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Drei Figurinen eines Objektes


       Auszug 4 aus   Überall ist die Mitte (2003) 

Quanten in einer virtuellen Welt


Partikelresonanz

Warum ist unsere Welt gequantelt

.. dass sie es ist, steht nicht zu Diskussion.
Nur die Gravitation lässt sich quantenmechanisch bisher noch nicht befriedigend abbilden. Lange schon wird an einer Erweiterung des Standardmodells (SME) geforscht, bei der u.A. sterile Neutrinos mit der Gravitation in Verbindung gebracht werden - bisher leider erfolglos.

Doch, weil wir die Welt als gequantelt ansehen, können wir die Mikrowelt mit dem Standardmodell der Quantentheorie sehr genau beschreiben. Keine analoge Theorie kommt auch nur annähernd an deren Präzision heran. Stellt sich also die Frage: Weshalb ist es zweckmäßig, die Materie dieser Welt grundsätzlich als gequantelt anzusehen?

Das auf diesen Seiten verwendete Teilchenbild beruht auf räumlich ausgedehnten Schwingungsfiguren, die sich im Gleichgewicht  zum allseitigen Strom von Impulsen (sterilen Neutrinos?) befinden. Unsere Teilchen sind damit ´stehende Wellen´ und haben eine eigene Wellenlänge: die De Broglie-Wellenlänge. Wellenlänge und Frequenz sind miteinander verknüpft.
Auch in der Makro-Welt können wir Wellen nur als Gesamtheit betrachten. Wir können zwar ein elastisches System so erregen, dass eine Vielzahl von Wellenzügen darin erscheint (die Frequenz ist dann hoch) – aber wir können niemals eine Elementarwelle (Frequenz = 1) dieses Systems teilen. Wenn wir es versuchen, dann gibt es keine Welle mehr. Wir kennen also für die stehende Welle eine untere Grenzenergie, die nicht unterschritten werden kann, wenn man die Eigenschaft eine Welle zu sein, nicht verlieren möchte. 

Das Federbeispiel unten zeigt andererseits auch, dass es nicht möglich sein wird in ein elastisches System beliebig viel Energie hineinzupumpen. Die Feder wird irgendwann in chaotisches Gezappel übergehen oder zerreißen (in zwei Teile).

Federbeispiel


Die QM sagt es schon lange voraus und alle Versuche zeigen es: Aus dem zu stark erregten Teilchen wird ein weiteres Teilchen oder ein Lichtquant entstehen und das Alte wird danach wieder ´ordentlich´ auf stabilem Niveau schwingen. Der Prozess des ´Abnabelns´ des neuen Teilchens verläuft chaotisch und ist von uns nicht beschreibbar so, wie auch der Zusammenbruch der Wellenfunktion beim Photoeffekt.

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Hier nun der Auszug 4 zum Thema aus Überall ist die Mitte

Die virtuelle Welt

Reiter auf virtuellen Wellen

Der Gedanke, daß ein einem Strahl ausgesetztes Elektron aus freiem Entschluß den Augenblick und die Richtung wählt, in der es fortspringen will, ist mir unerträglich. Wenn schon dann möchte ich lieber Schuster oder gar Angestellter in einer Spielbank sein, als Physiker.”

Albert Einstein, 1953, /8/

Doppelspalt - Wellendarstellung

Irgendetwas muß die Elektronen auf Ihrem Weg beeinflussen!” ist sich Paul sicher. “Ansonsten würde sich kein so schön geordnetes Interferenzbild auf dem Schirm ergeben. Wenn Wellen in der Eigenfrequenz des Elektrons genau dieses Bild auf den Schirm zeichnen, ” schlußfolgert Paul kühl“ dann breitet sich offenbar ein ´Etwas´ zwischen Quelle, Spalt und Schirm so aus, wie es diese klassischen Wellen tun würden - wenn es sie gäbe.”
Er erntet Schweigen.
Paul kratzt sich am Kopf. “Die Wellenfronten folgen einander in De Broglie- Frequenz - der Eigenfrequenz der Elektronen
teilchen ... ”.
Nilsson nickt nur mit dem Kopf und wartet.
Paul schaut nachdenklich in die Ferne. Dann schüttelt er bestimmt den Kopf: “Jonas´ Teilchen haben keine feste
Schale, Nilsson. Jonas´ Teilchen sind Oszillationsfiguren, sie schwingen unablässig. Es sind verwaschene Wolken, deren Konturen unablässig neu gezeichnet werden. Die Teilchen-Urobjekte kollidieren auf ihrer Bahn laufend mit Urobjekten der Hintergrundstrahlung. Sie oszillieren in der Wolkenausdehnung - in der de Broglie Frequenz!
Dabei werden zwangsläufig die von außen eintreffenden Hintergrund-Urobjekte in den ´Raum´ zurück gestoßen. Und dies geschieht natürlich auch in der DeBroglie Frequenz!” Paul schaut Nilsson eindringlich an und hebt ganz langsam seinen Zeigefinger.
“Es werden sich von jeder Teilchenwolke unablässig schwache Kugelwelle abnabeln, Nilsson. Und diese Kugelwellen breiten sich dann im Raum exakt so aus, wie es die Wellenformationen auf deinen Bild tun...”
Paul schaut in die Runde. “Genau so wird es sein!” legt er fest. Doch er bekommt wiederum keine Antwort.
“Sicherlich,” fährt er schließlich leiser fort, “die Kraft dieser Wellen wird sehr, sehr gering sein. Ich nenne sie deshalb einmal
virtuelle Wellen.

virtuelle Kugelwellen

Virtuelle Wellen?” schreckt Sylvia auf und blickt Paul mißtrauisch an. “Und was machen diese virtuellen Wellen?”

Ich denke, sie ´lenken´!” vermutet Paul. “Die virtuellen Wellen müßten auch von den Elektronenteilchen im Doppelspaltversuch ausgehen. Der größte Teil dieser virtuellen Wellenfronten würde zwar von der Wand zurückgeworfen, doch einige Wellenabschnitte werden die Spaltöffnungen passieren. Jenseits werden sich diese Wellen wieder ausbreiten. Sie werden also einander begegnen und miteinander interferieren. Wie richtige Wellen. Und schließlich werden sie den Leuchtschirm erreichen, und ...” Paul verstummt abrupt.

Siehst du?” bricht Sylvia schließlich das Schweigen. Sie glaubt die Ursache für Pauls plötzliches Verstummen zu kennen. “Genau da liegt der Hase im Pfeffer, Paul. Natürlich kann man im Gedankenversuch virtuelle Wellen durch den Raum geistern lassen. Auch kann man diese virtuellen Wellen jenseits der Spaltwand in Gedanken interferieren lassen.
Und man kann sich in Gedanken ausmalen, wie die Interferenzbilder dieser virtuellen Wellen aussehen würden. Diese Bilder stimmen dann sogar mit dem überein, was wir dann im Versuch tatsächlich auf dem Schirm entstehen sehen.
Das Problem ist nur,” Sylvias Stimme wird nun ganz sanft, “daß deine virtuellen Wellen nicht in der Lage sind irgendwelche
Spuren auf dem Leuchtschirm zu hinterlassen.
Die Interferenzbilder vom Schirm sind aber nicht
virtuell, sondern sie sind real! Sie werden sie von einer Vielzahl von Lichtblitzen gezeichnet. Und diese Lichtblitze entstehen, wenn auf dem Leuchtschirm teilchenartige Elektronen auftreffen. Deine virtuellen Wellen aber, Paul, die kommen als Auslöser der Lichtblitze nun wahrlich nicht in Frage. Darin sind wir uns doch sicher einig, Oder?”

Paul lehnt sich in seinem Stuhl zurück und schaut suchend nach oben. Man könnte glauben, er bitte Nilssons Kabinendecke um Unterstützung. Schließlich antwortet er kurz “Ja.” Sylvia hatte recht.
“Doch deine ´virtuellen Wellen," gesteht Sylvia und wirft dabei einen kurzen, fragenden Blick zu Nilsson, "die haben mich tatsächlich überrascht. Von ähnlichen
virtuellen Wellen habe ich nämlich schon gehört, Paul. Es waren genau solche energielosen, virtuellen Wellen, die für die Auslösung von Quantensprüngen verantwortlich sein sollten. Doch,” Sylvia hebt wie zur Entschuldigung beide Hände, “da sich diese Wellen energetisch nicht von ihrer Umgebung unterscheiden, konnte ich nie verstehen auf welche Weise es ihnen gelingen sollte einen Zerfallsprozeß auszulösen oder die Bahn eines schweren Teilchens zu beeinflussen.
Ich
kann einfach nicht sehen, weshalb ein bewegtes Elektron vom Tal einer energielosen Welle anders beeinflußt werden sollte, als vom Berg einer ebenso energielosen Welle. Ich komme immer wieder zu dem Schluß, daß in beiden Fälle auf das Elektron das Gleiche wirkt - nämlich NICHTS. Deshalb wird auch das Gleiche an ihm zurückbleiben: NICHTS!”


Eine Welle ohne Energie und Impuls war auch die Grundlage des Vorschlags von Bohr, Kramers und Slater aus dem Jahre 1924. ...Die von Bohr als ,,virtuell” bezeichnete Welle sollte lediglich (nicht Energieerhaltende) atomare Übergänge mit einer Wahrscheinlichkeit auslösen die proportional zum Quadrat der Amplitude des elektromagnetischen Feldes am Ort des Atoms war. Es ist bekannt, daß die ldee der stimulierten Emission aus Einsteins Arbeit von 1917 stammt, die den ersten quantenmechanischen Beweis der Planckschen Formel enthält. ... Deshalb berechneten Einstein und Bohr die induzierte Wahrscheinlichkeit für diesen Zerfall mit Hilfe eines anfänglichen elektromagnetischen Feldes, dessen Energie entweder nicht benötigt wurde (bei Einstein) oder nicht existiert (bei Bohr). Franco Selleri in /8/

So gesehen hast du natürlich recht.” Paul ist von Sylvias Argumenten nicht restlos überzeugt, doch im Moment hatte er dem nichts entgegen zu setzen. “Energielose Wellen. Energielos....” wiederholt er mehrmals und sucht nach einem Ausweg aus seinem Dilemma.
“Wenn ich es mir recht überlege, Sylvia, so würde ich meine virtuellen Wellen durchaus in die Sparte ´energielos´ einordnen. Denn der in den virtuellen Wellenfronten enthaltene Gesamtimpuls wird im Schnitt genauso groß sein, wie der Gesamtimpuls der ´normalen´ Urobjekte des Hintergrundes.
Die virtuellen Wellen würden sich damit
energetisch nicht von ihrer Umgebung abheben. Dies würde auch der Energieerhaltung entsprechen” Paul schöpft Hoffnung und nickt Sylvia dankbar zu. “Das war sehr ein guter Hinweis, Sylvia. Der Gesamtimpuls eines Urobjektes ist die Summe aus dessen Impuls und Drehimpuls.

Meine virtuellen Wellenfronten sind demnach energielos, wenn der Gesamtimpuls der sie bildenden Urobjekte gleich dem Gesamtimpuls der anderen Urobjekte ist. Richtig?” Nach kurzem Zögern nickt Sylvia.
“Praktisch das gleiche Bild hatten wir schon bei der Gravitation. Sylvia. Wir sagten, daß der Gesamtimpuls der zum Planeten hin strömenden Urobjekte ebenso groß sein soll, wie der Gesamtimpuls der von ihm weg strömenden Urobjekte. Es
verschwindet also kein Impuls, sondern es wird lediglich ein Teil des Impulses der Hintergrundpartikel am schweren Teilchen in Drehimpuls umgewandelt. Nur in besonderen Fällen wird Impuls in Form von Masse-Energie in der Teilchenwolke eingelagert - Stichwort: Eisenbrennen.
Sylvia nickt bestätigend. “Weiß ich. Aber meine Fragen sind dadurch nicht beantwortet. Was lenkt die Elektronen?”

Ja, richtig.” Paul atmet tief durch und wiederholt: “Was lenkt die Elektronen.
Nun, Sylvia: an sich sollten das natürlich meine virtuellen Wellen besorgen. Da sie aber a priori energielos sind, wird das für sie vielleicht nicht so einfach. Die herumfliegenden Elektronen, die sind schließlich nicht energielos. Das einzige was irgendwie ´lenkend´ mitwirken könnte, das wären die Information, die in den virtuellen Wellen ´drin´ steckt.
Obwohl sie sich energetisch nicht vom Hintergrund abheben, zeichnen sie sich gegenüber diesem durch ein besonderes Verhältnis von Impuls und Drehimpuls aus. Dieses Verhältnis ist ihnen bei ihrer Entstehung, also bei ihrer Wechselwirkungen mit dem Elektronenteilchen das sie aussendete, aufgeprägt worden. Ich behaupte nun einfach einmal, Sylvia, daß diese virtuellen Wellen eine
Information enthalten, die in den anderen Urobjekten des Hintergrundes nicht zu finden ist. Und diese Information muß es sein, die irgendwie - wie genau weiß ich noch nicht - am Elektron ´lenkend´ wirksam wird.”

“Eine Information...?” wiederholt Sylvia und schaut Paul kopfschüttelnd an. “Dieser Mechaniker macht mich ganz meschugge!” lachend wendet sie sich um: “Nilsson! Jetzt verbindet er auch noch die Gravitation mit virtuellen Wellen! Doch im Gegensatz zu den Elektronen im Doppelspaltversuch, Paul, lasse ich mich von solchen Attacken nicht ablenken. Meine Frage heißt nach wie vor: Was lenkt die Elektronen auf ihrer Bahn zum Schirm ab? Du hast im Grunde immer noch keine Antwort darauf.
Selbst wenn ich akzeptiere, daß energielose, dafür aber informationstragende virtuelle Wellen von den Elektronen aus in den Raum gesendet werden, so sehe ich immer noch nicht, auf welche Weise es diesen Wellen gelingen soll ein Elektron - immerhin ein schweres Teilchen - in seiner Bahn zu beeinflussen. Und, Paul, wenn du dir nun den dazu passenden ´Ablenkmechanismus´ ausdenkst, denke bitte auch daran, daß es unheimlich viele virtuelle Wellen sind, die von Elektronen und anderen Teilchen ausgehen und die alle durcheinander durch den Kosmos geistern. Um aus diesem Wust von ´Informationen´ genau die zu identifizieren, die an der Bahn eines konkreten Elektrons mitwirken dürfen, muß jedes dieser Elektronen unerhört sensibel sein.”
Sylvia kichert spöttisch. “Eine unablässig anströmende, gigantische Menge von Informationen muß jedes deiner Elektronen ´in´s Töpfchen oder in´s Kröpfchen sortieren. Schließlich dürfen nur die im Töpfchen mit in´s Cockpit !”

Das Quantenpotential regelt die Bewegung eines Elektrons im Inneren eines Atoms oder bei seiner Reise durch die Teile einer Versuchsanordnung....
Bei Bohm ..., ist die Bewegung des Elektrons nicht zufällig und unbestimmt; sie ist vielmehr vollkommen determiniert - jedoch durch ein Potential so endloser Komplexität und Subtilität, daß jeder Versuch einer Vorhersage außer Frage steht.
Für Bohm ist das Quantenpotential - das jedem Quantenteilchen zukommt - eine unendlich feine Rückkopplung an´s Ganze. /11/, David Bohm

“Aus unendlich vielen die richtigen heraussortieren,” Paul findet in Sylvias Spott einen Hinweis. “Wie gesagt, Sylvia: Die Information der die virtuellen Wellen bildenden Urobjekte besteht einerseits in deren Verhältnis von Impuls zu Drehimpuls, aber andererseits auch darin,” bedeutungsvoll hebt er seinen Zeigefinger, “daß diese Wellenfronten in einem bestimmten Zyklus ausgesendet wurden. Und in diesem Zyklus klopfen sie natürlich auch wieder an dem Elektron an, dessen Bahn sie beeinflussen möchten...”

Von Resonanzen, Brücken und bleibenden Wirkungen

Um diesen Erkennungsmechanismus zu beschreiben,” flüstert Paul geheimnisvoll, “muß ich weit in die klassischen Mechanik zurück gehen!”
“Meinetwegen.” Sylvia lächelt nur nachsichtig dazu.

“Zu Hause hat man uns einmal demonstriert,” beginnt Paul seinen Exkurs, “zu welch enormer Zerstörung auch kleine, unscheinbare Ursachen führen können. Auf einem Simulationsrechner haben wir untersucht wie sich verschiedene Belastungsfälle auf einen Brückenträger auswirken können. Das Material und die Konstruktion der Brücke waren uns bekannt - die Rechnung wäre tatsächlich wirklichkeitsnah - so wurde uns zumindest versichert.

Zu Beginn der Simulation haben wir einzelne beladene Transporter über die Brücke fahren lassen. Die Durchbiegung der Hauptträger lag im elastischen Bereich. Auch als wir die Transporter dicht auf dicht kommen ließen, entstanden an der Brücke keine bleibenden Verformungen.
Dann ließen wir eine Gruppe Menschen mit nur 20% des Gewichtes der beladenen Transporter über die Brücke gehen. Erwartungsgemäß passierten sie die Brücke ohne nennenswerte Durchbiegung der Hauptträger. Daraufhin ließen wir die Gruppe im Gleichschritt mit einer bestimmten Schrittfrequenz gehen. Und da passierte es! Wir wunderten uns nicht, als der Hauptträger unter dem Gleichschritt zu schwingen begann, es widersprach jedenfalls nicht unseren Erwartungen. Doch dann wurde die Schwingungsamplitude beängstigend schnell größer und größer. Die Schrittfrequenz der Gruppe stimmte genau mit der Eigenfrequenz der Brückenkonstruktion überein!
RESONANZ meldete uns der Simulationsrechner und da wir nicht eingriffen, überstieg die Spannung im Hauptträger nach kurzer Zeit den Grenzbereich. Der Träger verformte sich, drohte zu brechen.
Der marschierende Trupp stürzte nur deshalb nicht in´s Wasser, weil sich mit der bleibenden Verformung des Hauptträgers auch die Eigenfrequenz der Brückenkonstruktion änderte. Die unbeirrt im Gleichschritt marschierende Truppe war deshalb plötzlich nicht mehr resonant und die Leute kamen am jenseitigen Ufer unbeschadet an. Sie hinterließen aber eine praktisch zerstörte Brücke.

Wir glaubten damals zuerst an einen Fehler im Simulationsprogramm. Wir konnten uns einfach nicht vorstellen, daß eine zwar dynamische, aber doch sehr geringe Last eine solch kräftige Brücke zerstören kann. Immerhin hielt sie sehr viel größere, statische Einzellasten problemlos aus.”

Und doch ist es so.” bestätigt Sylvia. “Im Resonanzfall summiert das System die dynamische Last der einzelnen Schritte auf. Bei einem elastischen System wie einer Brücke kann das durchaus zur Katastrophe führen. Das pedantische Aufaddieren auch der kleinsten Effekte kann zu einem gleichgewichtsähnlichen Zustand führen - aber auch zur Katastrophe. Dies ist übrigens ein Charakteristikum aller Resonanzerscheinungen, Paul. Und es ist uns allen aus dem Alltag gut bekannt. Selbst ein Berggorilla benutzt dieses Wissen: um bequem an Früchte und Blätter heranzukommen, schiebt er den Baum genau in dessen Eigenfrequenz an, bis er schließlich so weit ausschwingt, daß er bricht...”

Mit meinem Beispiel wollte ich eigentlich weniger die analytischen Fähigkeiten der Berggorillas illustrieren.” antwortet Paul, “Ich dachte eher an die Möglichkeit virtueller Wellen an einem Elektron ´Wirkung´ zu hinterlassen.
Um über Resonanz zu einer Wirkung zu kommen müssen die Partikel der virtuellen Wellenfronten nur häufig genug am Teilchen
anklopfen. Da die Wellenfronten vom Elektron vor dem Spalt selbst auf die Reise geschickt wurden, ist der Resonanzfall von vorn herein zu erwarten. Der tatsächliche Einfluß der einzelnen Wellenfronten auf das Elektron kann extrem schwach, ja unmeßbar klein sein. Erst der Resonanzfall zwischen Erregung und Eigenfrequenz wird diese einzelnen, winzigen Einflüsse solange pedantisch aufsummieren, bis eine meßbaren Wirkung entsteht. ”
Nilsson hat genau zugehört. Spontan lehnt er sich nun in seinem Sessel zurück und lacht leise vor sich hin. Paul hört es nicht.

Doppelspalt wellen

Siehst du, Sylvia: In diesen Wellenbergen hier,” Paul zeigt mit dem Laser auf die Knoten der sich überlagernden virtuellen Wellen, “vermute ich viele, und in den Tälern dazwischen wenige informationstragenden Partikel. Wandert nun ein Wellenberg am Elektron vorbei, so wird er eine extrem schwache, aber in der Schwingungsfigur akkumulierbare Komponente hinterlassen.

Wenn genug dieser Einzelkomponenten in der Schwingungsfigur aufsummiert wurden, dann wird es irgendwann zu einer Wirkung kommen. Zum Beispiel zu einer Veränderung der Bahn der Elektronenwolke!
Und auf diese Weise wäre erklärbar, weshalb die
Auftrefforte der Elektronen am Schirm genau die Interferenzfigur zeichnen, die eine klassische Welle der gleichen Frequenz zeichnen würde!”


Bohn virtuelle


De Broglie hat dieses Quantenpotential folgendermaßen gedeutet: Falls das Teilchen in einer ebenen Welle eingebettet wird, die einen konstanten Betrag R hat, dann verschwindet das Quantenpotential. In diesem Fall wirkt keine Kraft auf das Teilchen, und es kann sich nach dem Trägheitsgesetz nur geradlinig ausbreiten. Die Situation ändert sich aber, wenn die ebene Welle auf einen Schirm mit einem Spalt auftrifft. Beugungserscheinungen führen in diesem Fall zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Verbreiterung der austretenden Welle. Ihre Amplitude ist hinter dem Spalt nicht mehr konstant, und dies führt im allgemeinen zu einem nicht verschwindenden Quantenpotential e. Die Welle übt nun eine Kraft auf das Teilchen aus und krümmt dessen Bahn auch in den Fällen, in denen es durch den Spalt hindurchtritt....
Ein entsprechendes einfaches Bild des Doppelspaltexperimentes geben auch Philippidis, Dewdney und Hiley...
,,Die Deutung der Theorie durch Quantenpotentiale erlaubt es, von Punktteilchen auszugehen, wobei jedes Teilchen des ursprünglichen Ensembles einer wohlbestimmten Trajektorie folgt die durch den einen oder anderen Schlitz hindurchtritt. Dieses Ensemble führt zu dem erforderlichen Interferenzmuster und zeigt, daß die Endposition des Teilchens auf dem Schirm uns zu bestimmen erlaubt, durch welchen er beiden Spalte es tatsächlich hindurchgegangen ist. Es ist daher möglich, den Bahnbegriff beizubehalten und dennoch die Interferenzen zu erklären. Nicht länger erscheint es deshalb geheimnisvoll,...
... wie ein einzelnes Teilchen, daß durch einen Spalt hindurchtritt, wissen kann, ob der andere Spalt geöffnet ist. Diese Information ist im Quantenpotential enthalten so daß die Deutung der Interferenzexperimente bei niedrigen Energien keinerlei begriffliche Schwierigkeiten mehr aufwirft.” Franco Selleri in /8/

“Oha, das klingt zdoch vielversprechend!” gurrt Vasco zufrieden.
“Eine Bahnänderung kann also nur im Resonanzfall zu Stande kommen. Schließlich hat nur die passende Frequenz eine Chance zu wirken. Das leuchtet ein! Alle anderen regelmäßig, aber nichtharmonisch anklopfenden Einflüsse werden dagegen gar nichts ausrichten. Selbst starke, aber rein zufällig an einem Elementarteilchen anklopfende Urobjekte können nichts bewirken!”
“Da bin ich nicht ganz sicher.” hat Paul Bedenken. “Ein sehr starker einzelner Stoß könnte vielleicht auch eine Wirkung hinterlassen. Immerhin kann der Hauptträger einer Brücke auch von der Last eines einzelnen, einfach zu schweren Transporters verbogen werden.” Paul wiegt den Kopf hin und her. “Andererseits könnte ein so getroffenes Elementarteilchen mit unharmonisch anklopfenden Einflüssen das Gleiche praktizieren, was ein erdbebensicheres Hochhaus tut: Es wird den im Fundament einwirkende Stoß von Etage zu Etage nach oben weiterreichen, um ihn am Ende in den Himmel zu peitschen.”

“Hmm! Das wäre denkbar.” meint Eli vorsichtig. “Wenn das ´Ding´ elastisch genug ist, dann gibt es keine bleibenden Wirkungen an ihm. Selbst ein harter Stoß muß keinen ´Schaden´ anrichten. Apropos bleibende Wirkungen, Paul. Kann man an einem Elementarteilchen überhaupt etwas anderes beobachten, als bleibende Wirkungen ?”
Paul schaut verdutzt. Dies war wieder einmal eine typische Eli-Frage. “Ich fürchte: Nein.” antwortet er schließlich. “Bei einer Brücke wäre die Durchbiegung des Hauptträgers ein meßbares Merkmal der anstehenden Belastung.
An einer Elementarteilchenschwingung gibt es ein solches stetiges, sich nach der Belastung zurückbildendes Merkmal aber nicht. Wenn ich ein Elementarteilchen belaste, dann existiert es entweder einfach weiter, indem es die Belastung wieder nach außen weiter reicht - oder es reagiert mit einer Veränderung auf die Belastung. Und die ´sieht´ man. Doch ich glaube nicht, daß man an einer Elementarteilchenresonanz die Größe einer anstehenden Belastung irgendwie erkennen kann. Es biegt sich ja an ihm nichts durch, bevor es bricht ...”
“Selbstverständlich nicht!” wirft Sylvia ein.
“Die Durchbiegung des Brückenträgers ist eine Folge der Elastizität des Materials. Sie ist damit Ausdruck der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen und keine Eigenschaft der Teilchen selbst; das wäre dann doch zu viel verlangt, Paul, denn, ” Sylvia setzt eine spöttische Miene auf, “deine Elementarteilchen haben nun schon einen Grad an ´Sensibilität´ erreicht, den ich wirklich für bedenklich halte.

Weltdurchdringend

Dein Auswahlkriterium Resonanz läßt deine Elementarteilchen zwar blind und taub auf fast allen Frequenzen sein - doch auf ihrer eigenen Frequenz müssen sie unerhört hellhörig sein. Zu hellhörig, wie mir scheint. Denn in diesem schmalen Frequenzband hören sie nicht nur das eigene Echo, sondern alles was durch den Raum geistert !”

“ Na und?” gleichgültig zuckt Paul mit den Schultern.

“Ja, siehst du das denn nicht?” Sylvia ist aufrichtig erstaunt. “Nur ein verschwindend geringer Teil der durch den Raum geisternden virtuellen Wellen kommt von dem jeweiligen Teilchen selbst! Der überwiegende Teil kommt von anderen Teilchen des gleichen Typs, die ja ebenso ununterbrochen virtuelle Wellen in dieser Frequenz erzeugen! Das heißt: jedes Teilchen hört vorwiegend fremdes Geschwätz! Und nach deinem Modell müssen die Teilchen auf fremdes Geschwätz genauso reagieren wie auf das eigene!”
“Das würde doch...” stottert Eli aufgeregt.
“Genau das würde es!” bestätigt ihm Sylvia.
“Eure Jonas-Teilchen müßten allem was harmonisch anklopft in gleicher Weise Einlaß gewähren. Die virtuellen Wellen aller Elektronen des Universums klopfen resonant an: also dürften sie auch alle ´rein´!”
“Du hast recht,” erregt beugt sich Eli nach vorn. “Das ist wie bei der klassischen Resonanz. Stellt euch eine Gitarre vor und daneben eine Geige. Wenn ich auf der Geige den Ton anstreiche, in dem die Gitarrensaite gestimmt ist, dann wird die Gitarrensaite darauf reagieren. Die von der Luft übertragenen Schallwellen folgen einander in der Eigenfrequenz der Gitarre und erregen sie. Bei jedem Schwingungsvorgang nimmt die Gitarrensaite etwas von der herangetragenen Schallenergie in sich auf und schließlich beginnt sie selbst zu schwingen, Energie zu senden.”
Paul nickt. “Nach kurzer Zeit schwingt die Gitarrensaite so sehr, daß sie genauso viel Energie an ihre Umgebung abgibt wie sie aus ihr empfängt. Gleichgewicht.”

Eli schüttelt vage den Kopf. “Dieser Zustand ist kein richtiges, kein statisches Gleichgewicht, Paul. Genaugenommen es ist ein ständiges Hin und Her, bei dem die Gitarrensaite in einem Moment Energie aus ihrer Umgebung empfängt und sie in sich aufnimmt, um sie im nächsten Moment wieder in den Raum abzugeben.

Man kann sich auch viele gleich gestimmter Gitarrensaiten in einem Raum vorstellen. Wenn die Wände den Schall perfekt reflektieren, dann dürfte ein harmonischer Ton darin niemals vergehen. Alle Saiten würden Energie aufnehmen und wieder abgeben usw. Und dieses Bild müßten wir nun auf die Elektronen im Mikrokosmos von Jonas übertragen.”

Eli kratzt sich verwirrt den Kopf. “Die vielen gleich gestimmte Saiten im Resonanzraum entsprächen den Elektronen im Universum. Jedes Elektron der Welt absorbiert danach unablässig virtuelle Wellen und sendet sie einen Moment später wieder in den Raum hinaus. Lokal könnten sich chaotische ´Kreuzseen´, aber auch regelmäßige Überlagerungsbilder ergeben. Doch im Großen und Ganzen betrachtet, sollte es das reinste Chaos sein. Zumindest erscheint es mir vollkommen unberechenbar.”
“Mir auch, Eli! Chaos! Genau das wäre es!” Sylvia lacht hell auf.
“Bei Jonas würden alle im Universum existierenden Elementarteilchensorten in ihren eigenen, die ganze Welt durchdringenden Sphärenklängen baden! Indem sie Schwingen, würden sie alle voneinander leben und einander Leben spenden.
In einem Moment speisen sie Energie in dieses Meer ein - um im nächsten Moment daraus Energie zu entnehmen.” Sylvia kichert und schaut spöttisch in die Runde.
“Wirklich beeindruckend!” haucht sie augenzwinkernd. “Das ist das gigantischste und verrückteste Perpetuum mobile, von dem ich je gehört habe!”
Aus Nilssons Ecke kommt ein undefinierbares Geräusch.
“Verrückt. Tatsächlich!” Eli ist tatsächlich betroffen von der Konsequenz seiner Prognose. Doch dann hebt er wie zur Entschuldigung beide Hände.
“Es klingt tatsächlich verrückt, Sylvia. Doch ich sehe keinen Ausweg! Ein Resonanzzustand ist nun einmal nichts statisches. Er ist keine Folge von hintereinander angeordneten Gleichgewichtszuständen. Genau genommen ist Resonanz eine Kette aufeinander folgender Nichtgleichgewichtsprozesse.
Also müßten tatsächlich bei Jonas alle Elementarteilchen über das ihnen jeweils gemeinsame Frequenzband miteinander verbunden sein. Oder?”
Eli schaut sich fragend in der Runde um.
Sylvia schweigt. Etwas in Elis Fragestellung hat sie verblüfft. Vasco knetet unentschlossen die Hände. Nilsson wirkt unbeteiligt.

Hat denn niemand eine Meinung dazu?” wundert sich Eli und wendet sich nun direkt an Nilsson. “Stehen denn tatsächlich alle Elektronen der Welt miteinander in einer geheimnisvollen Verbindung? Plantschen sie alle im gleichen Takt und erzeugen dabei eine Kreuzsee nach der anderen?”
Eli provoziert nun absichtlich, doch wiederum erntet er nur Schweigen.
“Dann müßte jedes klitzekleine
Vorkommnis in dieser Wellensuppe,” mit spitzem Zeigefinger weist Eli auf den Schirm, “unvergessen bleiben! Es könnte irgendwann und irgendwo an einem, in der gleichen Suppe herumplatschenden Teilchen Eingang finden und könnte es verändern! ”
Kein Widerspruch. Eli gibt auf. “Dann ist die Welt tatsächlich so ein gigantisches verrücktes Perpetuum mobile, wie es so schön Sylvia ausdrückte !”


Zum Ersten,” knurrt Nilsson mit belegter Stimme aus dem Hintergrund, “ist das Universum tatsächlich so etwas wie ein perpetuum mobile. Das ist eine ganz triviale Schlußfolgerung. Zumindest für all diejenigen, die davon ausgehen, daß die Gesamtenergie des Universum konstant bleibt.

Und zum Zweiten: In der Quantenfeldtheorie werden tatsächlich die verschiedenen Elementarteilchen immer als Gesamtheit beschrieben.
”Nilsson schaut sich um. “Meinetwegen könnt ihr auch alle Teilchen als ´Schaumkämme´ eines in der Eigenfrequenz der Teilchen aufgewühlten Meeres betrachten. Die Quantenphysiker sagen, daß die verschiedenen Teilchensorte ihrer jeweiligen Wellenfunktion
gehorchen. Wobei sich diese Funktion wiederum aus den Parametern aller Teilchen dieser Sorte ergibt.” wieder schaut Nilsson vorsichtig in die Runde.
Die vollständige Wellenfunktion für das ´konkrete´ Teilchen Y in unserem Versuch geht demnach auf alle Teilchen dieser Welt und dieser Sorte zurück. Sie alle sind an dieser Funktion beteiligt. Der Abstand der Teilchen zueinander spielt natürlich auch eine Rolle - doch man darf im Grunde kein einziges vernachlässigen. Das heißt,” tief atmet Nilsson durch, “das dein Jonas-Gleichnis, Eli, dieses ´Meer´ von Sphärenklängen, das sowohl Quelle als auch Auffangbecken der Lebensenergie der Teilchen ziemlich genau dem entspricht, was die Quantenmechanik dazu meint.”

... alles an einem Faden?” wiederholt Eli tonlos.

Ja.” bestätigt Nilsson knapp. “Da dich dieser Umstand überrascht, bist du offenbar immer noch der Meinung, daß Elektronen separate Teilchen wären. Diese Teilcheneigenschaft gehört aber in die klassische Physik, Eli. Die Separabilität der verschiedenen Teilchen ist sozusagen ein echt klassischer Trugschluß. Seit mehr als 100 Jahren ist diese Annahme überholt.”

..In der nichtrelativistischen Quantenmechanik der 20-er- Jahre war fast jede beliebige Art von Kraft zwischen Elektronen und Kernen vorstellbar, doch in einer relativistischen Theorie ist dies nicht der Fall. Kräfte zwischen Teilchen können nur aus dem Austausch anderer Teilchen entstehen.
Des weiteren sind alle diese Teilchen Bündel oder Quanten der Energie von Feldern verschiedener Art. Ein elektrisches oder ein magnetisches Feld etwa ist eine Art von Spannung im Raum, so etwas wie die verschiedenen Arten von Spannung , die innerhalb eines Festkörpers möglich sind, aber ein Feld ist eine Spannung im Raum selbst. Für die einzelnen Arten von Elementarteilchen existiert jeweils ein gesondertes Feld; im Standardmodell gibt es ein Elektronenfeld, dessen Quanten die Elektronen sind; es gibt ein elektromagnetisches Feld (bestehend aus elektrischen und magnetischen Feldern), dessen Quanten die Photonen sind.
Für Atomkerne und für Teilchen, aus denen die Kerne sich zusammensetzen, die Protonen und Neutronen, existieren keine Felder; doch es gibt Felder für verschiedenen Arten von Teilchen, aus denen sich Protonen und Neutronen zusammensetzen und die man als Quarks bezeichnet, und es gibt eine weitere Feldern, auf die ich hier nicht einzugehen brauche...

In den Gleichungen einer Feldtheorie wie des Standardmodells geht es nicht um Teilchen, sondern um Felder, die Teilchen erscheinen als Manifestationen dieser Felder. Steven Weinberg, in /9/

“Wie gesagt,” setzt Nilsson fort, “formuliert die Quantenmechanik eine Wellenfunktion für alle Elektronen des Universums, eine für alle Photonen, eine für alle Quarks, usw.

Und diese Funktionen sind jeweils das präziseste Abbild der Wirklichkeit das die Menschheit je hatte. Sie spiegeln das Geschehen in der Mikrowelt praktisch perfekt wider. Sie lassen nur eines Vermissen: Anschaulichkeit. Doch auch in diesem Mangel ist sie - die Quantenmechanik - perfekt. Immer ist es ihr gelungen sich den Versuchen einer anschaulichen Deutung zu widersetzen. Die meisten Physiker haben sich daran gewöhnt,” und mit einem spöttischen Seitenblick auf Vasco ergänzt er: “Nur wenige sehen einen Widerspruch darin, daß wir zwar die Quantenwelt perfekt berechnen können, aber kein anschauliches Bild von dieser Region der Wirklichkeit haben.
Nilsson wirft einen lauernden Blick in die Runde. Niemand nahm an seiner Behauptung Anstoß.

Wir wissen sehr viele Details, erfahren jede Woche neue. Aber aus den Grundvorstellungen solche herauszusuchen, die wirklich feststehen, und daraus ein klares, leichtfaßliches Gerüst aufzubauen, von dem man sagen könnte: so ist es ganz bestimmt, das glauben wir heute alle - ist ein Ding der Unmöglichkeit. ...

Erwin Schrödinger /10/ Unsere Vorstellungen von Materie



Literaturverzeichnis

/1/ Roman U. Sexl, Was die Welt zusammenhält
Physik auf der Suche nach dem Bauplan der Natur
3. Auflage, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart 1983

/4/ Albert Einstein , Leopold Infeld, Die Evolution der Physik
Weltbild Verlag Augsburg 1991

/8/ Franco Selleri, Die Debatte um die Quantentheorie,
Reihe: Facetten der Physik; Hrsg. R Sexl
Friedr. Viehweg Sohn Braunschweig / Wiesbaden

/9/ Steven Weinberg, Der Traum von der Einheit des Universums
C. Bertelsmann Verlag München 1993

/10/ Erwin Schrödinger, Was ist ein Naturgesetz?
Scientia Nova Oldenburg Verlag München/Wien 1990

/11/ John Briggs, F.David Peat, Die Entdeckung des Chaos
Eine Reise durch die Chaostheorie, C. Hanser Verlag München /Wien 1990




Bemerkung:
Wissenschaft - nicht nur die Physik- arbeitet meines Erachtens immer mit Modellen der Wirklichkeit. Sofern die daraus abgeleiteten Theorien gute Prognosen ermöglichen, bezeichnen wir die Theorie als richtig. Treten Differenzen zwischen der Prognose aus der Theorie und der Beobachtung auf, wird die Theorie in Frage gestellt. Theorien werden unablässig ergänzt, präzisiert und manchmal auch von neueren Theorien ersetzt,  welche die Beobachtungen besser erklären können.
Doch auch diesen Neuen liegt immer wieder ein Modell zu Grunde. Das wird so bleiben. Ein vollständiges Abbild der Wirklichkeit, ein Modell oder gar eine Theorie ´von Allem´, die wird es nie geben, wie auch den Dämon .



www.matthiasschellenberg.de