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Thema: physikalisch-kosmologische Fragen, diverse

  1. #1
    zabki Gast

    Standard physikalisch-kosmologische Fragen, diverse

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    ich eröffne diesen etwas unspezifisch betitelten Faden, weil ich ein paar einschlägige Fragen stellen möchte, für die ich nicht jeweils einen eigenen Thread erstellen möchte.

    Beliebig ausgiebige und anspruchsvolle Diskussion wäre von meiner Seite aus erwünscht, ich kann immer noch Verständnisfragen einbringen.

    Also Frage (1):

    Man liest in der Frühgeschichte des Universums von einem sog. "spontanen Symmetriebruch", z.B. (?) der Ausgliederung einer einheitlichen Kraft in starke Kernkraft und elektroschwache Wechselwirkung (diese wiederum in elektromagnetische und schwache Kraft).

    Frage: Ist hier das Wörtchen "spontan" quasi umgangssprachlich zu verstehen (also etwa "unvorhersehbar, ohne Grund, könnte auch anders verlaufen sein")?

    Falls ja - wie verträgt sich das damit daß man m.E. die Geltung der Quantenphysik und der Relativitätstheorie bis "kurz vor dem Urknall) (Planck-Zeit) annimmt? Man rechnet ja auch soweit zurück.
    Geändert von zabki (10.05.2018 um 15:23 Uhr)

  2. #2
    ralfkannenberg Gast

    Standard

    Zitat Zitat von zabki Beitrag anzeigen
    Man liest in der Frühgeschichte des Universums von einem sog. "spontanen Symmetriebruch", z.B. (?) der Ausgliederung einer einheitlichen Kraft in starke Kernkraft und elektroschwache Wechselwirkung (diese wiederum in elektromagnetische und schwache Kraft).

    Frage: Ist hier das Wörtchen "spontan" quasi umgangssprachlich zu verstehen (also etwa "unvorhersehbar, ohne Grund, könnte auch anders verlaufen sein")?
    Hallo zabki,

    stell' Dir anschaulich zwei Kugeln vor, die exakt aufeinanderliegen. Sei zudem der Einfachheit halber die untere Kugel am Boden befestigt, so dass sie nicht wegrollen kann.

    Dann gibt es also im idealen Fall (d.h. Reibung = 0, Kugeln exakt homogen, Kugeln exakt kugelförmig usw.) einen Zustand (mit Durchmesser exakt 0), bei dem beide Kugeln in Ruhe verweilen. Das ist ja ein sogenanntes "labiles" Gleichgewicht und das System mit den beiden idealen Kugeln befindet sich in einer perfekten Symmetrie.


    Nun genügt eine winzige Störung und die obere Kugel wird hinunterrollen. Es ist völlig klar, dass das passieren wird.

    Damit ereignet sich also ein "Symmetriebruch" und dieser passiert "spontan". Allerdings weiss man aufgrund der perfekten Symmetrie vorher nicht, auf welcher Seite der unteren Kugel die obere Kugel hinunterollen wird.


    Freundliche Grüsse, Ralf

  3. #3
    zabki Gast

    Standard

    hallo Ralf,

    danke für das anschauliche Beispiel.

    Es fällt mir allerdings schwer, mir das von (wenn auch idealisierten) Gegenständen auf das Verhältnis von Kräften zu übertragen. Es müßten ja quasi die Gesetzmäßigkeiten selber von Kräfte (bzw. die eine Kraft) unter bestimmten Bedingungen (analog der Geometrie der Kugeln und die Gravitation im Beispiel) sich verändern.

    Hängt das vielleicht damit zusammen, daß "Kräfte" auch irgendwie "Austausch von Teilchen" sind?

  4. #4
    ralfkannenberg Gast

    Standard

    Zitat Zitat von zabki Beitrag anzeigen
    Es fällt mir allerdings schwer, mir das von (wenn auch idealisierten) Gegenständen auf das Verhältnis von Kräften zu übertragen. Es müßten ja quasi die Gesetzmäßigkeiten selber von Kräfte (bzw. die eine Kraft) unter bestimmten Bedingungen (analog der Geometrie der Kugeln und die Gravitation im Beispiel) sich verändern.
    Hallo zabki,

    das sind nicht "Kräfte" im allgemeinen Sinn, sondern es handelt sich um die 4 Grundkräfte bzw. Wechselwirkungen, die bei genügend hohen Energien vereinheitlicht werden können. Und da es kurz nach dem Urknall sehr heiss war und dann eben ausgekühlt ist, konnten diese spotanen Symmetriebrüche stattfinden.


    Zitat Zitat von zabki Beitrag anzeigen
    Hängt das vielleicht damit zusammen, daß "Kräfte" auch irgendwie "Austausch von Teilchen" sind?
    100 von 100 Punkten !


    Freundliche Grüsse, Ralf

  5. #5
    TomS Gast

    Standard

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    Zitat Zitat von zabki Beitrag anzeigen
    Es fällt mir allerdings schwer, mir das von (wenn auch idealisierten) Gegenständen auf das Verhältnis von Kräften zu übertragen. Es müßten ja quasi die Gesetzmäßigkeiten selber von Kräfte (bzw. die eine Kraft) unter bestimmten Bedingungen (analog der Geometrie der Kugeln und die Gravitation im Beispiel) sich verändern.

    Hängt das vielleicht damit zusammen, daß "Kräfte" auch irgendwie "Austausch von Teilchen" sind?
    Besser ist es, mit den diesen Teilchen zugrundeliegenden Feldern zu argumentieren.

    Stell dir vor, du hättest eine Wechselwirkung, die durch H2O vermittelt wird (rein hypothetisch).

    Nun liege in einem Behälter extrem heißer Wasserdampf vor. Der Behälter expandiert, und der Wasserdampf kühlt sich ab. Unterhalb der kritischen Temperatur von 100 °C wird der Wasserdampf spontan zu Wasser kondensieren. Man spricht von einem Phasenübergang.

    Etwas ähnliches geschieht insbs. im Falle des Higgsfeldes, wenn sich das Universum abkühlt. Das Higgsfeld “kondensiert” und vermittelt damit Masse für einige mit ihm wechselwirkende Teilchen. Im Gegensatz zum Wasserdampf wird dabei außerdem noch eine Symmetrie gebrochen, die dir aber leider nicht so anschaulich wie im Falle des umfallenden Stiftes vorstellen kannst.

    Etwas näher an der Situation beim Higgsfeld sind wird mit einem Magneten. In diesem sind bei hohen Temperaturen alle Elementarmagnete völlig ungeordnet; es liegt keine Magnetisierung vor. Im Falle der Abkühlung richten sich benachbarte Elementarmagnete unterhalb einen kritischen Temperatur innerhalb kleiner Bereiche spontan identisch aus und brechen so die Rotationssymmetrie.

    Dies ist ein recht gutes Beispiel für die spontane Symmetriebrechung im Zuge eines Phasenübergangs. Das Beispiel der gebrochenen Rotationssymmetrie durch die spontane Magnetisierung ist anschaulich, der entsprechende Symmetriebruch im Falle des Higgs jedoch leider nicht.

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