Zeitpunkt einen bestimmten Ort einnehmen.
Das trifft nur für makroskopische Objekte zu.
Lokalität stellt sich hier erst durch Emergenz vieler Quantenzustände ein.
Mit Wellen, als klassischer Begriff, ist der Schwingungszustand von Materie gemeint.
Sie sind ohne ein Medium nicht vorstellbar.
Wellen in der Quantenmechanik stellen reine Potenzialitäten, Möglichkeiten dar.
Interferenzmuster ergeben sich durch Überlagerung von Möglichkeiten. Was hinter dem Doppelspalt interferriert sind also keine Teilchen oder klassische Wellen, sondern Potenzialitäten.
Damit kann dann auch das Entstehen von Interferenz bei einzelnd "ageschossenen" Teilchen, bzw. das Verschwinden von Interferenz bei gewußten "Welcher Weg" erklärt werden.
Sieh hierzu auch die Feyman'schen Pfadintegrale.

Zitat von Okotombrok:

- ein Teilchen ist eine kollabierende Wellenfunktion

Otto hat hier schon etwas dazu zitiert: (woher stammt eigentlich das Zitat?)

Zitat von Otto:

"Die Wellenfunktion selbst ist also nicht real, sondern lediglich eine abstrakte mathematische Funktion.
Erst, wenn diese Funktion quadriert wird, entsteht eine reale beobachtbare Wahrscheinlichkeitsdichte, die angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Quantenobjekt an einem bestimmten Ort am Detektor ankommt."

Was mich daran stört ist lediglich die Formulierung: ". . . am Detektor ankommt."
impliziert es doch, dass es von irgendwo auf einer Bahn durch den Raum dahergekommen sein muss.
Das ist nicht der Fall.
Vielmehr entsteht das Teilchen erst durch Anregung des Messaktes oder einer anderen Wechselwirkung omnipresenter Quantenfelder.
Als Analogon mag man sich eine Welle auf einem See vorstellen. Sie zeigt an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Amplitude.
Diese Amplitude hat sich nicht von irgendwo her dahin bewegt, sondern stellt nur ein höheres Gravitationspotenzial der am Ort befindlichen Wassermoleküle im Vergleich zu benachbarten Wassermolekülen dar.
Man kann sagen, das Wasser befindet sich dort in einem angeregten Zustand.
Wobei der See z.B. das Elektronenfeld darstellt, und der wellenverursachende Wind das Photonenfeld.
das ist gemeint mit:

Zitat von Okotombrok:

- ein Teilchen entsteht durch Anregung omnipresenter Quantenfelder

nun noch zu

Zitat von Okotombrok:

- ein Teilchen ist die irreduzible Darstellung einer Poincare-Gruppe

einer der geilsten Sätze, die mir in der Qauntenmechanik je untergekommen sind.
Und ich hoffe, niemand bittet mich darum, ihn näher zu beschreiben. Ich müsste weit ausholen und würde arg ins Schleudern geraten.
Nur soviel:
Ich empfehle dringend, sich eingehender mit dem Standardmodell zu beschäftigen.
Man erfährt viel und lernt die richtigen Fragen stellen.
Insbesondere die Symetriegruppen, (die Poincare-Gruppe ist eine), sind von großer Bedeutung zum Verständnis der Quantenmechanik.
Siehe dazu auch das Noether-Theorem.

mfg okotombrok

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 2371-12:

Otto hat hier schon etwas dazu zitiert: (woher stammt eigentlich das Zitat?)

Die Quelle sollte im markierten Wort "Zitat" hinterlegt sein, Beitrag Nr. 2371-11. Der Link stimmte leider nicht.
Hier noch einmal ein zweiter Versuch.
Siehe hier den Abschnitt "Bei Kopenhagener Deutung werden nur Messergebnisse als real betrachtet, die Wellenfunktion ist dagegen rein epistemisch und hat keinen Anspruch auf Realität. ....."

Gruß, Otto

Okotombrok schrieb in Beitrag Nr. 2371-12:

Zitat von Skeptika:

Ok, stop!
Wenn die Quanten weder punktförmige Teilchen noch Wellen sind, was sind sie dann??? Wie kann eine Welle ohne Teilchen existieren, oder anders gefragt: "Was genau macht denn hier die Welle, wenn es keine Teilchen sind?"

zeigt, dass hier mangelnde Grundkenntnisse bezüglich der Quantentheorie, speziell der Quantenfeldtheorien herrschen.

Absolut! Daher frage ich ja :smiley8:

Zitat von Okotombrok:

Mit Teilchen, als klassischer Begriff, sind Objekte gemeint, die zu jedem Zeitpunkt einen bestimmten Ort einnehmen.
Das trifft nur für makroskopische Objekte zu.

Nach meinem Verständnis bestehen makroskopische Objekte aus Teilchen. Wenn nun aber ein makroskopisches Objekt zu jedem Zeitpunkt einen bestimmten Ort einnimmt, dann müssen doch auch seine Bestandteile bestimmte Orte innerhalb des Objektes einnehmen...

Zitat von Okotombrok:

Lokalität stellt sich hier erst durch Emergenz vieler Quantenzustände ein.
Mit Wellen, als klassischer Begriff, ist der Schwingungszustand von Materie gemeint.
Sie sind ohne ein Medium nicht vorstellbar.
Wellen in der Quantenmechanik stellen reine Potenzialitäten, Möglichkeiten dar.

Also ein und derselbe Begriff für zwei völlig unterschiedliche Dinge? Das würde für mich den Nebel ein wenig lichten, wenngleich ich den Unterschied trotzdem nicht wirklich verstehe...

Zitat von Okotombrok:

Interferenzmuster ergeben sich durch Überlagerung von Möglichkeiten. Was hinter dem Doppelspalt interferriert sind also keine Teilchen oder klassische Wellen, sondern Potenzialitäten.
Damit kann dann auch das Entstehen von Interferenz bei einzelnd "ageschossenen" Teilchen, bzw. das Verschwinden von Interferenz bei gewußten "Welcher Weg" erklärt werden.
Sieh hierzu auch die Feyman'schen Pfadintegrale.

Das Doppelspalt-Experiment ist faszinierend! Die mir in Erinnerung gebliebene Erklärung für die unterschiedlichen Ergebnisse "einzelnes Teilchen vs. Strahl" begründet sich auf der Tatsache, dass wir zur Beobachtung eines Teilchens Photonen benötigen, die vom zu beobachteten Teilchen reflektiert werden müssen, um uns ein Bild zu liefern. Damit wird also Energie zum Zwecke der Beobachtung zugeführt, was dann das Ergebnis "verfälscht".