Interessantes zu Theoretischer Physik


Wie Quantenfeldtheorie uns Strahlung und Materie erklärt

Wie die Grundidee der Quantenfeldtheorie (QFT) uns nahelegt, kann man jede Portion von Strahlung und/oder Materie sehen als ein Paket harmonischer Wellen (sog. atomater QuBits) im Feld der physikalischen Grundkräfte.

Nach Heisenbergs Unschärferelation für das Paar Zeit und Energie haftet jedem Wellenpaket gewisse Unbestimmheit an gegeben allein schon durch die Tatsache, dass Quantenfluktuation jederzeit QuBits erzeugen oder durch Annihilation vernichten kann. Insbesondere treten solche Ereignisse in jedem noch so kleinen Zeitintervall auf.

Damit ist klar, dass sich sogar Wellenpakete, die Elementarteilchen im Sinne des Standardmodells der Elementarteilchenphysik sind, ständig ein klein wenig modifizieren.


|

Mir wird zunehmend klarer, welch gro0en, bisher noch gar nicht ganz ausgeloteten Fortschritt die nun doch schon 6 Jahrzehnte alte Idee der Quantenfeldtheorie darstellt — insbesondere dann, wenn man sie bis zu den atomaren (= nicht nur effektiven) QuBits als den nicht weiter zerlegbaren Energieportionen (Feldanregungen) hinunter durchdenkt.

In diesem Zusammenhang wundert es mich, dass — wenn Kosmologen vom Zustand des Universums direkt nach dem Urknall sprechen — sagen, es wäre da ein "Quark-Gluonen-Plasma" gewesen, in dem sich erste Materieteilchen heute unbekannten Typs vorfanden.

Deutlich plausibler ist doch, dass es da – zeitlich noch näher am Urknall – zunächst nur eine riesige Wolke von QuBits gab (durch eine mächtige Quantenfluktuation entstanden), in der sich dann aber fast sofort (durch Gravitation) Quarks gebildet haben: als Zusammenballung zu einander passender QuBits.

Das passt auch gut zu einer Bemerkung von Thomas Görnitz, nach der man Quarks wohl eher nicht als freie Teilchen, sondern treffender als "Strukturzustände" sehen sollte.

Wie Helmut Satz (der Andre Linde gut kennt und wohl auch mit ihm befreundet ist) im Vortrag erklärt, könnte der Urknall Phasenübergang gewesen sein (analog zu dem, der entsteht, wenn Wasser zum Kochen kommt und sich deswegen Blasen darin bilden). Wohl deswegen spricht Linde von "Blasenuniversen".

Mir persönlich erscheint Quantenfluktuation als Ursache eines Urknalls plausibler, denn:

Der Quantenfeldtheorie folgend stelle ich mir den physikalischen Inhalt des Weltalls vor als Summe von Schwingungen der Oberfläche eines unendlich großen Meeres von Vakuumenergie. Sie entspricht der Ober­fläche eines Ozeans, die — weiträumig gesehen — durch unterschiedliches Wetter über ihr — in unterschiedlichen Teilregionen ganz unterschiedlich starke Wellenbewegung zeigen kann.

Wenn da nun also der Sturm (analog zur den Urknall erzeugenden Quantenfluktuation) einen riesigen Wellenberg erzeugt, wird der ja wieder in sich zusammenfallen, was bedeutet, dass er an Höhe verliert und entsprechend an seinem Fuß an Breite gewinnt (was im Kosmos der Expansion des Raumes entspre­chen könnte).

Wenn also — wie Brian Greene nachgerechnet hat — unser Universum sich in etwa 100 Mrd. Jahren durch Raumexpansion derart weit verdünnt haben wird, dass aus der Milchstraße heraus keine 50 Galaxien mehr sichtbar sind (statt der vielen Milliarden heute noch beobachtbaren) entspräche das im Ozean einem Zu­stand der Wasseroberfläche, wie er bei fast Windstille gegeben ist.


Dieses Modell im Kopf wird man dann wohl zur Ansicht kommen, dass man sich Universen tatsächlich eher als Landschaften vorzustellen hat, die — wie auch Susskind meint — fließend in einander übergehen.

Note: Auf den ersten Blick könnte man meinen, dass das Innere jeden Schwarzen Lochs – was ja ganz klar als eigenes Universum einzuordnen ist – Gegenbeispiel sei. Dem ist aber nicht so, da Hori­zon­te ja nur geometrische Orte sind, über die hinaus man den Weltraum nicht mehr einsehen kann.

|

Wichtiger Hinweis:

Wo oben von QuBits oder präziser von "atomaren" QuBits die Rede ist, sind damit harmonische Feld­anregungen gemeint (Wellen im Potentialfeld der physikalischen Grundkräfte, die unteilbare Portionen von Energie darstellen).

QuBits im Sinne von Quantencomputern sind nur effektive QuBits (= Photonen in dem Sinne, wie Physiker sie im Doppelspaltexperiment, von einer Lichtkanone erzeugt, nacheinander zum Doppelspalt schicken). Erst Fouriertransformation würde sie als Summe abzählbar vieler atomarer QuBits zeigen.
Wissenswertes zu "Quantenfeldtheorie, Potentiaklfeld, Strahlung, Materie, QFT" zusammengestellt durch Gebhard Greiter.
tags: stw5790QBQM: QuBitsngegreit Quantenfeldtheoriengegreit Materiengegreit