Unbestimmtheitsrelation
Hi Tim,
obwohl die Frage im Physikbrett besser aufgehoben wäre:
wenn Teilchen Wechselwirkungsteilchen aussenden, dann verlieren sie ja ständig Energie.
Nein. Der Ausdruck „aussenden“ ist auch so nicht ganz korrekt.
Oder mit anderen Worten gefragt, woher kommt denn die Energie
um die Wechselwirkungsteilchen auszusenden.
Die kommt aus der Unbestimmtheitsrelation
ΔE Δt ≥ h/4π
d.h. für eine kleine Zeitspanne (und wegen ihr) steht ein davon abhängiges Maß an Energie zu Verfügung, und damit auch - abhängig von der Kopplungskonstante (so heißt die, nicht „Kraftkonstante“) der jeweiligen Wechselwirkungart auch „Masse“ für die Austauschteilchen (= Bosonen, genauer: Eichbosonen). Aber diese Teilchen sind - eben weil ihre Energie nur aus der Reltion stammt - nur virtuell, d.h. die sind nicht observabel (beobachtbar) und wirken auch nicht auf andere Teilchen ein, sie werden nur wechselweise(!) zwischen den wechselwirkenden Materieteilchen (= Fermionen) absorbiert und emittiert.
Bei der elektromagnetischen Wechselwirkung werden übrigens keine geladenen Teilchen ausgetauscht, sondern Photonen.
Das gilt allerdings nur in erster Näherung und nur bei der sog. „elastischen“ WW, d.h. dort, wo keine neuen Teilchen durch die Kollision erzeugt werden.
Bei Stoßprozessen, z.B.
e- + e- → … oder
e+ + e- → … oder
p+ + e- → … oder
p+ + p+ → … usw.
gibt es je nach Stoßwinkel einen Impulsübertrag zwischen den Fermionen und zusätzliche Energie steht aus der Stoßenergie zur Verfügung. Dann werden kurzzeitig neue gebundene Zustände (sog. „Resonanzen“) erzeugt, die wiederum nach einer gewissen Zeitspanne zerfallen. Aus diesem Zerfall können dann neue zusätzliche Teilchen resultieren und auch die ursprünglichen Fermionen können dabei, je nachdem um welchen Wechselwirkungsprozess es sich handelt, in andere Teilchen zerfallen.
Der Raum im Universum dehnt sich ja auch ständig aus, also
werden die Felder immer größer und die „Wechselwirkungsteilchendichte“ immer kleiner.
Nein, die Felder haben in diesem räumlichen Sinn nicht soetwas wie „Größe“ oder „Ausdehung“. Und die universale Expansion hat zwar etwas mit der Gesamt-Teilchendichte zu tun, aber das bezieht sich auf freie Teilchen, nicht auf die, die in Wechselwirkungsprozessen ja nur virtuell existieren: Sie existieren nur während der Dauer des Wechselwirkungsprozesses, die durch Δt bestimmt wird.
Irgendwann dürften doch die
Teilchen, hier das Elektron, doch keine Energie mehr übrig
haben um noch welche als Wechselwirkung auszusenden.
Es handelt sich ja um Wechselwirkungen zwiswchen geladenen Teilchen (z.B. Elektronen). Dabei emittieren diese nicht nur Photonen, sondern absorbieren auch Photonen (in Wirklichkeit ist das aber noch viel komplizierter, diese Prozesse werden in der Quantenelektrodynamik beschrieben mit Hilfe sog. Feynman-Graphen). Und (siehe oben) sie verlieren dabei nicht selbst Energie.
Waren zu einem früheren Zeitpunkt des Universums die
Kraftkonstanten der Grundkräfte anders, weil die Energiedichte höher war?
Ja. Die Kopplungskonstanten (bzw. die Kopplungsstärke) der Wechselwirkungen ist energieabhängig. Die Kopplungsstärke der em-WW nimmt zu bei höherer Energie und die der Starken WW nimmt ab. Im Standartmodell der Kosmologie wird angenommen, daß in einem gewissen Stadium nach dem Urknall alle Kopplungsstärken gleich waren, auch die der Gravitation.
Es gibt ja auch Teilchen, die sich für ihre
Wechselwirkungsteilchen Energie aus dem Vakuum borgen.
Du meinst die sog. Quanten-Fluktuationen. Naja, „aus dem Vakuum borgen“ ist ziemlich schief ausgedrückt. Oben sagte ich ja, die Energien bzw die (virtuellen) Teilen kommen aus der Unbestimmtheitsrelation. Nach der Zeitspanne Δt ist jeweils alles wieder beim alten.
Damit aus einem solchen Prozeß reale, also freie Teilchen übrig bleiben, muß von außen Energie (und auch Impuls!) hinzugefügt werden.
Gruß
Metapher
