Feinstofflichkeit erklärt von einem Physiker

[ralrene]

wer interesse hat kann sich mal hier reinlesen: ist die standardphysik einfacher als gedacht?

Danke, sehr interessant.

 

[Joey]

So würde ich das nicht sagen.
Zu zeigen, dass nicht das em. Feld quantisiert ist, sondern nur die Wechselwirkung von Materie und em. Feld ist Teil meiner Forschungen. Mir ist sehr wohl bewusst, dass die etablierte Interpretation der Quantenstatistik von der Detektion von Photonenzuständen lautet, dass das em. Feld selbst quantisiert ist. Ich bezweifle zutiefst, dass diese Interpretation korrekt ist.

Das EM-Feld - als Funktion vom Zeitpunkt t und Ort x - beschreibt die Kraft, die eine Probeladung (und das Drehmoment, was ein magnetischen Probedipol) am Ort x zum Zeitpunkt t erfahren würde.

Du schreibst, Deiner Ansicht nach würde nur die Wechselwirkung mit der Materie gequantelt ablaufen. Eine Probeladung (Probedipol) würde also nur Schwingungen mit diskreten Amplituden bemerken. Wieso sollte es dann auch Schwimgunges des EM-Feldes mit Amplituden dazwischen geben? Was würde damit besser beschrieben werden?

Es war die Leistung von Planck - und die Geburtsstunde der Quantenmechanik - dass er das Licht-Spektrum schwarzer Körper dadurch korrekt herleiten konnte, dass die Schwingungsamplituden des EM-Feldes der verschiedenen Schwingungsmoden eben gequantelt ist. Mit den Gleichungen der statistischen Physik, mit denen die Besetzungszahl etc. berechnet wird (über Zustands-Summe etc.) kam er mit gequantelten Besetzungszahlen zum richtigen Ergebnis, wo andere (Rayleigh und Jeans) mit nicht-gequantelten Besetzungszahlen (kontinuierliche Schwingungsamplitude) die sog. "UV-katastrophe" in ihhren Rechnungen hatten, die die Realität gar nicht gut beschreibt. Wie werden Deiner Ansicht nach die Zwischen-Zustände einer Feldmode in der Thermodynamik korrekt behandelt?

Was spricht Deiner Ansicht nach so stark dafür, dass es auch Zwischen-Schwingungszustände gibt, so dass Du die Quantelung der Zustände zutiefst bezweifelst?

 

[Benjamin]

Das EM-Feld - als Funktion vom Zeitpunkt t und Ort x - beschreibt die Kraft, die eine Probeladung (und das Drehmoment, was ein magnetischen Probedipol) am Ort x zum Zeitpunkt t erfahren würde.

Ja, wobei die Probeladung kein punktförmiges Teilchen, wie in der klassischen Elektrodynamik ist, sondern über eine Wellenfunktion beschrieben wird. Das ist ein wesentlicher Unterschied.

Du schreibst, Deiner Ansicht nach würde nur die Wechselwirkung mit der Materie gequantelt ablaufen. Eine Probeladung (Probedipol) würde also nur Schwingungen mit diskreten Amplituden bemerken. Wieso sollte es dann auch Schwimgunges des EM-Feldes mit Amplituden dazwischen geben? Was würde damit besser beschrieben werden?

Es war die Leistung von Planck - und die Geburtsstunde der Quantenmechanik - dass er das Licht-Spektrum schwarzer Körper dadurch korrekt herleiten konnte, dass die Schwingungsamplituden des EM-Feldes der verschiedenen Schwingungsmoden eben gequantelt ist. Mit den Gleichungen der statistischen Physik, mit denen die Besetzungszahl etc. berechnet wird (über Zustands-Summe etc.) kam er mit gequantelten Besetzungszahlen zum richtigen Ergebnis, wo andere (Rayleigh und Jeans) mit nicht-gequantelten Besetzungszahlen (kontinuierliche Schwingungsamplitude) die sog. "UV-katastrophe" in ihhren Rechnungen hatten, die die Realität gar nicht gut beschreibt.

Die Geschichte dazu ist mir freilich bekannt. Wobei Planck sich tunlichst davor hütete, das Licht selbst als gequantelt anzusehen. Er legte die Quantisierung als einen Wechselwirkungseffekt aus, die auftritt, wenn Materie mit em. Strahlung interagiert. Soweit überliefert war Einstein mit seiner Interpretation des photoelektrischen Efffekts der erste, der die Strahlung selbst als quantisiert betrachtete.

Erst 20-30 Jahre nach Einsteins Auslegung, als die QM erfunden war und Einstein insbesondere für seine Erklärung zum Photoeffekt den Nobelpreis bekommen hatte, zeigte sich, dass der Photoeffekt tatsächlich ohne die Vorstellung von quantisiertem Licht erklärt werden kann. Rein quantenmechanisch, mit der Schrödingergleichung und einem klassischen em. Feld. D.h. die Strahlung ist NICHT quantisiert, die Wechselwirkung mit Materie aber schon. Die Materie nimmt nur konkrete Energieportionen der Strahlung auf, die Strahlung aber hat KEINE quantisierte Amplitude. Jede Amplitude ist möglich.
Alles, was ich dir hier erzähle, findest du z.B. im Sakurai vorgerechnet.

(Ich darf hier leider keine Links einfügen, sonst hätte ich dir den Link zum Buch geschickt. Falls du es nicht kennst und es dich interessiert: ISBN: 0201539292)

Was spricht Deiner Ansicht nach so stark dafür, dass es auch Zwischen-Schwingungszustände gibt, so dass Du die Quantelung der Zustände zutiefst bezweifelst?

Das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon.

Wie werden Deiner Ansicht nach die Zwischen-Zustände einer Feldmode in der Thermodynamik korrekt behandelt?

Ich verstehe die Frage nicht ganz. Kannst du ein Bsp. nennen?

 

[Joey]

Ich verstehe die Frage nicht ganz. Kannst du ein Bsp. nennen?

Die Besetzungszahlen werden ja mit Hilfe der Zustandssumme - bzw. im kontinuierlichen Fall Zustandsintegral - ermittelt. Dabei wird jeder erreichbare Zustand beruecksichtigt. Mit gequantelten Zustaenden erhaelt man das richtige Ergenis. Mit einem Kontinuum an Zustaenden nicht. Warum? Wie verstecken sich die Zwischenzustaende?

Erst 20-30 Jahre nach Einsteins Auslegung, als die QM erfunden war und Einstein insbesondere für seine Erklärung zum Photoeffekt den Nobelpreis bekommen hatte, zeigte sich, dass der Photoeffekt tatsächlich ohne die Vorstellung von quantisiertem Licht erklärt werden kann. Rein quantenmechanisch, mit der Schrödingergleichung und einem klassischen em. Feld.

Und wieso haelt man an der Schroedingergleichung mit "klassischen Feld" fest, wenn die Vorstellung durch die Quantenelektrodynamik, in der die Wechselwirkung mit eben diesem Feld sehr gut beschrieben wird, schon abgeloest wurde?

 

[Benjamin]

Die Besetzungszahlen werden ja mit Hilfe der Zustandssumme - bzw. im kontinuierlichen Fall Zustandsintegral - ermittelt. Dabei wird jeder erreichbare Zustand beruecksichtigt. Mit gequantelten Zustaenden erhaelt man das richtige Ergenis. Mit einem Kontinuum an Zustaenden nicht. Warum? Wie verstecken sich die Zwischenzustaende?

Die Zwischenzustände können von der Materie nicht aufgenommen werden. Was nicht heißt, dass sie nicht existieren.

Und wieso haelt man an der Schroedingergleichung mit "klassischen Feld" fest, wenn die Vorstellung durch die Quantenelektrodynamik, in der die Wechselwirkung mit eben diesem Feld sehr gut beschrieben wird, schon abgeloest wurde?

Es kann zwar der Photoeffekt und damit die Absorption von Licht richtig erklärt werden, genauso wie die stimulierte Emission. Die spontane Emission jedoch nicht.

 

[Joey]

Die Zwischenzustände können von der Materie nicht aufgenommen werden. Was nicht heißt, dass sie nicht existieren.

Nochmal: Wie verstecken sie sich in der Zustandssumme? Warum werden diese Zustaende offensichtlich NICHT besetzt? Wenn sie besetzt werden wuerden/koennten, saehe das Licht-Spektrum schwarzewr Strahler ziemlich anders aus.

Und, wenn es sie gibt: Wo und wann werden sie denn besetzt?

Es kann zwar der Photoeffekt und damit die Absorption von Licht richtig erklärt werden, genauso wie die stimulierte Emission. Die spontane Emission jedoch nicht.

Oh, es kann noch viel mehr damit richtig beschrieben werden, bzw. mit der Erweiterung: dem Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Z.B. divere Wirkungsquerschnitte von Elementarteilchen-Streuungen. In der tat ist man gerade in der Elementarteilchenphysik ziemlich frustriert darueber, dass das Standardmodell (und die Quantenelektrodynamik ist ein Teil davon) so gut klappt und bisher herzlich wenig "physics beyond the standardmodel" zu sehen ist.

Und was kann an der spontanen Emission nicht erklaert werden? Die Rate spontaner Emissionen wird - soweit ich weiss - hervorragend gut beschrieben; eben nur nicht der genaue Zeitpunkt. Ist das Dein Problem, dass Du auf das EPR-Paradoxon zu sprechen kamst - die von Einstein bemaengelte Unvollstaendigkeit der Quantenmechanik?

 

[Benjamin]

Nochmal: Wie verstecken sie sich in der Zustandssumme? Warum werden diese Zustaende offensichtlich NICHT besetzt?

Die Zustandssume beinhaltet natürlich nur die möglichen Zustände, also eben gerade die, die besetzt werden können.

Warum sie nicht besetzt werden ergibt sich aus der Rechnung, vorgerechnet im Sakurai. Der tiefere Grund ist, dass Materie nur Schwingungszustände aufnehmen kann, die resonant zu den Übergängen zwischen stabilen Zuständen ist.

Und, wenn es sie gibt: Wo und wann werden sie denn besetzt?

Im Feld. Das em. Feld ist voll von diesen Zuständen.

Oh, es kann noch viel mehr damit richtig beschrieben werden,...

Ich bitte um Verzeihung. Ich habe gelesen, du hättest geschrieben "Warum hält man nicht an der Schrödingergleichung mit klass. Feld fest?". Die Schrödingergleichung mit klass. Feld erklärt eben nur Absortion und stimulierte Emission von Strahlung, nicht aber die spontane Emission. Hier braucht es die QED.

Ist das Dein Problem, dass Du auf das EPR-Paradoxon zu sprechen kamst - die von Einstein bemaengelte Unvollstaendigkeit der Quantenmechanik?

Ja genau. Eine Theorie, die dem gesunden Menschenverstand widerspricht, kann nicht der Weisheit letzter Schluss sein. Das EPR-Paradoxon legt diesen Widerspruch offen.

 

[Garfield]

Die Zustandssume beinhaltet natürlich nur die möglichen Zustände, also eben gerade die, die besetzt werden können.

Warum sie nicht besetzt werden ergibt sich aus der Rechnung, vorgerechnet im Sakurai. Der tiefere Grund ist, dass Materie nur Schwingungszustände aufnehmen kann, die resonant zu den Übergängen zwischen stabilen Zuständen ist.



Im Feld. Das em. Feld ist voll von diesen Zuständen.



Ich bitte um Verzeihung. Ich habe gelesen, du hättest geschrieben "Warum hält man nicht an der Schrödingergleichung mit klass. Feld fest?". Die Schrödingergleichung mit klass. Feld erklärt eben nur Absortion und stimulierte Emission von Strahlung, nicht aber die spontane Emission. Hier braucht es die QED.



Ja genau. Eine Theorie, die dem gesunden Menschenverstand widerspricht, kann nicht der Weisheit letzter Schluss sein. Das EPR-Paradoxon legt diesen Widerspruch offen.

Tja, quantenphysikalische Vorgänge haben aber nichts mit dem dzu tun was als "feinstofflich" bezeichnet wird.

 

[Joey]

Die Zustandssume beinhaltet natürlich nur die möglichen Zustände, also eben gerade die, die besetzt werden können.

Warum sie nicht besetzt werden ergibt sich aus der Rechnung, vorgerechnet im Sakurai. Der tiefere Grund ist, dass Materie nur Schwingungszustände aufnehmen kann, die resonant zu den Übergängen zwischen stabilen Zuständen ist.

Die Schwarzkoerperstrahlung ist ja Licht. Die Zustandssumme betrifft die Zustaende der Schwingungsmoden des EM-Feldes. Wo sind da die Zwischenzustaende?

Im Feld. Das em. Feld ist voll von diesen Zuständen.

Ja, wo sind sie denn? Wo sind diese Zustaende in der Zustandssumme des EM-Feldes?

Ich bitte um Verzeihung. Ich habe gelesen, du hättest geschrieben "Warum hält man nicht an der Schrödingergleichung mit klass. Feld fest?". Die Schrödingergleichung mit klass. Feld erklärt eben nur Absortion und stimulierte Emission von Strahlung, nicht aber die spontane Emission. Hier braucht es die QED.

Ja genau. Eine Theorie, die dem gesunden Menschenverstand widerspricht, kann nicht der Weisheit letzter Schluss sein. Das EPR-Paradoxon legt diesen Widerspruch offen.

Wieso "gesunder Menschenversatand"? Der ist kein Argument.

Und Einstein vermutete versteckte Variablen, die in der QM nur nicht beinhaltet sind. Mit den Bellschen Ungleichungen und Experimenten dazu kann man die Vollstaendigkeit und andere Attribute, die eine physikalische Theorie hat, untersuchen.

Und dann weiter die Frage: Warum soll das irgendetwas Feinstoffliches nahelegen?

PS: Ob es fuer spontane Emission schon die QED braucht, weiss ich nicht. Ich muesste da nochmal in meinen Unterlagen ueber Strahlungsprozesse wuehlen, falls die Frage wichtig waere. Fakt ist aber, dass die spontane Emission - zumindest die Wahrscheinlichkeit/Rate, mit der das geschieht - von der QED beschrieben wird.

 

[Lamia1]

Ist das Dein Problem, dass Du auf das EPR-Paradoxon zu sprechen kamst - die von Einstein bemaengelte Unvollstaendigkeit der Quantenmechanik?

Wie wird denn der EPR-Effekt quantenphysikalisch erklärt? Meines Wissens werden Begriffe wie Quantenverschränkung und Non-Lokalität eingeführt, die jedoch allenfalls beschreiben, aber nichts erklären.

Was bewirkt bei der wissenschaftlichen Messung/Observation von Teilchen den Kollaps der Wahrscheinlichkeitswellen? Dass die Interaktion mit der Umwelt die Ursache für die Auflösung der Superposition ist, wird im Rahmen der Dekohärenztheorie vermutet, die nach meiner Information nur bedingt belegt ist.