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Martin Bäker ist Physiker.
Er hat in Hamburg studiert und über die Simulation von Elementarteilchenprozessen promoviert. Seit 1996 erforscht er an der TU Braunschweig das mechanische Verhalten moderner Werkstoffe.
Wie Cäsar über sich in der dritten Person zu schreiben, findet er ein wenig seltsam.
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22.12.11 · 21:30 Uhr
Das Higgs und das Nix - das Vakuum ist auch nicht mehr, was es mal war
Kategorie: Naturwissenschaften · Kommentare: 35
Die Physik des Higgs-Teilchens ist ziemlich verrückt: Es bremst andere Teilchen, so dass sie eine Massebekommen, das Vakuum ist voller Teilchen, einige Teilchen werden von anderen gefressen, ach ja, Tachyonen spielen auch noch eine Rolle dabei.
Im ersten Teil haben wir gesehen, dass das Higgsteilchen den Materieteilchen ihre Masse verleiht. Dazu muss aber das ganze Vakuum mit dem Higgsfeld angefüllt sein. Wie das geht? Das - und noch einiges mehr - schauen wir uns jetzt an.
Das Higgs-Vakuum
"Vakuum ist, wenn da gar nichts ist, und wenn man ne Maus reintut, sie trotzdem drin krepiert." So eine Definition, die ich irgendwann vor ewigen Zeiten mal im Fernsehen gehört habe. Wenn wir alles weggeräumt haben, was sich wegräumen lässt, dann bleibt Vakuum übrig.
Vakuum ist aber nicht leer - dank der seltsamen Quanteneffekte passieren im Vakuum ständig irgendwelche Dinge, es bilden sich für Bruchteile von Sekunden beispielsweise Teilchen-Antiteilchen-Paare. Im Vakuum steckt immer auch eine gewisse Energie, oft als Nullpunktsenergie bezeichnet - die kann man allerdings dem Vakuum nicht entziehen, auch wenn euch windige Pseudowissenschaftler etwas anderes erzählen wollen, das klappt nur in der Science Fiction.
Damit wir überall ein Higgs-Feld haben, muss das Vakuum also mit diesem Feld angefüllt sein - wir denken, dass es Vakuum ist, aber in Wahrheit ist noch jede Menge Higgs drin. Aber wo soll die Energie für das Higgs-Feld herkommen?
Auch dafür haben sich die Physiker etwas einfallen lassen: Das Higgs-Feld hat eine höhere Energie, wenn es gleich Null ist. Das häufig hierzu gezeigte Bild sieht so aus:
Man spricht auch oft vom "Sombrero-Potential" (oder "mexican hat"). Aufgetragen ist hier nach oben die Energie gegen den Wert des Higgs-Feldes. Das Higgs-Feld hat hier zwei Komponenten, deswegen ist das Bild dreidimensional. In der Mitte, wo das Feld gleich Null ist, ist die Energie höher als in der "Rinne" der Hutkrempe. Ein Feldwert gleich Null ist also instabil, genau wie eine Kugel, die ihr auf die Mitte des Sombreros setzt. Die Kugel würde ja bei der leichtesten Störung herunterrollen und schließlich irgendwo in der Hutkrempe liegen bleiben. (Weil der Hut mit Kugel in der Mitte symmetrisch ist, aber mit Kugel in der Krempe nicht mehr, spricht man oft auch von einer "spontanen Symmetriebrechung").
Ein solches Verhalten lässt sich relativ leicht in eine Quantenfeldtheorie einbauen, man muss nur ein einziges Vorzeichen in der zentralen Formel umdrehen, nämlich da, wo die Masse steht. Genau gesagt wird aus einem +m2 ein -m2.
Was das bedeutet? Das bedeutet, dass das Higgs-Feld ein Feld ist, bei dem das Massenquadrat negativ ist. Und damit wird die Masse selbst mathematisch imaginär (denn wenn m2 negativ sein soll, dann geht das nur, wenn m ein Vielfaches der imaginären Einheit √(-1) ist). Das Higgs-Feld ist deshalb kein gewöhnliches Feld - das klingt jetzt wie Science Fiction, ist es aber nicht -: es ist tachyonisch. Tachyonen sind ja hypothetische Teilchen, die überlichtschnell fliegen können; das habe ich neulich ausführlich diskutiert. Dort habe ich allerdings den Aspekt, auf den es hier ankommt, nicht so stark betont: Ein einfaches Tachyon-Feld ist instabil.
Das sehen wir ja an dem Sombrero-Bild oben: Dadurch dass das Vorzeichen am Massenterm negativ ist, ist der Sombrero direkt am Nullpunkt nach unten gekrümmt - wieder nach oben krümmt er sich wegen weiterer Terme, die die Wechselwirkung des Higgsfeldes mit sich selbst beschreiben. (Mathematisch sind das höhere gerade Potenzen des Higgsfeldes, also z.B. hoch 4.)
Aus irgendeinem Grund, der mir absolut nicht klar ist, wird dieser Aspekt bei Diskussionen des Higgs-Mechanismus selten hervorgehoben. Es ist aber nicht daran zu rütteln: Das ursprüngliche Higgsfeld ist ein Tachyon-Feld.
Aber bevor ihr jetzt anfangt, euer überlichtschnelles Telefon zu planen oder die erste Zeitmaschine zu konstruieren (oder das CERN zu verklagen, weil finstere Forscher dort eine Zeitmaschine bauen), hier die schlechte Nachricht: Tachyonen habt ihr nur, solange das Higgsfeld verschwindet und euer Vakuum noch am Nullpunkt in der Mitte des Sombreros sitzt.
Wenn nämlich das Higgsfeld im Sombrero in die Krempe gerollt ist, dann krümmt sich dort ja alles ganz regulär nach oben:
Sobald sich also das endliche Higgsfeld im Vakuum ausgebildet hat, ist es vorbei mit den Tachyonen - wenn ihr jetzt das Feld anregen wollt, dann tut ihr das ja um den momentanen Wert, die Energie erhöht sich also bei der Anregung, und damit ist die Masse, die ihr für eure Anregung messt, ganz normal positiv.
Man muss also begrifflich ziemlich aufpassen (und vermutlich habe ich irgendwo in diesem Text auch geschlampt): Das Higgsfeld ist das ursprüngliche Feld, das sich vor der Symmetriebrechung (wenn wir noch im Mittelpunkt des Sombreros sind) wie ein Tachyon benimmt und dabei instabil ist. Nach der Symmetriebrechung hat das Higgsfeld einen bestimmten Wert, der überall im Vakuum derselbe ist. Energetisch hat es jetzt sein Minimum angenommen. Es ist die Wechselwirkung mit diesem Feld, die den Teilchen ihre Masse verleiht.
Wenn ihr dieses Feld jetzt anregt, dann hat diese Anregung eine höhere Energie, entspricht also einem Teilchen mit positiver Masse. Dieses Teilchen ist das Higgsteilchen, das man am Cern zu finden versucht. Es entspricht einer Bewegung der Kugel um die aktuelle Mimimumslage herum in Richtung auf die Mitte zu oder von der Mitte weg - in der Richtung ist die Kurve brav nach oben gekrümmt und das Higgsteilchen hat deswegen eine positive Masse. Ihr seht damit auch, dass uns die Masse des Higgsteilchens etwas über die Form des "Sombreros" verrät - deswegen ist sie ein wichtiger Parameter im Standardmodell, den man gern kennen würde.
"Aber Moment mal - man könnte doch auch in der Hutkrempe entlang rollen, das kostet dann doch gar keine Energie?"
Gute Frage. (Und wie jeder weiß bedeutet "gute Frage" zumindest bei Vorträgen auf Deutsch entweder "Ich hatte gehofft, dass das jemand fragt, weil ich jetzt zeigen kann, dass ich darauf ne schlaue Antwort habe" oder "Ich hatte gehofft, dass das niemand fragt, weil ich darauf keine schlaue Antwort habe". Heute trifft hoffentlich der erste Fall zu.)
Das Rollen entlang der Hutkrempe ist eine Änderung des Higgs-Feldes ohne Energieänderung. Es entspricht einem masselosen Elementarteilchen und ist ursprünglich ein Grund dafür gewesen, warum man das Higgs-Feld überhaupt eingeführt hat. Aber dazu muss ich nochmal wieder etwas ausholen. (Allgemeines Aufseufzen bei der Leserschaft...)
Die Masse der Eichbosonen
Erinnert ihr euch an die W- und Z-Bosonen aus dem ersten Teil? Das sind die, mit denen der ganze Ärger losging, weil die nur an die linkshändigen Teilchen koppeln und nicht an die rechtshändigen.
W- und Z-Boson selbst haben aber auch eine Masse, sogar eine ziemlich große. Und auch das ist eigentlich gar nicht zulässig.
W und Z werden auch als "Eichbosonen" bezeichnet, weil man sie mit Hilfe von so genannten "Eichtheorien" beschreiben kann (die ich auch mal erklärt habe, ich bin ja der Erklärbär). Die Wechselwirkungsteilchen in Eichtheorien müssen - ähnlich wie die Materieteilchen im letzten Teil - auch masselos sein. Für das Photon stimmt das, nicht aber für das W- und Z-Teilchen, denn die haben eine Masse. Und das führt leider wieder zu einer Menge Ärger: In einer Eichtheorie mit massiven Eichbosonen werden alle möglichen Größen bei der Berechnung unendlich und - noch schlimmer - Wahrscheinlichkeiten addieren sich nicht mehr zu Eins auf (vornehm sagt man dazu "Verletzung der Unitarität", weil das besser klingt als "Die Theorie ist so mies, dass nicht mal die einfachsten Sachen stimmen.")
Für diese Teilchen können wir aber nicht denselben Mechanimus verwenden wie für unsere Materieteilchen und sie einfach ans Higgsfeld koppeln lassen. Das hängt wieder mit der Helizität (oder Chiralität, ich bleibe schlampig und unterscheide das nicht) zusammen.
Ähnlich wie die Materieteilchen haben Photon, W und Z auch einen Spin, man kann sich also auch bei ihnen vorstellen, dass sie sich wie kleine drehende Kugeln verhalten. Ihr Spin hat aber einen anderen Wert - während die Materieteilchen Spin 1/2 haben (in Einheiten von ℏ ("h-quer"), was die Physiker aber aus Faulheit nie dazu sagen), haben die Eichbosonen einen Spin von 1.
Der Spin eines Photons hängt mit einer Größe zusammen, die ihr vielleicht aus dem Alltag kennt, nämlich mit der Polarisation von elektromagnetischen Wellen. In einer elektromagnetischen Welle zeigen das elektrische und das magnetische Feld ja immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung - es gibt zwei unabhängige Polarisationsrichtungen, beispielsweise E-Feld nach oben/unten oder E-Feld nach vorn/hinten. (Und das kann man zum Beispiel ausnutzen, um 3D-Filme ins Kino zu bringen.)
Man kann sagen, dass Photonen des einen Polarisationstyps linkshändig sind, die des anderen rechtshändig.1 Photonen haben also - wie unsere Materieteilchen - zwei mögliche Helizitäten.
1Damit das sauber passt, braucht man zirkular polarisiertes Licht, aber das ist jetzt nur eine technische Feinheit, die ihr ignorieren dürft, ich schreibe das hier nur hin, damit die Experten nicht nörgeln.
Massive Teilchen mit Spin 1 wie das W und das Z haben aber drei mögliche Werte für die Helizität - man kann sie vereinfacht als rechtshändig, linkshändig und Null bezeichnen.
Und das bringt jetzt ein Problem mit sich: Wenn wir nämlich den Higgs-Mechanismus aus dem ersten Teil verwenden wollten, um ursprünglich masselose Eichbosonen mit einer Masse zu versehen, dann fehlt denen eine Möglichkeit für die Helizität - nur durch den Higgsmechanismus könnten sie zwar eine Masse bekommen, aber keinen zusätzlichen Helizitätswert (man spricht auch vom "Freiheitsgrad" - das häufig verwendete Physikerwort für Zahl von Möglichkeiten). Mit dem einfachen Higgsmechanismus können wir keine massiven Teilchen mit Spin 1 aus masselosen Teilchen mit Spin 1 bekommen, denn die könnten nie eine Helizität von Null haben.
Reale W's und Z's können das aber - das weiß man aus der alten Theorie der V-A-Kopplung, die ich letztes Mal kurz erwähnt habe. Mit nur zwei Werten der Helizität würden die Vorhersagen der Theorie nie mit dem Experiment übereinstimmen.
Da wir zwei W-Bosonen (mit + und -) und ein Z-Boson haben, fehlen uns also drei Freiheitsgrade, um aus masselosen Ausgangs-Teilchen "unsere" W's und Z's zu machen. Wo sollen wir die nun wieder hernehmen?
Die aufopferungsvollen Higgsteilchen
Na klar, das Higgs bringt die Rettung. Denkt noch mal an den Sombrero von eben. Wir hatten uns gefragt, was mit dem Rollen entlang der Krempe ist. Das kostet keine Energie und entspricht deshalb einem masselosen Teilchen. Dieses Teilchen ist eigentlich überflüssig, denn es gibt in unserer Welt kein Teilchen, dass einer solchen Anregung des Higgsfeldes entspricht. Wir haben also hier ein Teilchen zu viel. Dieses Teilchen hat keinen Spin und damit nur einen Freiheitsgrad.
Hmm - erst hatten wir drei Freiheitsgrade zu wenig bei den W's und Z's, hier haben wir einen Freiheitsgrad zu viel. Und jetzt beginnt die große Trickserei, die mathematisch deutlich weniger weit hergeholt aussieht, als sie jetzt in der Erklärung klingen wird.
Aus einem masselosen Boson (mit zwei Freiheitsgraden) und einem ebenfalls masselosen Sombrero-Hutkrempen-Entlangroll-Teilchen mit einem Freiheitsgrad können wir ein massives Vektorboson mit 3 Freiheitsgraden zusammenbauen (2+1=3). Dass das tatsächlich funktioniert, klingt erstmal ziemlich weit hergeholt, aber es ist so. Man sagt auch, dass das Boson ein masseloses Higgsteilchen "frisst" und so eine Masse bekommt. (Sehr schöne Bilder und eine ähnliche Erklärung wie hier findet ihr bei Quantumdiaries.)
Was bei diesem "Fressen" passiert, kann man grob so umschreiben: Das Higgsfeld wechselwirkt mit den Bosonen. Wenn es einen von Null verschiedenen Wert bekommt, dann lassen sich die Formeln, die das Verhalten des masselosen Higgsfeldes und des bis jetzt noch masselosen Bosons so umschreiben, dass sie aussehen wie die Formel für ein Boson mit Masse, wobei der Higgsterm wegfällt. Beide Beschreibungen sind also gleich gut. (Genauso wie wir im ersten Teil zwei Möglichkeiten hatten, die Masse der Materieteilchen zu beschreiben: Mit einem Propagator mit Masse oder mit einem Propagator ohne Masse und den vielen Kringeln.)
Weil wir aber drei Bosonen haben, die eine Masse bekommen sollen, müssen wir drei masselose Higgsteilchen haben, die sich fressen lassen, eins für das Z und je eins für das W+ und das W-. Dazu müssen wir unseren Sombrero um zwei Dimensionen erweitern, was dann etwas schwer zu zeichnen ist. Ihr müsst euch vorstellen, dass ihr entlang der Hutkrempe in drei senkrechte Richtungen rollen könnt.
Wir fangen an mit einem Higgsfeld mit vier Komponenten (die nenne ich jetzt nicht Higgs-Teilchen, weil der Name ja schon belegt ist), die alle gleich Null sind. Zwei der Higgsfeld-Komponenten sind elektrisch geladen (eine positiv, eine negativ, die werden nachher von den beiden W's gefressen), zwei sind elektrisch neutral (eine verfuttert das Z, aus der anderen wird unser gutes altes Higgs-Teilchen).
Und wir fangen an mit vier masselosen Bosonen. Vier? Wieso vier und nicht drei? Das vierte Boson wird unser Photon werden, das bekommt aber keine Masse weil es kein Higgs zum Fressen abbekommt. Zwei der Bosonen sind neutral (die werden Photon und Z), zwei sind geladen, das werden die W's.
Unser Higgsfeld mit seinen vier Komponenten kann mit diesen vier Bosonen wechselwirken (und tut das in Form einer Eichtheorie). Aber das Higgsfeld mit seinem Wert von Null ist instabil, weil es ja ein Tachyonfeld ist.
Das ursprüngliche Vakuum mit Higgsfeld Null geht deshalb in ein Vakuum über, in dem der Higgsfeld-Wert ungleich Null ist, so wie die Kugel in die Krempe rollt. Das Vakuum verändert sich also (deshalb auch der Titel dieses Textes.) In unserem vierdimensionalen Sombrero gibt es jetzt nicht eine, sondern drei Richtungen entlang der Hutkrempe, also drei masselose Teilchen. Zwei davon sind geladen und werden von den beiden W's gefressen.
Eine der beiden anderen neutralen Higgs-Komponenten verbindet sich mit einem der beiden neutralen Bosonen und bildet das Z-Boson. (Das ist etwas vereinfacht, in Wahrheit ist das Z-Boson eine Mischung aus den beiden ursprünglichen neutralen, und das Photon ebenfalls - deswegen nennt man das ganze auch "elektroschwache Theorie", weil Elektromagnetismus - das Photon - und schwache Kernkraft - die Bosonen - gemeinsam auftreten.) Die andere Higgs-Komponente ist die in radialer Richtung, bei der sich die Energie ändert (also die, die nicht in der Krempe läuft, sondern senkrecht dazu). Die ist jetzt das Higgs-Teilchen, das man am CERN gern finden möchte.
In Summe haben wir also angefangen mit 4 masselosen Bosonen (8 Freiheitsgrade) und 4 Komponenten des Higgsfeldes (macht zusammen 12 Freiheitsgrade). Am Ende, nachdem die Bosonen ihre Higgse gefressen haben, haben wir drei massive Bosonen (9 Freiheitsgrade), ein Photon (2 Freiheitsgrade) und ein massives Higgs-Teilchen (kein Spin, also 1 Freiheitsgrad). Macht wieder 12, die Summe stimmt also.
Ist das nicht ziemlich weit hergeholt?
Das klingt nun wirklich alles ziemlich konstruiert, oder? Das Vakuum ist voll von Higgs, Bosonen fressen andere Higgsfelder, Materieteilchen bekommen ihre Masse durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Vakuum - sieht schon arg an den Higgsen herbeigezogen aus, oder?
Ist es auch. Und ich stimme mit jedem überein, der sagt, dass schöne physikalische Theorien anders aussehen. Deswegen hat es wohl auch so lange gedauert, bis das Standardmodell in dieser Form fertig war - diese ganzen Mechanismen, die ich hier so nett beschreibe, müssen ja alle sauber mathematisch hergeleitet und in ihren Konsequenzen überprüft werden. (Das nur als kleiner Hinweis für die, die mir jetzt mails schicken wollen, in denen sie ihre persönlichen Raumzeit-Oszillations-Vakuolen-Theorien oder was auch immer anpreisen wollen - rechnet's durch, sonst taugt es nichts - und nein, ich habe keine Lust, für euch eure tolle Idee mathematisch zu berechnen. (Ja, solche mails bekommt man als Blogger...))
Gibt es denn irgendwelche Hinweise darauf, dass das alles so stimmt?
Zunächst mal gibt es ein paar indirekte Hinweise: Die so aufgestellte Theorie stimmt extrem gut mit den Beobachtungen überein. Man hat auf der Basis dieser Theorie die Existenz der Z-Teilchen vorhergesagt und z.B. - wie von der Theorie gefordert - festgestellt, dass das Z schwerer ist als die W's. Auch einige Eigenschaften des Zs wurden richtig vorhergesagt. Außerdem löst das Higgsteilchen noch ein anderes kleines Problem: Berechnet man die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Teilchenreaktionen, bei denen W-Teilchen entstehen (nämlich die Erzeugung eines W+-W--Paares aus einem Elektron und einem Positron) dann ergibt sich rechnerisch bei hohen Energien Unsinn - gibt es dagegen das Higgs-Teilchen, so kommt ein vernünftiger Wert heraus.
Trotzdem sind das alles nur indirekte Hinweise auf das Higgsteilchen. Und weil es einerseits ein zentraler Bestandteil der Theorie ist, aber andererseits auch konzeptionell schon ziemlich kompliziert, sind solche indirekten Hinweise natürlich zu schwach. Deswegen sucht man ja am LHC auch nach dem Higgsteilchen. Wenn derartig involvierte und raffinierte Konzepte (spontane Symmetriebrechung, nicht-verschwindender Feldwert eines tachyonischen Feldes im Vakuum, Massen durch Feldkopplung) rein theoretisch abgeleitet und dann experimentell bestätigt werden können, wäre das sicherlich ein Triumph der theoretischen Physik.
Wenn es dagegen nicht gefunden wird, dann wird man ins mächtig Grübeln kommen. Wahrscheinlich wird man nach Variationen des Standardmodells suchen (vielleicht solchen, in denen das Higgsfeld etwas anders funktioniert), aber vielleicht muss man auch deutlich mehr an theoretischer Physik über Bord schmeißen - am Ende könnte das Standardmodell oder das ganze Konzept der Eichtheorie sich als zwar brauchbare Näherung, aber konzeptionell als fehlerhaft erweisen.
Das Higgs-Teilchen zu finden ist also durchaus einige Anstrengungen wert. Wenn es gelingt, belegt das das Konzept der Eichtheorien, gibt uns eine Antwort auf die Frage, wie die Materie einen Teil ihrer Masse bekommt (die Masse von Protonen und Neutronen ist zu einem guten Teil auch durch die Bindungsenergie festgelegt), und wir verstehen die Natur des Vakuums besser. Die Suche nach dem Higgs lohnt sich also auf jeden Fall.
Das Higgs und die Strings Aus aktuellem Anlass hier noch eine kleine Nachbemerkung: In der aktuellen Ausgabe von "Nature" kann man (neben einem leicht fragwürdigen Ausflug in die Traditionelle Chinesische Medizin) einen Artikel lesen, nach dem das Higgs-Teilchen aus der Stringtheorie vorhergesagt werden kann, und zwar in genau dem Massenintervall, in dem auch die Werte vom CERN liegen. Nun ja - ich bin sehr skeptisch. Es ist ja schon erstaunlich, dass die Stringtheoretiker seit Jahrzehnten versuchen, Teilcheneigenschaften vorherzusagen und dass es ihnen genau in dem Moment gelingt, wo tatsächlich ein neues Teilchen (möglicherweise) gefunden wurde. Einen ziemlich bösartigen Text zum Thema könnt ihr bei Peter Woit (einem der schärfsten Gegner der Stringtheorie) lesen.
Autor: MartinB· 35 Kommentare· Permalink· Trackback-URL
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Kommentare (35)
Wieder mal ein guter Beitrag ;). Das Sombrero Potential ist zwar nicht sehr Weihnachtlich, bereitet aber immerhin Fernweh zu Ländern mit höheren Temperaturen. :)
Und wie passen in dieses Konzept die masselosen Gluonen?
Für diese würde ja kein Freiheitsgrad mehr übrig bleiben?
.
Eigentlich ist alles ganz banal!
.
Das grenzenlose Vakuum hat einen Fehler. Dieser Fehler, ein Impuls, der im Vakuum keinen Widerstand findet, kann nicht enden. Das Vakuum hat diesem Impuls nichts entgegen zu setzen, um ihn zu beenden. Das Vakuum kann seinen Fehler nicht beheben.
So wie das Vakuum einen Fehler beinhaltet, so wird auch aufgrund der fraktalen Entwicklung alles Folgende einen Fehler beinhalten. Auch in der Allwissenheit wird dieser Fehler vorhanden sein, nämlich das Unwissen darüber, warum und was da eigentlich pulsiert. Im Gegensatz zum Vakuum, das nur in der Theorie vorhanden ist und deshalb auch absolut unendliche Eigenschaften haben kann, ist der Fehler im Vakuum in der Praxis vorhanden und kann daher nur relativ unendliche Eigenschaften haben.
Und dann geschah etwas, das nach Murphys Gesetz irgendwann geschehen musste: Der Fehler nimmt sich selbst wahr und verändert dadurch seine Eigenschaften (Urknall). Er nimmt sich selbst wahr. Er erkennt, „dass er ist“, er erkennt jedoch nicht, „was er ist.“ Auf der Suche nach dem „was er ist“ spaltet sich der Ursprung (Vakuum/Fehler) fraktal in nahezu unendlich viele Eigenschaften auf. Schritt für Schritt, jeweils nur um eine Ausnahme, bis zum Denken, dem Gedanken, der Intelligenz. Wir nennen das „Evolution“.
Das Denken steht nun an der Spitze dieser Entwicklung. Durch die Intelligenz hat der endlose Impuls nun auch die Möglichkeit, nicht nur zu erkennen, dass er ist, sondern auch zu erkennen, was er ist, nämlich nur ein ganz banaler Fehler im Vakuum, der schon immer da war, sich jedoch nicht wahrgenommen hatte.
Im Leben ist der Ur-Impuls im Herzschlag enthalten. Könnte das Vakuum seinen Fehler besingen, es würde einen Text von Andre Heller verwenden: „Wie mein Herzschlag gehörst zu mir“
Auszug aus http://www.physik.as
.
@IsabellaP
Die sind ja masselos, deswegen sind sie unproblematisch. Ich habe hier nur den elektroschwachen Teil des Standardmodells angeguckt - die starke Wechselwirkung mit den Gluonen hat mit dem Higgsfeld nichts zu tun, das Higgsfeld wechselwiirkt nur mit den Eichbosonen, aber nicht mit den Gluonen. Wenn man alle Freiheitsgrade im Standardmodell zusammenzählt, dann kommen die Gluonen und die Fermionen natürlich noch dazu.
@badhofer
Ich hatte es ja geahnt, deswegen oben der Hinweis "für die, die mir jetzt mails schicken wollen, in denen sie ihre persönlichen Raumzeit-Oszillations-Vakuolen-Theorien oder was auch immer anpreisen wollen".
Durchrechnen, nicht faseln!
@MartinB
Wenn du dir von Zeit zu Zeit dein Leben in der Zukunft durchgerechnet hast, dann wirst du im nachhinein erkannt haben, dass immer alles etwas anders gekommen ist, als wie du es errechnet gehabt hast. Rechnen ist sehr viel, jedoch nicht alles!
@badhofer
Au mann, noch'n Klischee bitte - in der Physik wird gerechnet, das heißt ja nicht, dass man als Physiker alles berechnet.
@MartinB
Die Wissenschaft steht im Dienste der Menschheit. Wissenschaftliche Abhandlungen würden wesentlich populärer sein, wenn ein Bezug zum täglichen Leben hervorgehoben wird. Unser Leben wird ja dominiert von physikalischen Gesetzen, der Zusammenhang ist für die meisten aber meist nur schwer erkennbar.
Wenn du dir die symbolische Geschichte mit dem Schneemann, ganz am Anfang auf http://www.physik.as , durchliest, dann erkennst du vielleicht eine Möglichkeit, wie du ab Morgen eventuell etwas anderes machen kannst, auch wenn es für dich nur ein Gefasel ist, wobei rein physikalisch gesehen du ja auch recht hast.
@MartinB: Sorry, ich kenn deine Antwort auf meine Frage bezüglich der Gluonen nicht ganz einordnen. Sie seien kein Problem, weil sie ja masselos sind. Aber du schreibst im Artikel auch über die Photonen, die ja ebenfalls masselos sind:
> Und wir fangen an mit vier masselosen Bosonen. Vier? Wieso vier und nicht drei? Das
> vierte Boson wird unser Photon werden, das bekommt aber keine Masse weil es kein
> Higgs zum Fressen abbekommt. Zwei der Bosonen sind neutral (die werden Photon und
> Z), zwei sind geladen, das werden die W's.
In diesem Zusammenhang war meine Frage gemeint: Wo bleiben die Gluonen in diesem Modell?
@IsabellaP
Das Photon müssen wir deshalb mitnehmen, weil Photon und Z im Modell zusammenhängen - die beiden masselosen Bosonen, mit denen wir anfangen, überlagern sich sozusagen, eins wird das Photon, eins wird das Z. Deswegen spricht man ja auch von der "elektroschwachen" Theorie, weil die vermischt werden, wenn das eine neutrale Higgs "gefressen" wird. Das sollte die Anmerkung in der Klammer
"(Das ist etwas vereinfacht, in Wahrheit ist das Z-Boson eine Mischung aus den beiden ursprünglichen neutralen, und das Photon ebenfalls - deswegen nennt man das ganze auch "elektroschwache Theorie", weil Elektromagnetismus - das Photon - und schwache Kernkraft - die Bosonen - gemeinsam auftreten.) "
andeuten.
Urpsrünglich (kurz nach dem Urknall) gab es also zwei masselose neutrale Bosonen, die beide an das Higgsfeld koppelten. Dann wurde das eine neutrale Higgs von denen gefressen, und übrig bleibt ein Photon (das gar nicht ans Higgs koppelt) und das Z (das ans Higgs koppeln kann).
Die Gluonen haben damit wie gesagt nichts zu tun, weil sie gar nicht an das Higgs koppeln.
Danke, Martin, jetzt hab ich's verstanden.
@MartinB
Schöner Artikel.
Da hast du dir aber richtig Mühe gegeben. Einführungen zum Higgs-Mechanismus sind normalerweise sehr schwer zu verstehen.
Vielleicht könnte man nochmal ausdrücklich erwähnen, dass das Higgs-Teilchen gerade nicht wie sonst üblich das direkt zum Higgs-Feld gehörende Teilchen ist.
(Sondern nur eine Anregungen einer bestimmten Komponente dieses Feldes ist bzw eine Anregung um den für die Massen verantwortlichen speziellen Grundzustand herum).
{Ist das eigentlich so richtig formuliert? Da kenne ich mich nicht wirklich aus.}
Ich finde es toll, wie Martin Bäker sich nicht als perfekten alles wissenden Wissenschaftler in seinen Artikeln darstellt sondern als forschenden - von Neugier getriebenen Menschen, der auch Fehler machen darf, wenn er mutig versucht zu komplizierte Prozesse für uns Laien bildhaft zu vereinfachen!
Was ich an dem Higgs Modell für TrägeMasse-Inertia nicht verstehen kann:
Wenn ein Großteil dieser Energie für Protonen/Neutronen in der Bindungsenergie der starken Kernkraft gespeichert ist und nichts mit dem Higgs-Äther-Feld zu tun haben soll:
Wie kann es dann kommen, dass es bei der TrägenMasse zu absolut korrekten Verhältnissen kommt in Bezug auf
- Trägheit
- Energie
- und sogar Gravitation
Der letzte Punkt ist auch noch gar nicht angesprochen nur in Bezug auf das Higgsfeld! Wenn das Higgsfeld keine Koppelung an die einsteinsche Raumkrümmung der Gravitation hat, ist nicht zu erklären, wieso es dort zu absolut schönen, gleichmäßigen und entsprechenden Werten kommt.
@Niels
"Vielleicht könnte man nochmal ausdrücklich erwähnen, dass das Higgs-Teilchen gerade nicht wie sonst üblich das direkt zum Higgs-Feld gehörende Teilchen ist."
Steht das nicht mehrfach im text, z.B. direkt unter dem 2. Sombrero-Bild? Oder ist das immer noch missverständlich?
@Ralph
"Wie kann es dann kommen, dass es bei der TrägenMasse zu absolut korrekten Verhältnissen kommt in Bezug auf
- Trägheit
- Energie
- und sogar Gravitation"
Gute Frage ;-)
Zunächst mal gilt nach Einstein ja, dass Masse gleich Energie ist - wenn etwas Energie enthält, dann hat es auch Masse und damit Trägheit. Insofern ist die träge Masse hier eigentlich nicht das Problem.
Nimm als Beispiel einen Atomkern, der sich aus Protonen und Neutronen zusammensetzt (und wir ignorieren mal, dass die aus Quarks bestehen und betrachten die als massive Kugeln). Wegen der Bindungsenergie der Kernteilchen ist die Energie des Atomkerns kleiner, als wenn ich die vier Teilchen röumlich getrennt hätte. Damit ist automatisch auch die Masse kleiner und entsprechend hat der Atomkern auch die zu dieser kleineren Masse passende Trägheit.
Was die Kopplung an die Gravitation angeht: Da sind zwei Aspekte zu berücksichtigen. Wenn Teilchen sich im Schwerefeld bewegen, dann ist das ja äquivalent zur Trägheit, und dass die kein Problem ist, habe ich eben schon versucht zu erklären. (Denn wie in meiner ART-Serie zu lesen, ist die Schwerkraft ja eigentlich eine "Illusion", Teilchen folgen .)
Der andere Aspekt ist, dass massive Teilchen ja auch die Raumzeit krümmen. Auch da ist es aber so, dass es nicht die Masse ist, die entscheidend ist, sondern die Energie (Formal steht in den Einsteingleichungen der Energie-Impuls-Tensor drin). Auch hier ist es also z.B. beim Atomkern so, dass er die Raumzeit weniger krümmt, weil er wegen der Bindungsenergie weniger Energie enthält.
Für die ganzen Higgs-Überlegungen gilt das jetzt ganz genauso: Wenn ein Elektron ans Higgsfeld koppelt und dadurch ne Masse bekommt, dann entspricht der eben auch eine Energie, die die Raumzeit krümmt.
Wobei die Details, wie Elementarteilchen ganz genau mit der Raumzeitkrümmung wechselwirken, nicht so ganz klar sind - sollte ich die verstehen, könnt ihr das in nature oder meiner dann bald folgenden Nobelpreisrede nachlesen ;-)
"der auch Fehler machen darf"
Ich sach ja immer: "Wer viiel arbeitet, macht viele Fehler, wer wenig arbeitet, macht wenig Fehler, und wir bemühen uns nach Kräften, Fehler zu vermeiden."
Fehler gehören dazu und sind wichtig, finde ich. Man kann ja nicht alles können und wissen und gleich im ersten Anlauf richtig machen - und wenn einen Leute beim Fehler machen erwischen, dann nimmt ihnen das gleich ein bisschen unnötigen Autoritätsrespekt (besonders bei Doktoranden wichtig, die sind dann "erwachsen", wenn sie sich trauen, einem zu sagen, dass man gerade Müll erzählt).
Nachtrag:
Eine ganz andere Frage ist natürlich die, wie der nicht-verschwindende Wert des Higgsfeldes mit der Gravitation wechselwirkt - wenn die Raumzeit kurz nach dem Urknall einen viel höheren Energiegehalt hatte, weil das Higgsfeld noch Null war, dann müsste die Symmetriebrechung auch drastische Auswirkungen auf die Raumzeitkrümmung haben. Das fällt aber sicher auch unter das Quantengravitationsproblem (auch die Vakuumfluktuationen aller anderen Quantenfelder müssten eigentlich die Raumzeit massiv krümmen, tun sie aber nicht).
Nochn Nachtrag: Da ist im ersten Text was verloren gegangen
"Teilchen folgen .)"
sollte natürlich heißen
Teilchen folgen Geodäten, also der kürzesten Verbindung zweier Punkte in der gekrümmten Raumzeit.)
Jahrelang hat man Texte, die man lesen musste oder wollte, solange gelesen, bis man auf den ersten Fehler gestoßen ist. Dann hat man den Text verworfen. Die Erkenntnisse sind inzwischen so weit fortgeschritten, dass, wenn man etwas liest, was auch nur an einer Stelle richtig ist, einen Schritt weiter bedeuten kann.
Beide Teile gelesen.
Mehrfach.
Ich starte nochmal von vorn - auf dem für mich halbwegs sicheren Terain von Feynman.
;)
@MartinB immer nur loben ist langweilig, aber einfach nur Abo reinschreiben auch. Wenn du aus deinen Physik-Beiträgen kein Buch machst, mache ich das eines Tages.
Was ich an den Higgs so interessant finde ist, dass die kleinen Biester sich, trotz der ganzen Theorie anscheinend so gut verstecken können.
MartinB sagte:"Nimm als Beispiel einen Atomkern, der sich aus Protonen und Neutronen zusammensetzt (und wir ignorieren mal, dass die aus Quarks bestehen und betrachten die als massive Kugeln). Wegen der Bindungsenergie der Kernteilchen ist die Energie des Atomkerns kleiner, als wenn ich die vier Teilchen röumlich getrennt hätte. "
Da ist das Problem. Ich sehe es genau anders herum:
Ein gebundener Atomkern hat mehr Energie als seinen Einzelteile. In einem gebundenem Atomkern gibt es die Bindungsenergie/starke Kernkraft, die nicht mit dem Higgsfeld wechselwirkt.
Der Atomkern müsste schwerer sein als einzelne Quarks.
Und wie kommt es dann, dass diese schwerere Schwere genau proportional zum Energiegehalt schwerer ist in ihren Auswirkungen auf Inertia/Trägheit und Gravitation wie Teilchen, die nur durch Higgs ihre Trägheit bekommen. Um eine genau proportionale Beziehung hinzubekommen müsste die starke Kernkraft etwas mit dem Higgsfeld zu tun haben!
@roel
"Wenn du aus deinen Physik-Beiträgen kein Buch machst, mache ich das eines Tages. "
Hmm, das klingt nicht gut, sondern eher nach guttenberg.
@Ralph
"Ein gebundener Atomkern hat mehr Energie als seinen Einzelteile."
Das ist verführerisch, so zu denken, aber leider falsch. Wichtige Regel: Bindungsenergie sind *immer* negativ, wenn man sie mit dem ungebundenen System vergleicht.
Ich erkläre es mal mit nem anderen Beispiel: Nimm zwei Materieklumpen, die sich anziehen (entweder elektrisch oder gravitativ, das ist egal). Wir starten mit den beiden Klumpen sehr weit weg voneinander. Das System hat jetzt eine bestimmte Energie.
Dann lassen wir die beiden Klumpen los. Sie stürzen aufeinander zu. Kurz bevor sie aufeinanderprallen haben sie beide eine Geschwindigkeit, die sie vorher nicht hatten. Die Energie dafür kommt aus der potentiellen Energie (woher sonst), die muss also kleiner sein als vorher - Bindungsenergien sind negativ.
Das ist ja auch der Trick bei der Kernfusion: Wenn ich vier Protonen zu einem Heliumkern und ein bisschen Extra-Zeugs zusammenbacke, dann wird Energie frei, weil der Heliumkern weniger Energie hat.
Wenn Bindungsenergie positiv wären, dann wäre es für das System ja energetisch "günstig" (mit allen notwendigen Vorbehalten beim Thema Energieminimierung, hier ist das aber o.k.), in seine Bestandteile zu zerfallen - ganz ähnlich wie bei dem Sombrero oben wäre das gebundene System instabil. Vielleicht sollte ich mal nen Text über Energieerhaltung, Energieminimerung und so schreiben - da denkt man als Physiker immer, dass das ja völlig klar ist, aber neulich gab's ja auch schon ne Diskussion dazu...
"Und wie kommt es dann, dass diese schwerere Schwere genau proportional zum Energiegehalt schwerer ist in ihren Auswirkungen auf Inertia/Trägheit und Gravitation wie Teilchen, die nur durch Higgs ihre Trägheit bekommen."
Jedes System hat eine Gesamtenergie E. Nach Einstein ist E=mc2, und dieses m ist dabei die Masse, und zwar sowohl die schwere als auch die träge Masse. Es ist dabei vollkommen egal, wo die Energie herkommt: Ein Elektron, das mit hoher Geschwindigkeit fliegt, hat (in meinem Bezugssystem) eine höhere Trägheit, weil es eine höhere kinetische Energie hat (und die Regeln der SRT sorgen dafür, dass das in allen Bezugssystemen konsistent bleibt).
Ein Elektron in Ruhe bekommt seine Masse durch Wechselwirkung mit dem Higgsfeld. Dem entspricht eine bestimmte Energie, und diese Energie sorgt für die Trägheit. Ein Atomkern bekommt seine Masse durch die starke Kernkraft, dem entspricht auch wieder ne Energie, und die sorgt für die Trägheit.
Ist ein bisschen so wie bei der Einkommenssteuer - es ist egal ob du dein Geld als Physiker, Lastwagenfahrer oder Krankenpfleger verdienst, die Einkommenssteuer richtet sich nach dem Geld, das du bekommst, unabhängig davon, woher es kommt.
@MartinB
>> unabhängig davon, woher es kommt.
Würdest du die Frage beantworten, woher es kommt? z.B. von A, hättest du nur eine neue Frage eröffnet, nämlich: „Wie ist es nach A gekommen? Die Antwort: Nach A ist es von B gekommen, würde wieder nur eine neue Frage eröffnen, nämlich: Wie ist es nach B gekommen? usw. (Matrjoschka Puppen) Die Frage kann doch nicht sein, woher die Energie kommt oder aus welchem Versteck sie wirkt, sondern, was machen wir aus der Tatsache, dass sie da ist.
Der Vergleich mit der Einkommenssteuer ist hervorragend. So wie auch der Jesus (unabhängig davon, ob es den überhaupt wirklich gegeben hat oder nicht) nur in Vergleiche zitiert wird. Um den Mikrokosmos zu erfassen, sucht man sich eine vergleichbare Situation aus unserem wahrnehmbaren Bereich und stellt einen Vergleich dazu her. Dann wir die Situation wesentlich bildlicher erfassbar. Jetzt muss ich eine Stelle aus dem von dir als Faselei bezeichneten Text von http://www.physik.as zitieren: „Man wir sowohl im Makrokosmos als auch im Mikrokosmos keine Situation finden können, die man nicht auch in unserem wahrnehmbaren bereich finden kann“ Die Physik wird wesentlich leichter durchschaubar, erfassbar und vermittelbar, wenn man Vergleiche dazu herstellt.
>> Jedes System hat eine Gesamtenergie!
So aus, fertig. Die Frage ist jetzt: „Was machen wir damit.“ Nützen wir sie zum vereinen oder zum spalten.? Die Frage, woher sie kommt überlassen wir lieber den Matrjoschka`s beantworten.
Die fähigsten Leute der Welt beschäftigen sich mit der Matrjoschka-Frage, woher wir kommen und lassen die Frage, was machen wir aus der Tatsache, dass wir da sind, den Politikern (um nicht zu sagen, den größten Trotteln) über. Na, bravo!
@MartinB Guttenberg hatte einige Probleme, die ich nicht habe, er hatte dutzende von Datenträgern, von dutzenden von Quellen und hat die paar Worte, die er selber geschrieben hat, nicht mehr wieder finden können. Ausserdem hat er dann noch fürchterlich mit den Quellenangaben geschlampt... Ich habe nicht vor, ihn irgendwie zu imitieren.
@roel
Naja, wenn *du* meine texte als Buch rausbringst, dann könntest du eventuell doch ein Problem bekommen - und nein, meine Bemerkung war nicht so ganz ernst gemeint.
Ok, dass Bindungenergie immer negativ ist
- darüber hatte ich noch nie nachgedacht - ich dachte immer nur Energie ist positiv=Masse -
klingt logisch, weil andersrum die Dinge auseinanderfliegen würden, weil es EntropieEnergetisch günstiger wäre.
Aber warum dann die Behauptung:
"Ein Atomkern bekommt seine Masse durch die starke Kernkraft"
Das ist doch positiv gemeint, oder gibt es neben negativer Energie auch negative Masse?
Ist die starke Kernkraft Bindungsenergie? Dachte ich doch so, oder was ist sie?
Wenn diese "Masse durch starke Kernkraft" nicht mit dem Higgsfeld interagiert und sie nicht als Trägheit durch Higgs definiert ist, dann ist doch verwunderlich, dass überhaupt etwas korreliert. Und dann korreliert das alles noch so ungemein genau und auf allen Ebenen!
Das wollte ich sagen: Obwohl Higgs und starke Kernkraft zwei Welten sind, die angeblich nichts miteinander zu tun haben, haben die beiden aber genau den gleichen Geschmack.
@ralph Ulrich
"Ein Atomkern bekommt seine Masse durch die starke Kernkraf"
Ja, da habe ich mich mal wieder schlampig ausgedrückt: Die Masse des Atomkerns ist gleich der Masse der Protonen + Neutronen minus der Bindungsenergie. Und die Protonen und Neutronen bekommen ihre Masse im wesentlichen durch die Starke kernkraft. Ich klaue mal bei Wiki:
"Weniger als 5 % der Masse des Protons kommt von den Valenzquarks, der Rest stammt von der Bewegungs- und Bindungsenergie zwischen Quarks und den Gluonen, wobei letztere als Kraft-Austauschteilchen die starke Kraft zwischen den Quarks vermitteln"
Und jetzt sagst du - zu recht - dass ich eben doch behauptet habe, wenn die Bindungsenergie positiv wäre, dann würde das gebundene Gebilde zerfallen.
Das ist aber bei Protonen und Neutronen nicht so, weil die starke Kernkraft mit der Entfernung zunimmt - ein Proton hat bereits die kleinstmögliche Energie, die eine Ansammlung von drei Quarks haben kann, wenn man versucht, die Quarks rauszureißen, dann kostet das Extra-Energie. Das ist die sogenannte "asymptotische Freiheit", die ist schon sehr speziell und tritt nur bei der starken Kernkraft auf.
"Wenn diese "Masse durch starke Kernkraft" nicht mit dem Higgsfeld interagiert und sie nicht als Trägheit durch Higgs definiert ist, dann ist doch verwunderlich, dass überhaupt etwas korreliert"
Wie gesagt, dass liegt daran, dass es der Trägheit vollkommen egal ist, woher die Energie kommt. Die Energie ist sozusagen der "gleiche Geschmack".
Der Nachteil von Diskussionen in einem Blog ist nach meinen Beobachtungen der, dass schon nach wenigen Tagen keiner mehr „reinschaut“ – Ich hoffe trotzdem, dass jemand die Frage beantworten wird/kann:
Bewegungsänderungen bei masselosen Teilchen erfolgen ja (meines Wissens) immer Instantan. „Photonen werden nicht Beschleunigt“
Erfolgen nun auch bei massebehafteten Teilchen (behaftet passt ja nun ganz gut :-)) Bewegungsänderungen Instantan?
Gruß
Aveneer
Welche Auswirklungen hat der Higgs-Mechanismus, sollte er denn tatsächlich existieren, auf die Kosmologie? Besonders auf die Kosmogenese?
Das Problem bei solchen "arg konstruiert" wirklenden Mechanismen ist ja die Frage nach ihrer Entstehung. Und da hab ich als Laie Probleme beim gesamten Standardmodell.
Wilde Spekulationen über einen Bärtigen Weltenbauer mal ausgeklammert, sollte ja der Beginn von Allem möglichst simpel gewesen sein. Aber simpel stelle ich mir den Urknall an der Spitze des Sombrero Hutes nicht gerade vor. Dürfte einiges an Mathematischer Komplexität hinzufügen, als vereinfachen. Hmmm.. Irgendwie würde mir glaube ich ein tatsächlicher Fund des Higgs Teilchens nicht gefallen...
@Aveneer
Keine Bange - durch das "neuste Kommentare-Feld" links sehe ich meistens, wenn jemand was schreibst, selbst wenn es zu alten Texten wie den Maxwellgleichungen ist. Falls ich mal ne Frage ignoriere, schick mir einfach ne mail und beschwer dich.
Das mit der "instantanen" Beschleunigung ist so nicht ganz korrekt, glaube ich. Nehmen wir mal einen Prozess, bei dem ein Photon ausgesandt wird: Im Bild der Feynman-Diagramme (ich verweise mal wieder auf meinen alten Text dazu) musst du ja über alle denkbaren Zeitpunkte und Orte summieren, und der Gesamtprozess ergibt sich als Summe aus all denen. In der Sprache der normalen Quantenmechanik würde man mit der Unschärferelation argumentieren - so oder so ist der Zeitpubnkt, zu dem ein Photon entsteht, normalerweise nicht exakt bestimmt, deswegen muss man mit dem Begriff "Beschleunigung" vorsichtig sein.
Bei massebehafteten Teilchen ist das ähnlich - da kommt jetzt noch hinzu, dass man die vielen Möglichkeiten, mit einem, zwei, drei... Kringeln im Diagramm alle berücksichtigen und aufaddieren muss. Und da kann dann - z.B. in einem elektrischen Feld - in der Summe ein ganz normales Bechleunigungverhalten herauskommen (wobei ich nicht weiß, ob das schon mal jemand explizit ausgerechnet hat).
@Herlaquin
"Aber simpel stelle ich mir den Urknall an der Spitze des Sombrero Hutes nicht gerade vor"
Ist insofern aber "einfach", weil dieser Zustand vollkommen symmetrisch ist. Was "Einfach" ist, ist aber Geschmackssache - Supersymmetrie- und Superstringanhänger finden es total schick und einfach, anzunehmen, dass alle Elementarteilchen in einer einzigen mathematischen Gruppe (zum Beispiel das "Monster E8" - ruhig mal googeln) zusammengefasst werden, und dass man dafür ein paar Hundert neue Elementarteilchen postulieren muss, stört die gar nicht. Mein Geschmack ist anders.
Und wer sagt schon, dass das Universum "einfach" sein muss - gerade die Multiversumsanhänger würden das vermutlich nicht annehmen - das es viel mehr möglichkeiten gibt, komplizierte Universen als einfache zu bauen, wäre unsers statistisch gesehen höchstwahrscheinlich kompliziert.
Was die genauen Auswirkungen auf die Kosmogenese angeht, da bin ich im Detail überfragt. Sicherlich muss das Higgs-Vakuum irgendwann kurz nach dem Urknall vom symmetrischen in den gebrochenen Zustand übergehen, aber was da genau passiert ist und welche Auswirkungend as auf die Raumkrümmung etc. hatte (oder ob das vor, während oder nach der Inflation passierte) weiß ich spontan nicht. Könnte sein, dass Floorian darüber mal geschrieben hat, der ist ja unser Kosmologe.
Hallo MartinB,
Wenn ich dich richtig verstehe, kann man aufgrund der „Unschärfe/Gesamtprozess “ nicht ausschließen, dass das Photon durch die Zwischenschritte nicht doch eine Art Beschleunigung erfährt? Finde ich nicht schlecht. Nur dachte ich aus der Erinnerung heraus, dass andere Überlegungen dies irgendwie ausschließen (ggf. RT…). Zudem hatte mir den Gedanke recht gut gefallen, dass alles was man braucht, ist sich von Higgsfeld „abzukoppeln“ um c zu erreichen/Ruhemasse „abzuwerfen“. Da kommen doch einem gleich neue Antriebskonzepte in den Sinn ;-).
Spaß bei Seite: Grundsätzlich würde man aber so doch eine Beschleunigung des Photons ausschließen können (als unnötig erachten), da es nicht mit dem Higgsfeld wechselwirkt und daher instantan c besitzt. Anders ausgedrückt: Indem Moment indem ein Teilchen nicht mehr mit dem Higgsfeld wechselwirkt besitzt es c. Indem Moment indem aus zwei Photonen ein Teilchenpaar entsteht besitzen sie Ruhemasse und sie erreichen instantan ein v
Warten wir’s ab: Die Daten sprechen für, mein Kopf/Bauch gegen das Higgsfeld
Gruß
Aveneer
@Aveneer
Das Problem mit deiner Vorstellung ist, dass du das Photon als Teilchen ansiehst und sozusagen einen einzigen Feynman-Graphen mit einem exakten Raumzeitpunkt der Photonentstehung im Kopf hast. In jedem einzelnen Graphen wird das Photon natürlich instantan auf c gebracht. In der Summe aller Graphen - wenn man also das Feld betrachtet - wird es aber schwierig, ein Konzept wie die Beschleunigung eines Photons überhaupt zu definieren (letztlich eine Form des Welle-Teilchen-Dualismus). Man hat ja immer eine Art Wellenpaket, das macht die eindeutige Definition von Geschwindigkeit (und beschleunigung) schwierig - und in der QFT sind Photonen ja nicht auf v=c festgelegt, sondern dürfen davon abweichen (das nennt man dann meist "virtuelle teilchen", aber der Begriff ist mit Vorsicht zu genießen - kommt im nächsten Teil der QFT-Serie dran, falls ich mich mal von den ganzen tollen Dino-Artikeln und anderen Ablenkungen losreißen kann, um den endlich fertig zu machen...)
Hmm..
Gehen wir mal von der Korrektheit des Higgs Mechanismus aus. Und nehmen wir nun an er würde nicht irgendwann nach dem Urknall eintreten. Dann könnte man sich den Verlauf des Urknalls recht langweilig vorstellen.
Ein Haufen Energiequanten, die sich mit Lichtgeschwindigkeit "ausbreiten". Alle voneinander weg, also gänzlich ohne Interaktion miteinander.
Das ergäbe eine recht langweilige statische, glatte Raumzeit. Jede Weltlinie eines Energiequants ist aus seiner sicht gleich. Und da es ja keine "Draufsicht" aufs Ganze gibt, öhh, für die Quanten keine Zeit vergeht (dank Lichtgeschwindigkeit), kann man weder von der Existenz von Raum, noch von Zeit sprechen.
Die Beschreibung dieses Universums wäre denke ich recht simpel.
Erst mit dem Higgs und dem Abbremsen bestimmter Energiepaketchen, kommen unterscheidbare, individuelle Weltlinien ins Spiel. Und somit dann erst Raum und Zeit. hmm..
Bin ich da prinzipiell auf dem Holzweg, oder könnte man so argumentieren?
@Harleaquin
Ich finde das unglücklich - mit dem Higgsmechanismus bewegen sich ja auch alle Teilchen in ihren Feynmandiagrammen mit Lichtgeschwindigkeit, und effektiv sehen wir etwas anderes.
Oder nehmen wir Quarks in Nukleonen - soo anders würden Nukleonen vermutlich gar nicht aussehen, wenn Quarks masselos wären; ein Verbund von drei Quarks wäre immer noch stabil.
SIcher wäre eine Welt aus lauter masselosen Teilchen anders als unsere - aber dass man dort keine Zeit und keinen Raum definieren kann, sehe ich nicht. Letztlich hätte man ja trotzdem eine Feldtheorie, mit Feldwerten (bzw. deren quantenmechanische Überlagerung) an den jeweiligen Raumzeitpunkten.
Wen ich es richtig verstehe, macht z.B. Penrose die Lichtkegel zu den fundamentalen Objekten in seiner Twistor-Theorie - trotzdem sollen da am Ende Raum und Zeit wie bekannt rauskommen. Ich glaube, ganz so einfach ist es also nicht.
Wärs so einfach, wären ja auch schon klügere Menschen als ich darauf gekommen, wie alles Begann :)
Aber ich mag solche was-wäre-wenn Gedanken. Und solche Artikel sind da immer sehr inspirierend.
Andersrum spekuliert, was wäre wenn Licht eine Masse hätte, findet sich übrigens in "The Clockwork Rocket" von Greg Egan. Um mal einen nachweihnachtlichen Buchtipp zum Besten zu geben.
Ja, spekulieren ist immer gut (so lange man weiß, dass es einen Unterschied zwischen "ich spekuliere wild in der Gegend rum" und "Ich habe gerade die Welterklärungstheorie gefunden und die muss richtig sein" gibt.)
Licht mit Masse - hmm, dann hätte die elektromagnetische Kraft ne endliche Reichweite und würde exponentiell abnehmen. Was heißt denn das für die Maxwell-Gleichungen?
Jede Forschung beinhaltet Phasen wilder Spekulation. Wenn ich meinen Schlüssel in der Wohnung verlege und er überall dort, wo er sein könnte, nicht aufzufinden ist, dann suche ich auch an Stellen, wo er sicher nicht sein kann.
Wie kann man etwas entdecken, wenn man nur eingetretene Pfade geht?
Wie oft fällt beim Fußball ein Tor aus einer Situation, die nie zu einem Tor führen kann. Wie oft muss ein Fußballspieler daneben schießen, bis er ein Tor erziehlt?