Kleinstes Teilchen

Wissenschaft Physik
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Die Elementarteilchenphysik buddelt immer weiter, um festzustellen, daß es immer noch kleinere Teilchen gibt.

Gibt es Überlegungen darüber, was für Eigenschaften ein potentielles kleinstes Teilchen haben muß, damit eine Welt wie unsere vorstellbar ist?

Hat es da schon Modelle gegeben, die durchgerechnet wurden?

Wenn es stimmt, daß mit dem Urknall Zeit und Raum erst entstanden sind, könnte man dann sagen, daß ein Elementarteilchen nichts anderes als Zeit und Raum ist oder diese enthält?

Gruß Maitre

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Hi Maitre,

Die Elementarteilchenphysik buddelt immer weiter, um
festzustellen, daß es immer noch kleinere Teilchen gibt.

jep.

Gibt es Überlegungen darüber, was für Eigenschaften ein
potentielles kleinstes Teilchen haben muß, damit eine Welt wie
unsere vorstellbar ist?

Die neuste Idee (naja, auch schon 20 Jahre alt oder so) sind die Strings, also keine Punktförmigen Teilchen, sondern kleine „Fäden“ mit nur Länge, aber keine Dicke.

Ein nettes einführendes Tutorial (in Englisch) ist:
http://www.physics.ucsb.edu/~jpierre/strings/

Hat es da schon Modelle gegeben, die durchgerechnet wurden?

Die Mathematik ist da wahnsinnig kompliziert, deshalb weiss bis heute kein Mensch sicher, ob sich die String-Idee nicht doch letztlich als Sackgasse erweisst. Allerdings sind die Antsätze recht vielversprechend.

Wenn es stimmt, daß mit dem Urknall Zeit und Raum erst
entstanden sind, könnte man dann sagen, daß ein
Elementarteilchen nichts anderes als Zeit und Raum ist oder
diese enthält?

Da wird es sehr philosophisch, denn die Wissenschaft sagt streng genommen nicht aus, was denn jetzt Teilchen und Kräfte und Raum sind, sondern nur wie das Zusammenspiel dieser 3 Komponenten abläuft.
Sagen kann man viel, weil keiner die Antwort weiss. Viel Spaß auch weiter beim spekulieren.

viele Grüße,
Semjon.

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Hallo Semjon

Die neuste Idee (naja, auch schon 20 Jahre alt oder so) sind
die Strings, also keine Punktförmigen Teilchen, sondern kleine
„Fäden“ mit nur Länge, aber keine Dicke.

Naja, von der oder den String Theorien habe ich auch schon gehört, befriedigt mich aber nicht so ganz.
Wenn man die Natur betrachtet, kann man feststellen, daß selbst die kompliziertesten Strukturen wie mit Bauklötzen auf einer simplen Basis aufgebaut sind. Zum Beispiel besteht organisches Leben in der Hauptsache aus 6 verschiedenen Atomen plus noch ein paar Spurenelementen.
Ein String wiederum kommt mir immer zusammengesetzt vor, ich nehme eine Schere und schneide ihn durch :smile:
Ich glaube auch in diesem Fall eher an eine Lösung, welche sehr einfach ist. Zum Beispiel eine Singularität ohne Ausdehnung oder einen Punkt mit sehr geringer Ausdehnung. Spricht etwas dagegen?

Gruß Maitre

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Hi Maitre,

Die neuste Idee (naja, auch schon 20 Jahre alt oder so) sind
die Strings, also keine Punktförmigen Teilchen, sondern kleine
„Fäden“ mit nur Länge, aber keine Dicke.

Naja, von der oder den String Theorien habe ich auch schon
gehört, befriedigt mich aber nicht so ganz.
Wenn man die Natur betrachtet, kann man feststellen, daß
selbst die kompliziertesten Strukturen wie mit Bauklötzen auf
einer simplen Basis aufgebaut sind. Zum Beispiel besteht
organisches Leben in der Hauptsache aus 6 verschiedenen Atomen
plus noch ein paar Spurenelementen.
Ein String wiederum kommt mir immer zusammengesetzt vor, ich
nehme eine Schere und schneide ihn durch :smile:

Natürlich steckt da ein ausgeklügeltes Konzept dahinter, so willkürlich „durchschneiden“ geht da nicht.

Ich glaube auch in diesem Fall eher an eine Lösung, welche
sehr einfach ist. Zum Beispiel eine Singularität ohne
Ausdehnung oder einen Punkt mit sehr geringer Ausdehnung.
Spricht etwas dagegen?

Ich weiss nicht, ob ein 0-dimensionales Objekt (Punkt) elementarer ist als ein 1-dimensionales (String). Die Strings haben ja gerade den Vorteil, daß es keine Singularitäten gibt, sondern alles „glatt“ sprich differenzierbar ist.

Nach derzeitigem Wissensstand ist es nicht möglich, eine Theorie zu formulieren, die:

1. die spezielle Relativitätstheorie beinhaltet (von Gravitation mal ganz abgesehen),
2. die Quantenmechanik befolgt,
3. mit punktförmigen Teilchen (=ohne Ausdehnung) arbeitet und
4. nicht nur eine „effektive Theorie“ für relativ niedrige Energien bzw. große Abstände ist, sondern auf jeder Energieskala eine konsistente Beschreibung der Vorgänge liefert. (Stichwort Renormierung)

Das bekannte sog. Standardmodell mit den drei Kräften Elektromagnetisch, Stark und Schwach ist allem Anschein nach nur so eine effektive Theorie.
Bei punktförmigen Teilchen kommst du halt immer in Schwulitäten.
Das liegt nicht an der Quantenmechnanik, sondern einfach an der Punktförmigkeit. Wenn du z.B. rein klassisch die Energie eines Elektrons ausrechnest, und dazu die Energie des elektrischen Feldes über den ganzen Raum aufintegrierst, dann wird das für ein beliebig kleines Elektron beliebig groß, also unendlich.

Ein „Punkt mit sehr geringer Ausdehnung“, also eine kleine Kugel… Die Idee ist auch schon Anfang dieses jahrhunderts aufgekommen, man denke nur an die frühen Atommodelle.
Sicher, warum nicht, aber ob dieses 3-dim. Objekt dann „elementarer“ als 1-dim Strings sind!?!

Grüße,
Semjon.

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Hallo Maitre,

ehrlich gesagt muss die Theorie Dir nicht gefallen, sondern Quantentheorie und Relativitätstheorie vereinen und eine Menge mathematischer Gleichungen erfüllen.
Auch hat niemand gesagt, dass die kleinsten „Teilchen“ besonders einfach sein müssen. Über die Vorstellung mit der Schere und dem String gucken wir mal hinweg (Wie schneidet man mit einer dreidimensionalen Schere einen eindimensionalen String?).
Eine Singularität wäre ja auch nett, die wäre aber auch nicht einfach sondern brächte das Problem mit wie sich aus gar keiner Ausdehnung auf einmal etwas ausgedehntes bauen lässt. Außerdem lässt sich eine Singularität mathematisch (fast?) nicht berechnen (siehe Urknall).

Also müssen „wir“ noch ein bißchen weiter forschen und nachdenken.
Eike

PS: Noch ein interessanter Artikel aus bdw:

Stammt unsere Materie aus dem Zusammenprall zweier Universen beim Urknall?
Materie und Energie unseres Universums könnten aus dem Zusammenprall mit einem Paralleluniversum beim Urknall hervorgegangen sein. Diese provokante These stellte ein Forscherteam der Universität Princeton auf. Das neue Modell erklärt die Entstehung unseres Universums, ohne Zuhilfenahme einer rasanten Ausdehnung des Universums Sekundenbruchteile nach dem Urknall.

Nach dem sogenannten „ekpyrotischen Modell“ schweben unser Universum sowie ein Paralleluniversum als vierdimensionale, flache Membranen in einem fünfdimensionalen Raum. Zufällige Energieflüsse in diesem Raum haben dazu geführt, dass sich eine Membran von unserem Paralleluniversum abgelöst und auf unser Universum zu bewegt hat. Die beiden Universen prallten zusammen. Aus der dabei freigewordenen Energie bildeten sich die Materie und die Energie unseres Universums. Die neue Theorie hat ihren Ursprung in der sogenannten M-Theorie, einer Variante der Stringtheorie.

Der neue Erklärungsversuch beschreibt zwei wichtige Eigenschaften unseres Universums: Seine Form – es ist nicht gekrümmt sondern flach – und seine Gleichartigkeit in jeder Richtung. Das bisherige Urknallmodell musste zur Erklärung die sogenannte Inflationshypothese nutzen. Demnach habe sich das Universum unmittelbar nach dem Urknall in extrem kurzer Zeit gewaltig ausgedehnt. Das neue Modell erklärt die Flachheit des Universums zwanglos durch den Zusammenprall zweier flacher Membranen. „Flach plus flach bleibt flach“, so Physiker Paul Steinhardt.

Welche Urknallhypothese sich schließlich als richtig erweisen wird, könnte durch die Untersuchung von Graviationswellen entschieden werden.

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Hi Semjon,

Ich weiss nicht, ob ein 0-dimensionales Objekt (Punkt)
elementarer ist als ein 1-dimensionales (String). Die Strings
haben ja gerade den Vorteil, daß es keine
Singularitäten gibt, sondern alles „glatt“ sprich
differenzierbar ist.

Nach derzeitigem Wissensstand ist es nicht möglich, eine
Theorie zu formulieren, die:

1. die spezielle Relativitätstheorie beinhaltet (von
Gravitation mal ganz abgesehen),
2. die Quantenmechanik befolgt,
3. mit punktförmigen Teilchen (=ohne Ausdehnung) arbeitet und
4. nicht nur eine „effektive Theorie“ für relativ niedrige
Energien bzw. große Abstände ist, sondern auf jeder
Energieskala eine konsistente Beschreibung der Vorgänge
liefert. (Stichwort Renormierung)

Ein „Punkt mit sehr geringer Ausdehnung“, also eine kleine
Kugel… Die Idee ist auch schon Anfang dieses jahrhunderts
aufgekommen, man denke nur an die frühen Atommodelle.
Sicher, warum nicht, aber ob dieses 3-dim. Objekt dann
"elementarer" als 1-dim Strings sind!?!

Ich habe mir mal überlegt, daß etwas, um zu existieren, in allen Dimensionen existieren muß. Dazu habe ich mir folgende Fragen gestellt:

  1. Kann ein 3D Raum existieren, ohne eine zeitliche Ausdehnung zu haben, also in der Zeit nicht existent zu sein?
  2. Kann eine 2D Fläche existieren, ohne eine Ausdehnung in der 3. Dimension (und der 4.), also unendlich dünn?
  3. Kann ein 1D String existieren, der nicht…(2D, 3D, 4D)?
  4. Kann also eine Singularität existieren?

Man kann das zwar alles berechnen, aber muß es deswegen auch real existieren? Ich glaube nicht. Deshalb neige ich eher dazu, ein Elementarteilchen anzunehmen, welches eine Ausdehnung in JEDER möglichen Dimension hat oder durch seine Existenz die Dimensionen erst ermöglicht.

Gruß Maitre

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Hallo Eike,

Auch hat niemand gesagt, dass die kleinsten „Teilchen“
besonders einfach sein müssen. Über die Vorstellung mit der
Schere und dem String gucken wir mal hinweg (Wie schneidet man
mit einer dreidimensionalen Schere einen eindimensionalen
String?).

Ein Ganzes ist immer so komplex wie die Summe der Komplexitäten seiner Einzelteile. Also sollten wir, wenn wir uns zu den(m) Elementarteilchen vorarbeiten, immer etwas finden, was einfacher aufgebaut ist wie das übergeordnete. Schon ein String ist aber komplexer als eine extrem kleine Kugel. Da er aber komplex ist, glaube ich nicht, daß er elementar ist.

Eine Singularität wäre ja auch nett, die wäre aber auch nicht
einfach sondern brächte das Problem mit wie sich aus gar
keiner Ausdehnung auf einmal etwas ausgedehntes bauen lässt.
Außerdem lässt sich eine Singularität mathematisch (fast?)
nicht berechnen (siehe Urknall).

Dazu ein paar Gedankenspielereien von mir (ich glaube nicht, daß man sie als ernstzunehmende Theorien betrachten kann)

http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarticl…

Materie und Energie unseres Universums könnten aus dem
Zusammenprall mit einem Paralleluniversum beim Urknall
hervorgegangen sein. Diese provokante These stellte ein
Forscherteam der Universität Princeton auf. Das neue Modell
erklärt die Entstehung unseres Universums, ohne Zuhilfenahme
einer rasanten Ausdehnung des Universums Sekundenbruchteile
nach dem Urknall.

Nach dem sogenannten „ekpyrotischen Modell“ schweben unser
Universum sowie ein Paralleluniversum als vierdimensionale,
flache Membranen in einem fünfdimensionalen Raum. Zufällige
Energieflüsse in diesem Raum haben dazu geführt, dass sich
eine Membran von unserem Paralleluniversum abgelöst und auf
unser Universum zu bewegt hat. Die beiden Universen prallten
zusammen. Aus der dabei freigewordenen Energie bildeten sich
die Materie und die Energie unseres Universums. Die neue
Theorie hat ihren Ursprung in der sogenannten M-Theorie, einer
Variante der Stringtheorie.

Der neue Erklärungsversuch beschreibt zwei wichtige
Eigenschaften unseres Universums: Seine Form – es ist nicht
gekrümmt sondern flach – und seine Gleichartigkeit in jeder
Richtung. Das bisherige Urknallmodell musste zur Erklärung die
sogenannte Inflationshypothese nutzen. Demnach habe sich das
Universum unmittelbar nach dem Urknall in extrem kurzer Zeit
gewaltig ausgedehnt. Das neue Modell erklärt die Flachheit des
Universums zwanglos durch den Zusammenprall zweier flacher
Membranen. „Flach plus flach bleibt flach“, so Physiker Paul
Steinhardt.

Welche Urknallhypothese sich schließlich als richtig erweisen
wird, könnte durch die Untersuchung von Graviationswellen
entschieden werden.

Hört sich auch interessant an, ersetzt die Frage nach dem Ursprung des Urknalls doch nur durch die Frage nach der Herkunft der Membranen.

Ähnliches gilt auch für mein „Zeppelinmodell“, was aber auch nur eine Gedankenspielerei ist :smile: Dafür aber eine in sich geschlossene Einheit ohne Anfang und Ende. (Was ja auch von Gott behauptet wird und somit nicht anzweifelbar ist) :smile:

http://www.wer-weiss-was.de/cgi-bin/forum/showarticl…

Gruß Maitre

8

hallo maitre,

also so fit bin ich wohl doch nicht in diesen urknall-theorien…
mich stört nur dieser metaphysische einschlag bei der urknall-diskussion. (frei nach dem motto: „heute basteln wir uns eine theorie“)

Ein Ganzes ist immer so komplex wie die Summe der
Komplexitäten seiner Einzelteile. Also sollten wir, wenn wir
uns zu den(m) Elementarteilchen vorarbeiten, immer etwas
finden, was einfacher aufgebaut ist wie das übergeordnete.
Schon ein String ist aber komplexer als eine extrem kleine
Kugel. Da er aber komplex ist, glaube ich nicht, daß er
elementar ist.

meiner meinung nach sollte eine theorie möglichst widerspruchsfrei sein, die mathematischen bedingungen erfüllen, und möglichst weit umfassend, bzw. genauer als eine vorangegangene theorie sein. das hat nichts mit unserer persöhnlichen meinung oder vorstellung zu tun.
wir könnten auch wieder über die bedeutung von „einfach“ und „komplex“ philosophieren (alles ist relativ :wink:).