Elementarladung

Moin,

an sich hab ich vor rund 20 Jahren beschlossen, daß Physik einfach zu hoch für mich ist*, aber dank Lesch grübel ich grade doch mal wieder über etwas:

Laut „Standardphysik“ (siehe auch z.B. Definition bei Wikipedia etc.) ist das Elektron immer noch ein Elementarteilchen. Gut. Dann ist auch die Ladung von -e erklärbar und auch irgendwie noch logisch. Dummerweise sind nun aber die up- und down-Quarks die elektrischen - nennen wir es mal Gegenpole, und die haben Drittelladungen. Damit ist aber die Elementarladung schon mal nicht mehr so wirklich elementar, sondern zusammengesetzt oder zusammensetzbar(er). Naja, zumindest mal bei den Quarks. Aber warum nimmt man denn heute dann noch an, daß das Elektron unteilbar ist? Oder wie erklärt man, daß nun ausgerechnet das Elektron die fixe Ladung -e hat und Quarks auch mal dritteln dürfen? Oder sind da mal wieder ominöse Felder dran schuld, die den Teilchen ihre Ladungen zuteilen? So a la Higgs-Feldern?

*Damals hab ich wochenlang erfolglos versucht, einen Artikel über die verborgenen Dimensionen der Raumzeit im Spektrum d. W. zu verstehen. Als dann das Universum auch noch 16 Dimensionen haben sollte, hab ich mich still und heimlich ausgeklinkt… :wink:

Guten Morgen,

Damit ist
aber die Elementarladung schon mal nicht mehr so wirklich
elementar, sondern zusammengesetzt oder zusammensetzbar(er).
Naja, zumindest mal bei den Quarks. Aber warum nimmt man denn
heute dann noch an, daß das Elektron unteilbar ist? Oder wie
erklärt man, daß nun ausgerechnet das Elektron die fixe Ladung
-e hat und Quarks auch mal dritteln dürfen?

ich denke das liegt daran, dass die gesamte Physik traditionell auf diese Elementarladung ausgelegt ist und es zu kompliziert wäre eine andere Definition aufzubauen, weil das alles umwerfen würde und alles umdefiniert werden müsste.
Aber irgendwo wird man die Konstanten definieren müssen. Ob das nun die Größe der Ladung eines Elektrons ist oder die eines Quarks. Warum also das System umstricken?

Übrigens zu dem Harald Lesch möchte ich hier gern den Link nennen, weil mich dieser Typ mit seiner Rhetorik, seinem Wissen, seiner Art, seiner Didaktik … total inspiriert. Im Archiv findet man alle Sendungen.
http://www.br-online.de/alpha/centauri/

Schönen Sonntag Euch,
Sebastian

Hallo!

Damit ist
aber die Elementarladung schon mal nicht mehr so wirklich
elementar, sondern zusammengesetzt oder zusammensetzbar(er).

Das bedeutet aber im Umkehrschluss nicht, dass man die Elementarladung in Drittelladungen aufteílen könnte. Es ist bis heute noch kein Elementarteilchen beobachtet worden, das eine Drittelladung trägt. Die Existenz von Quarks ist meines Wissens nur indirekt erwiesen. Nehmen wir mal ein Meson, das aus einem Quark-Antiquark-Paar besteht. Versucht man dieses Paar zu teilen, so muss man so viel Energie hinein stecken, dass man damit zwangsläufig ein weiteres Quark-Antiquark-Paar erzeugt. Es ist also nicht nur technisch, sondern auch theoretisch nicht möglich die beiden Drittelladungen von einander zu trennen.

Naja, zumindest mal bei den Quarks. Aber warum nimmt man denn
heute dann noch an, daß das Elektron unteilbar ist?

Es gibt keine Beobachtung, die darauf hindeutet, dass das Elektron eine innere Struktur hat. Es scheint, dass man alle Eigenschaften des Elektrons durch dessen Ort, Impuls und Spin vollständig beschreiben kann. Außerdem ist bei allen bisher bekannten Teilchenreaktionen die Leptonenzahl eine Erhaltungsgröße.

Warum das Elektron ein Elementarteilchen ist, kann man wahrscheinlich mit den Methoden der Physik nicht erklären. Man kann in einer Theorie nur festhalten, dass es so ist.

Michael

Das bedeutet aber im Umkehrschluss nicht, dass man die
Elementarladung in Drittelladungen aufteílen könnte.

Hmm… ist das aber nicht unlogisch? Zum einen definiert man eine Elementarladung, auf der anderen Seite benutzt man aber dann doch wieder Bruchteile selbiger. Selbst wenn die Ladung der Quarks nur theoretischer Natur ist, rechnet man damit.
Für mich ist das, als ob man einfach mal definieren würde, daß Äpfel nur in der Mehrzahl als Körbe vorkommen, Birnen jedoch aus einzenen Früchten bestehen, aber nie einzeln aus einem Korb rauskommen. Wenn man den Birnen zusteht einzeln aber im Verband zu existieren, müßte man dann nicht konsequenterweise das gleiche auch für die Äpfel fordern? Wäre es dann nicht irgendwie zwingend anzunehmen, daß auch die Ladung des Elektrons aus Teilladungen besteht? Unabhängig davon, ob es nun (physisch) teilbar ist?

Es ist
bis heute noch kein Elementarteilchen beobachtet worden, das
eine Drittelladung trägt. Die Existenz von Quarks ist meines
Wissens nur indirekt erwiesen.

Was spricht dagegen anzunehmen, daß die Ladung des Elektrons auch eine Summe aus - von mir aus nicht trennbaren - Teilladungen ist? Nur daß es (bisher) physisch unteilbar scheint?

Nehmen wir mal ein Meson, das
aus einem Quark-Antiquark-Paar besteht. Versucht man dieses
Paar zu teilen, so muss man so viel Energie hinein stecken,
dass man damit zwangsläufig ein weiteres Quark-Antiquark-Paar
erzeugt. Es ist also nicht nur technisch, sondern auch
theoretisch nicht möglich die beiden Drittelladungen von
einander zu trennen.

Rechnen tut man aber trotzdem damit. Für mich ist die Elementarladung dadurch ad absurdum geführt. Entweder ist sie nun elementar oder eben nicht.

Es gibt keine Beobachtung, die darauf hindeutet, dass das
Elektron eine innere Struktur hat. Es scheint, dass man alle
Eigenschaften des Elektrons durch dessen Ort, Impuls und Spin
vollständig beschreiben kann. Außerdem ist bei allen bisher
bekannten Teilchenreaktionen die Leptonenzahl eine
Erhaltungsgröße.

Die Erhaltung der Ladungen ist ja auch eine definierte Regel, oder? So wie Impuls und Energie. Was spricht dagegen, den Elektronen dann eine Summe aus Teilladungen zu geben? Irgendwie ist das ganze doch unlogisch.

Warum das Elektron ein Elementarteilchen ist, kann man
wahrscheinlich mit den Methoden der Physik nicht erklären. Man
kann in einer Theorie nur festhalten, dass es so ist.

Wie gesagt, mich stört an der Geschichte halt, daß man einmal die Ladungen drittelt - auch wenn nur zur behelfsmäßigen Beschreibung der Eigenschaften der Quarks, auf der anderen Seite beim Elektron die Elemntarladung als unteilbar beläßt. Für mich unverständlich, dachte immer, die Physik wäre logisch(er)… :wink:

Es ist
bis heute noch kein Elementarteilchen beobachtet worden, das
eine Drittelladung trägt. Die Existenz von Quarks ist meines
Wissens nur indirekt erwiesen.

Was spricht dagegen anzunehmen, daß die Ladung des Elektrons
auch eine Summe aus - von mir aus nicht trennbaren -
Teilladungen ist? Nur daß es (bisher) physisch unteilbar
scheint?

Eigentlich ist es egal, ob man die Elektronenladung als Elementarladung bezeichnet oder ein Drittel davon - Hauptsache man einigt sich auf etwas. Aus positivistischer Sicht ist die Elektronenladung als Elementarladung durchaus berechtigt, denn sie ist in der Tat die Elementarladung der realen (direkt beobachtbaren) Welt. Die Quarks sind in dem Sinne nicht „real“, da sie aus prinzipiellen Gründen nicht einzeln beobachtet werden können. Trotzdem dürfte der Begriff der Elementarladung unabhängig von solchen Spitzfindigkeiten historisch entstanden sein - und es bestand noch kein Grund, ihn umzudefinieren.

Grüße,

Ptee

Hi,

prinzipiell hast du recht. Heute würde man evtl. das Elektron (und dann natürlich auch das Proton) als 3 Elementarladungen habend definieren. Das bedeutet aber nicht, dass es deswegen eine Substruktur haben müsste, darauf deutet nichts hin. Streng genommen sollte man dann z.B. aber auch das Atom (átomos =unteilbar) umbenennen und Protonen, Neutronen und Elektronen als Atome bezeichnen, denn diese sind wirklich unteilbar, weshalb es auch heute noch durchaus sinnig ist von Elementar-Ladung zu sprechen (außerdem tut man sich damit einfach leichter). Quarks sind letztlich nur theoretische Konstrukte (die wunderbar funktionieren) - aber es könnte durchaus sein, dass wir irgendwann eine andere Vorstellung vom inneren Aufbau der Nukleonen entwickeln werden.

Die Physik (und ihr Weltbild) ist im Fluss. Das aktuelle Standardmodell, das den ganzen Teilchenzoo incl. Quarks beschreibt wird sich in dieser Form nicht mehr lange halten können und in den nächsten Jahren durch ein besseres/erweitertes ersetzt werden (allerdings werden uns die Quarks vorerst erhalten bleiben:wink:.

Schon aus pragmatischen Gründen bleiben historische Definitionen daher meist so lange bestehen, bis es eben gar nicht anders mehr geht. z.B lernt heute noch jeder Schüler, der Strom fließe von „+“ nach „-“, in Wirklichkeit ist es genau umgekehrt - es bestand eben kein zwingender Grund es neu zu definieren und für den praktischen Entwurf elektronischer Schaltungen ist die wahre Stromrichtung irrelevant.

Gruß Ralf

die verborgenen Dimensionen der Raumzeit…

…sind eine Krücke. Sie müssen nur deshalb postuliert werden, weil sonst die Stringtheorie nicht funktionieren würde, ich würde sie nicht allzu ernst nehmen.