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THEMA: An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC

An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 10 Okt 2019 14:41 #58773

Ich habe gerade folgenden Artikel gelesen: www.pro-physik.de/nachrichten/quanten-va...it-negativer-energie . Entgegen mehrerer Behauptungen hier im Forum gibt es keine negative Energie - ausser in quantenmechanischen Fällen.

Ein virtuelles Teilchen bekommt Energie scheinbar aus dem Nichts. Das hat natürlich mit der Unschärferelation bezogen auf Energie und Zeit zu tun. Heißt das, dass die Energieerhaltung kurzzeitig nicht gilt. Und warum bleiben die virtuellen Teilchen nicht einfach bestehen? Was hindert sie daran einfach weiter zu bestehen? Bei der Hawkinsstrahlung scheint das ja zu funktionieren.

Die Quantum Null Energy Condition“ (QNEC), aus dem Jahr 2017 geht davon aus, dass hier negative Energie im Spiel ist. So wie ich das versuche zu verstehen, bekommt das Vakuum bei Entstehen eines virtuellen Teilchen eine negative Energie, so dass die Gesamtenergie erhalten bleibt. Und nach dem Verschwinden des Teilchens verschwindet auch die negative Energie.

Edit: Das könnte auch begründen, dass virtuelle Teilchen keine gravitative Wirkung zeigen. Die negative Energie bedeutet negative Masse und damit eventuell Ausgleich der Anziehung durch Abstoßung.

In dem Artikel ging es auch um die Frage, ob es ein Maximum der Energeiausleihe gibt. Und irgendwie spielt auch die Entropie eine Rolle.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 10 Okt 2019 19:19 #58795

Manfred S schrieb: Heißt das, dass die Energieerhaltung kurzzeitig nicht gilt. Und warum bleiben die virtuellen Teilchen nicht einfach bestehen? Was hindert sie daran einfach weiter zu bestehen? Bei der Hawkinsstrahlung scheint das ja zu funktionieren.

Genau so ist das und das ist auch der Grund dafür, dass dies keinen Bestand hat.
Bei der Hawkingstrahlung soll nun genau dieser "Mechanismus" durch die Gravitation gestört werden und dazu führen, dass diese fehlende Energie letztlich aus dem SL entnommen wird.

Manfred S schrieb: Die Quantum Null Energy Condition“ (QNEC), aus dem Jahr 2017 geht davon aus, dass hier negative Energie im Spiel ist. So wie ich das versuche zu verstehen, bekommt das Vakuum bei Entstehen eines virtuellen Teilchen eine negative Energie, so dass die Gesamtenergie erhalten bleibt. Und nach dem Verschwinden des Teilchens verschwindet auch die negative Energie.

Edit: Das könnte auch begründen, dass virtuelle Teilchen keine gravitative Wirkung zeigen. Die negative Energie bedeutet negative Masse und damit eventuell Ausgleich der Anziehung durch Abstoßung.

Das sehe ich auch so.
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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 12 Okt 2019 08:28 #58874

Manfred S schrieb: Und warum bleiben die virtuellen Teilchen nicht einfach bestehen? Was hindert sie daran einfach weiter zu bestehen? Bei der Hawkinsstrahlung scheint das ja zu funktionieren.

So wie ich das verstehe muss man Energie aufwenden um die virtuellen Teilchen voneinander zu trennen. Das macht sie zu realen Teilchen die weiter bestehen bleiben. So gesehen wäre es eigentlich Bindungsenergie die den realen Teilchen ihre Exitenz verleiht.

Vieleicht, und nur vieleicht, kann man sich das beider Hawkinstrahlung so vorstellen das die gesamte Energie zur Trennung aus der Gravitation des schwarzen Lochs kommt, die Hälfte davon aber wieder an das SL zurückgegeben wird wenn eines der Teilchen hinter dem EH verschwindet

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 12 Okt 2019 11:25 #58875

Merilix schrieb: So wie ich das verstehe muss man Energie aufwenden um die virtuellen Teilchen voneinander zu trennen. Das macht sie zu realen Teilchen die weiter bestehen bleiben. So gesehen wäre es eigentlich Bindungsenergie die den realen Teilchen ihre Exitenz verleiht.

Interessant. Der Gedanke gefällt mir. Ob er stimmt, kann ich nicht entscheiden.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 12 Okt 2019 17:34 #58884

Merilix schrieb: Vieleicht, und nur vieleicht, kann man sich das beider Hawkinstrahlung so vorstellen das die gesamte Energie zur Trennung aus der Gravitation des schwarzen Lochs kommt, die Hälfte davon aber wieder an das SL zurückgegeben wird wenn eines der Teilchen hinter dem EH verschwindet

Wenn das so wäre, wie ja auch andere dem Gravitationsfeld Energie zuordnen wollen, dann würde also das Feld langsam durch die Abstrahlung verschwinden und am Ende bliebe die Materie in der Zentralsingularität ohne das Feld übrig .... also ein SL ohne Gravitationsfeld oder Materie ohne Masse, wenn man das Gravitationsfeld mit der "Masse" gleichsetzen will.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 12 Okt 2019 19:32 #58885

ra-raisch schrieb: ... und am Ende bliebe die Materie in der Zentralsingularität ohne das Feld übrig .... also ein SL ohne Gravitationsfeld oder Materie ohne Masse, wenn man das Gravitationsfeld mit der "Masse" gleichsetzen will.

Wer sagt denn das in der Zentralregion Materie zu finden ist?
Und wenn da Materie ist dann hat die auch Masse und ein G-Feld und wir sind noch nicht am Ende...

Ich würde auch nicht zu wörtlich nehmen das ich oben "Gravitation" geschrieben habe. Über das genaue "Wie" die Trennung der virtuellen Teilchen aus energetischer Sicht erfolgt kann ich nichts verbindlich sagen. Vieleicht geht das über Gezeitenkräfte... keine Ahnung. Netto haben wir ein Teichen das entkommt und eine Reduzierung der Masse des SL. Zur Erzeugung eines realen Teilchen-Antiteilchenpaares ist jedoch die doppelte Energie eines Teilchens nötig.

Ich halte es für plausibel anzunehmen das: wenn ein reales Teilchen mit positiver Energie entkommt auch ein reales Teilchen mt positiver Energie im SL verschwindet. Das aber heist das das SL vorher die Energie für beide irgendwie geliefert haben muss.
Das löst auch noch ein anschauliches Problem: was sollen Teilchen mit negativer Energie denn sein die da im SL verschwinden sollten? Und wieso sollten nur Teilchen mit negativer Energie im SL landen und nur Teilchen die positive Energie tragen entkommen? Das ergibt keinen Sinn.

ABer vieleicht gibt es jemand der sich mit der Hawking-Theorie besser auskennt. (Die ist ja auch noch unbestätigt)

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 13 Okt 2019 01:15 #58894

Merilix schrieb: Das löst auch noch ein anschauliches Problem: was sollen Teilchen mit negativer Energie denn sein die da im SL verschwinden sollten? Und wieso sollten nur Teilchen mit negativer Energie im SL landen und nur Teilchen die positive Energie tragen entkommen? Das ergibt keinen Sinn.


Ja, stimmt. Die Erklärung mit den beiden virtuellen Teilchen und der negativen Energie ist auch nicht korrekt. Man muss zugeben, dass Hawking Strahlung nicht wirklich anschaulich ist... Etwas „weniger falsch“:

scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/20...g-schwarzer-loecher/

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 13 Okt 2019 18:53 #58910

Merilix schrieb: Das löst auch noch ein anschauliches Problem: was sollen Teilchen mit negativer Energie denn sein die da im SL verschwinden sollten? Und wieso sollten nur Teilchen mit negativer Energie im SL landen und nur Teilchen die positive Energie tragen entkommen? Das ergibt keinen Sinn.

ABer vieleicht gibt es jemand der sich mit der Hawking-Theorie besser auskennt. (Die ist ja auch noch unbestätigt)

Von Teilchen mit negativer Energie ist eigentlich bisher nicht gesprochen worden.
Es entstehen zwei Teilchen mit positiver Energie -egal ob bei Hawkinsstrahlung oder sonstwo. Und die negative Energie ensteht im Vakuum als Ausgleich.

- Das zumindestens ist die Theorie, die QNEC zugrunde liegt - so wie ich sie verstehe.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 13 Okt 2019 20:21 #58912

Da das v.a. populärwissenschaftlich oft so dargestellt wird, dass virtuelle Teilchen einfach "entstehen" und wieder verschwinden, ist die Frage, an wen die Teilchen ihre Energie zurückgeben, berechtigt.
Allerdings ist das ganze Bild von "virtuellen Teilchen" nur ein (evtl. nicht ganz glücklicher) Versuch, Feynmandiagramme anschaulich zu interpretieren. Es entstehen nicht wirklich Teilchen.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 13 Okt 2019 20:38 #58914

Ferragus schrieb: Allerdings ist das ganze Bild von "virtuellen Teilchen" nur ein (evtl. nicht ganz glücklicher) Versuch, Feynmandiagramme anschaulich zu interpretieren. Es entstehen nicht wirklich Teilchen.

Spätestens bei der Hawkinsstrahlung doch. Und was ist mit dem Casimireffekt und Polarisationseffekten. Diese "nicht wirklichen Teilchen" wirken aber.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC 13 Okt 2019 23:05 #58918

"Virtuelle Teilchen" entsprechen inneren Linien in Feynmandiagrammen. D.h. sie entsprechen keinen physikalischen (messbaren) Zuständen und kommen bei nicht-perturbativen Methoden gar nicht vor.
Bei Hawkingstrahlung werden zwei (echte} Teilchen (von der Gravitationsenergie) erzeugt.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 00:18 #58920

Ferragus schrieb: "Virtuelle Teilchen" entsprechen inneren Linien in Feynmandiagrammen. D.h. sie entsprechen keinen physikalischen (messbaren) Zuständen und kommen bei nicht-perturbativen Methoden gar nicht vor.
Bei Hawkingstrahlung werden zwei (echte} Teilchen (von der Gravitationsenergie) erzeugt.

ok mag sein. Aber was ist mit der Wirkung der virtuellen Teilchen (Casimir etc). Sie wirken, sind aber nicht wirklich. Ist das nicht ein Wiederspruch?

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 00:20 #58921

@Manfred, Ferragus

Ich empfehle euch die Lektüre des verlinkten Artikels. Es werden weder virtuelle noch echte Teilchenpaare erzeugt. Bzw. mindestens das es Paare (zwei) sind ist für die Erklärung unwesentlich (es geht schon um Teilchen im Vakuum, allerdings unabhängig voneinander betrachtet). Die Existenz der Teilchen liegt in diesem Fall allerdings „im Blickwinkel des Beobachters“... ;)

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 10:30 #58929

Arrakai schrieb: @Manfred, Ferragus

Ich empfehle euch die Lektüre des verlinkten Artikels. Es werden weder virtuelle noch echte Teilchenpaare erzeugt. Bzw. mindestens das es Paare (zwei) sind ist für die Erklärung unwesentlich (es geht schon um Teilchen im Vakuum, allerdings unabhängig voneinander betrachtet). Die Existenz der Teilchen liegt in diesem Fall allerdings „im Blickwinkel des Beobachters“... ;)


Naja das Fazit ist, dass tatsächlich Strahlung entsteht und die Masse des schwarzen Lochs abnimmt. Dass es Paare sind ist halt mit Blick auf Ladungserhaltung wichtig.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 11:22 #58933

Arrakai schrieb: @Manfred, Ferragus

Ich empfehle euch die Lektüre des verlinkten Artikels. Es werden weder virtuelle noch echte Teilchenpaare erzeugt. Bzw. mindestens das es Paare (zwei) sind ist für die Erklärung unwesentlich (es geht schon um Teilchen im Vakuum, allerdings unabhängig voneinander betrachtet). Die Existenz der Teilchen liegt in diesem Fall allerdings „im Blickwinkel des Beobachters“... ;)

Am Anfang habe ich geschrieben "Ein virtuelles Teilchen bekommt Energie scheinbar aus dem Nichts."

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 11:50 #58935

@Ferragus

Naja das Fazit ist, dass tatsächlich Strahlung entsteht und die Masse des schwarzen Lochs abnimmt. Dass es Paare sind ist halt mit Blick auf Ladungserhaltung wichtig.


Das ist so nicht korrekt bzw. zumindest spielen eben diese Paare für die Strahlung an sich keine Rolle. Bei der Strahlung handelt es sich um die unterschiedliche Sicht auf das Vakuum (und damit auch die darin entstehenden Teilchen) durch zwei unterschiedliche Beobachter, deren Koordinatensysteme zueinander beschleunigt sind.

Edit: Ok, möglich dass im Vakuum selbst immer Paare entstehen. Es ist halt für den Sachverhalt egal. Das ist mir so wichtig, weil die Entstehung von Teilchen-Paaren, von denen eines hinter dem EH verschwindet, geläufig aber total falsch ist. (Und dabei spielt es keine Rolle, dass Hawking das selbst mal so erklärt hat...)

Genauer:

Wenn man mittels Bogoliubov-Transformation zwischen den verschiedenen Bezugssystemen hin- und hertransformiert, dann sieht das Vakuum immer gleich aus (das ist ja eine Eigenschaft des Vakuums). Die unterschiedlichen Beobachter sehen das SL awufgrund der Zeitdilatation allerdings aus ihrem Koordinatensystem heraus zu unterschiedlichen Zeitpunkten, also auch mit einer unterschiedlichen Ausdehnung des EH. Und im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Beschleungigung sehen sie das Vakuum im Bereich der unterschiedlichen ausgedehnten EH (bzw. deren Differenez) auch mit unterschiedlichen Energienieveaus (bzw. Anzahl der Teilchen). Diese Energie-Differnez ist die Hawking-Strahlung.

Eine genaure (und wegen der höheren Ausführlichkeit wohl auch korrektere) Darstellung findest du in dem von mir verlinkten Artikel.

Mein Fazit: Am Ende ist sowieso alles Mathematik. Und "dass tatsächlich Strahlung entsteht und die Masse des schwarzen Lochs abnimmt"... ;)

@Manfred

Hier ging es um die Hawking-Strahlung, und dazu schreibst du selbst:

Es entstehen zwei Teilchen mit positiver Energie -egal ob bei Hawkinsstrahlung oder sonstwo. Und die negative Energie ensteht im Vakuum als Ausgleich.


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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 12:11 #58936

Arrakai schrieb: @Manfred

Hier ging es um die Hawking-Strahlung, und dazu schreibst du selbst:

Es entstehen zwei Teilchen mit positiver Energie -egal ob bei Hawkinsstrahlung oder sonstwo. Und die negative Energie ensteht im Vakuum als Ausgleich.

Es ist doch ganz normal, dass sich eine Diskussion vom ursprünglichen Thema etwas entfernt.

Bei der Hawkinsstrahlung geht es um zwei Teilchen und mir wurde unterstellt, ich hätte behauptet, eines der Teilchen hätte negative Energie, was ich mit dem zitierten Text korrigiert habe.

Das hat nichts damit zu tun, dass es für das ursprüngliche Thema in der Tat egal ist, ob wir von 1, 2 oder n Teilchen reden.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 13:04 #58940

@Manfred

Reden wir ggf. aneinander vorbei? Bei der Hawkinsstrahlung geht es doch gerade nicht um zwei Teilchen, und nur zu der habe ich was geschrieben.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 13:14 #58943

@Arrakai
Bei der Hawkinsstrahlung enstehen doch zwei Teilchen am Rand des Ereignishorizonts. Dabei ist eine Teilchen ausserhalb des EH und ein Teilchen innerhalb.
Das ist jedenfalls mein Verständnis. In der Strahlung ist natürlich nur das eine Teilchen, dass ausserhalb entstanden ist.

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 13:17 #58944

@Manfred

Nein, das ist so nicht korrekt. Siehe meine Erläuterung unter #58935 oder den von mir im Beitrag #58894 verlinkten Artikel von Florian Freistetter. (Beide in diesem Thread weiter oben.)

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 14:01 #58945

@Arrakai
Das ist ja das schöne an dieser Gruppe, dass man doch ab und zu etwas Neues lernt. Hawkinsstrahlung ist nicht das was Hawkins erklärte, sondern nur ein Koordinatentransformationseffekt.

Was mich an dem Artikel von Freistetter aber sehr irritiert hat, ist das er Teilchen mit negativer Energie beschrieb. "Wenn dieses Teilchen eine negative Energie hat, wird dadurch insgesamt die Masse des Lochs verringert." Aber das war im Zusammenhang mit der Beschreibung der falschen Vorstellung von Hawkinsstrahlung. Vielleicht war es nur eine Ungenauigkeit in einem NebenThema???

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 18:24 #58954

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An wen gibt ein virtuelles Teilchen seine "geliehene" Energie zurück? - QNEC Gestern 19:00 #58959

Cim Borazzo schrieb: wenn ich mich nicht irre.

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