Quantenelektrodynamik, Eichfixierung, Coulomb-Potential 1/r

Bernhard

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Da ist halt die Frage, wie dieser von der Anzahl der Dimensionen abhängt.
Das ist ein Stück weit spekulativ. Ich gehe aber davon aus, dass bei Toms Ansatz die Eichinvarianz der Theorie erhalten bleibt, also:

gif.latex


Der Index läuft dann von 0 bis d, wobei d die Anzahl der raumartigen Dimensionen angibt. Bei d=4 werden dann allerdings neue elektromagnetische Felder angenommen, im Vergleich zu d=3.
 
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Rainer

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Das ist ein Stück weit spekulativ.
Selbstverständlich ist das rein spekulativ.
Φ ist halt ein Skalar, der nicht von der Anzahl der Dimensionen abhängen sollte.
Eine Änderung der Dimensionen kann man halt nicht testen.

Ich meine nur, dass die Änderung mit den Dimensionen spekulativ und nicht begründet ist.
Die Potentielle Energie eines Teilchens sollte (reziprok linear) vom Abstand abhängen, völlig unabhängig von der Anzahl der Dimensionen.
Wieso sollte sich der rs eines SL ändern, wenn der Raum höherdimensional ist.

Möglich ist das natürlich. Doch wenn ich die Wahl zwischen einem konstanten Naturgesetz unabhängig von der Anzahl der Dimensionen habe und einem, das zusätzlich von der Anzahl der Dimensionen abhängt, scheint mir das Erste näherliegend.
 
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TomS

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Dies ist nicht selbstverständlich unabhängig von der Anzanl der Dimensionen, das ist eine reine Unterstellung.
Nein, ist nicht.

(und könntest du BITTE aufhören, ohne eigene Fachkenntnis mir Unterstellung zu unterstellen)

Die Lagrangedichte der Elektrodynik hat in allen n+1 dimensionalen Raumzeiten mit n räumlichen Dimensionen die selbe Form (nur der räumliche Index läuft über 1 … n. Das Gaußsche Gesetz gilt gleichermaßen für alle n. Und der Gaußsche Integralsatz ebenfalls. Wenn dir das nicht klar ist, dann frage einfach nach.


Wo der gedankliche Zirkelschluss genau einfließt sehe ich zwar noch nicht.
Es gibt keinen.

Man schreibt die Lagrangedichte hin und berechnet das.

Es ist natürlich keine Frage, dass die Feldstärke linear von Q abhängt.
Ja.

Nur muss die Summe über die Oberfläche nicht in jeder Dimension konstant sein.
Was genau meinst du damit? Kannst du zitieren, was du nicht verstehst? Geht es um das hier?

|F| • A(r) = Q



Um das Ganze nochmal zu unterschreichen:
Der Zustandsparameter w eines Gases ist wγ = 1/3, für das Vakuum (DE) jedoch wΛ = -1.
Das ist in diesem Kontext völlig irrelevant.

Versuche doch mal, das nachzuvollziehen, was ich erkläre, und nachzufragen, wenn du etwas nicht verstehst.

Ich behaupte … Genauso sollte …
Auf welcher Grundlage?


Du hattest vor Tagen diese Fragen gestellt:
Ich behaupte, dass Φ auch in höheren Dimensionen ~Q/r ist, und daher auch g genauso ist, was spricht dagegen?
Das habe ich oben beantwortet.

Wenn dich meine oben gegebene Antwort interessiert, dann versuchen wir doch, dass du sie verstehst. Danach kannst du sie auch gerne kritisieren.
 
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TomS

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Du meinst sicher den etwas allgemeineren Integralsatz von Stokes (WP)
Nein, nicht wirklich, siehe hier:

Der nach Gauß benannte Integralsatz folgt als Spezialfall aus dem Satz von Stokes

One can use the generalised Stokes' theorem to equate the n-dimensional volume integral of the divergence of a vector field F over a region U U to the (n − 1)-dimensional surface integral … This is also known as the divergence theorem.
 
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TomS

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Ich gehe aber davon aus, dass bei Toms Ansatz die Eichinvarianz der Theorie erhalten bleibt, also:

gif.latex
Natürlich gilt Eichinvarianz erhalten. An diesen Konzepten ändert sich nichts.

Der Index läuft dann von 0 bis d, wobei d die Anzahl der raumartigen Dimensionen angibt. Bei d=4 werden dann allerdings neue elektromagnetische Felder angenommen, im Vergleich zu d=3.
Klar. Der räumlich Index läuft von 1 bis d.
 
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TomS

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Φ ist halt ein Skalar, der nicht von der Anzahl der Dimensionen abhängen sollte.
Φ ist kein Skalar sondern die Null-Komponente eines Lorentz-Vektors.

Eine Änderung der Dimensionen kann man halt nicht testen.
Aber man kann mathematisch exakt herleiten, was gelten sollte.

Die Potentielle Energie eines Teilchens sollte (reziprok linear) vom Abstand abhängen, völlig unabhängig von der Anzahl der Dimensionen.
Das ist deine persönliche Spekulation, für die aber keine Begründung anführen kannst.

Umgekehrt gelten die mathematischen Gleichungen exakt. Versuche halt mal, nachzuvollziehen, wie man darauf kommt. Danach kannst du die Schlussfolgerungen gerne kritisieren.

Doch wenn ich die Wahl zwischen einem konstanten Naturgesetz unabhängig von der Anzahl der Dimensionen habe und einem, das zusätzlich von der Anzahl der Dimensionen abhängt, scheint mir das Erste näherliegend.
Es geht gerade nicht darum, dass man sich ein kompliziertes Naturgesetz ausdenkt, das auch noch von der Anzahl der Dimensionen abhängig ist, sondern dass man ein von der Zahl der Dimensionen unabhängige Formulierungen findet – für die dann die Abhängigkeit gewisser Größen von der Zahl der Dimensionen eine mathematische Konsequenz ist.

Ockham at work.
 
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Rainer

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Φ ist kein Skalar sondern die Null-Komponente eines Lorentz-Vektors.
Jede Null-Komponente ist ein Skalar.

Es geht gerade nicht darum, dass man sich ein kompliziertes Naturgesetz ausdenkt
Nein, natürlich nicht.

mir Unterstellung zu unterstellen
Das unterstelle ich ja nicht Dir, sondern das ist das naive Verständnis, das aus den Maxwellgleichungen für den ℝ³ folgen. Sie sind aber für den ℝ³ maßgeschneidert und müssen keine analoge dimensionale Gültigkeit haben.

Die Übertragung der Oberfläche S² auf eine höhere Dimension Sª ist halt nicht zwingend.

Das hat ja nichts mit der Korrektheit der Mathamatik zu tun, sondern damit, ob diese für dieses Problem anwendbar ist.

Wenn dich meine oben gegebene Antwort interessiert, dann versuchen wir doch, dass du sie verstehst. Danach kannst du sie auch gerne kritisieren.
Das Problem ist, dass mir nicht ganz klar ist, wann die S³ im ℝ⁴ in die Rechnung kommt. Soweit ich sehe, ist das nur eine Analogie. Die Gleichheit von
S²·E ~ Q
ist ja nicht gottgegeben, sondern womöglich eine Koinzidenz. Warum soll
S³E₄ ~ Q gelten und nicht weiterhin r²·E₄ ~ Q, mir ist schon klar, dass hierbei E₄ und E die gleichen Dimensionen haben müssen. Das würde ich aber bei einem Beschleunigungsfeld sowieso erwarten.
E = a·Q/m

Φ ist halt ein Skalar, der nicht von der Anzahl der Dimensionen abhängen sollte.
Jedenfals dürfte klar sein, dass das Potentialfeld elementarer ist als das Beschleungungsfeld. Das sieht man allein schon an der SRT.
g = ∇Φ = ∇(Φ'·γ) ≠ g'γ²

NICHT das Beschleunigungsfeld wird kontrahiert, sondern das Potentialfeld. Das Beschleunigungsfeld "entsteht" erst aus Sicht des Beobachters.

Nachtrag:
Die einzige Frage, die sich am Ende stellt, ist die, ob dies konsistent ist. Wenn ja, ist es möglich, wenn nein, ist es nicht möglich.
 
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TomS

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Jede Null-Komponente ist ein Skalar.
Aber kein Lorentz-Skalar.

Sie [die Maxwellgleichungen] 1. sind aber für den ℝ³ maßgeschneidert und 2. müssen keine analoge dimensionale Gültigkeit haben.
  1. nein; sie sind mathematisch unmittelbar für alle Dimensionen identisch formulierbar
  2. ja; müssen sie physikalisch nicht
Da wir aber (a) haben, keine einfache Alternative zu (a) kennen, und (b) ohnehin rein hypothetisch ist, starte ich halt mit (a) für n > 3.

Die Übertragung der Oberfläche S² auf eine höhere Dimension Sª ist halt nicht zwingend.
Mathematisch ist das alles zwingend.

Das Problem ist, dass mir nicht ganz klar ist, wann die S³ im ℝ⁴ in die Rechnung kommt. Soweit ich sehe, ist das nur eine Analogie.
Es handelt sich um die Anwendung eines mathematisch exakten und für alle Dimensionen anwendbaren Theorems – letztlich nach Stokes – das ein Integral über ein endliches Volumen V zu einem anderen Integral über die Oberfläche S(V) des Volumens V in Beziehung setzt.

Die Gleichheit von
S²·E ~ Q
ist ja nicht gottgegeben, sondern womöglich eine Koinzidenz.
Es ist eine exakte mathematische Schlussfolgerung, die jeder Physikstudent lernt.

Warum soll … gelten.
Weil es die mathematische Konsequenz meiner Ausführung ist.

Die einzige Frage, die sich am Ende stellt …
… was du eigentlich möchtest:
  1. die mathematische Argumentation verstehen?
  2. darüber diskutieren, dass die hypothetische Übertragung in hypothetische 4 oder 27 Dimensionen anders sein könnte?
Letzteres ist trivialerweise richtig. Ersteres wäre spannend für dich, weil du dann verstehen würdest, woher die Abhängigkeit des Coulomb-Gesetzes von der Zahl der Dimensionen stammt, und warum es so sein muss.
 

Rainer

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die mathematische Argumentation verstehen?
Die ist ja klar, das Problem ist die Übertragung auf höhere Dimensionen.

Die nullte Komponente eines Vektors ist sicher kein Skalar.
Doch schon.
Aber kein Lorentz-Skalar.
Jeder Skalar ist lorentzinvariant.

Aber bitte nicht den Wert Φ mit der Funktion für das Feld Φ verwechseln. Das FELD ist nur ein Feld von Skalaren, die einzeln invariant sind, aber das Feld ist es nicht.
  1. nein; sie sind mathematisch unmittelbar für alle Dimensionen identisch formulierbar
  2. ja; müssen sie physikalisch nicht
Da wir aber (a) haben, keine einfache Alternative zu (a) kennen
Eben. Es bleibt aber ein Zirkelschluss. Und meine Alternative halte ich für wahrscheinlicher und auch noch einfacher....sofern sie kosistent ist.
das ein Integral über ein endliches Volumen V zu einem anderen Integral über die Oberfläche S(V) des Volumens V in Beziehung setzt.
Das ist ja auch korrekt, gar keine Frage. Es stellt sich nur die Frage, welche Oberfläche und welches Volumen in höheren Dimensionen maßgeblich ist, bzw ob man das physikalisch überhaupt als Oberfläche und Volumen identifizieren darf, nur weil es im ℝ³ so aussieht. Das stört natürlich nicht die Mathematik, jedoch die analoge Anwendung in anderen Dimensionen.
Mathematisch ist das alles zwingend.
Was soll daran (analoge Anwenduing in höheren Dimensionen) denn zwingend sein?
Klar kann man die Hyperfläche auch über das Hypervolumen rechnen, aber BEIDES muss nicht für das physikalische Problem maßgeblich sein.
Es ist eine exakte mathematische Schlussfolgerung, die jeder Physikstudent lernt.
Das ist ja auch phänomenologisch nicht falsch, es ist aber nicht elementar, sondern womöglich nur eine Koinzidenz.

Das ist wie wenn man meinen würde, dass die Chandrasekhar Masse größer wäre, wenn wir plötzlich feststellen, dass die Sonne mehr Masse hätte, nur weil die Definition so formuliert wird
MCh = 1,45727 Mo/η
Diese Formulierung ist nur deshalb korrekt, WEIL Mo nicht die Sonnenmasse, sondern eine abstrakt definierte Größe ist.
Letzteres ist trivialerweise richtig. Ersteres wäre spannend für dich, weil du dann verstehen würdest, woher die Abhängigkeit des Coulomb-Gesetzes von der Zahl der Dimensionen stammt, und warum es so sein muss.
Es geht NUR um "Letzteres", was ja Dein "so sein muss" ausschließt.
I
 
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TomS

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Doch schon.

Jeder Skalar ist lorentzinvariant.
Die Null-Komponente des Energie-Impuls-Vierervektors wäre deiner Meinung nach ein Skalar. Und ja, jeder Skalar ist lorentzinvariant.

Also ist die Energie – die Null-Komponente des Energie-Impuls-Vierevektors – lorentzinvariant.

Das ist offensichtlich falsch.

Der Punkt ist, dass deine Aussage, die Null-Komponente eines Vierervektors sei ein Skalar, falsch ist.

Bitte versuche das zu verstehen, sonst ist die Diskussion sinnlos.


Aber bitte nicht den Wert Φ mit der Funktion für das Feld Φ verwechseln. Das FELD ist nur ein Feld von Skalaren, die einzeln invariant sind, aber das Feld ist es nicht.
Sorry, das ist sinnfrei.

Es bleibt aber ein Zirkelschluss.
Es evtl. physikalisch unzutreffend, aber kein Zirkelschluss.

Und meine Alternative halte ich für wahrscheinlicher und auch noch einfacher....sofern sie kosistent ist.
Zumindest an 2-dim. Systemen kann man messen, dass das Coulomb-Potential u.a. Effekte sich so verhalten, wie von mir beschrieben. Die Abhängigkeit von der Zahl der Dimensionen ist also physikalisch nachweisbar.


Es stellt sich nur die Frage, welche Oberfläche und welches Volumen in höheren Dimensionen maßgeblich ist, bzw ob man das physikalisch überhaupt als Oberfläche und Volumen identifizieren darf, nur weil es im ℝ³ so aussieht. Das stört natürlich nicht die Mathematik, jedoch die analoge Anwendung in anderen Dimensionen.
Es handelt sich nur um eine Veranschaulichung der Mathematik. Da stellt sich überhaupt keine Frage.


Nochmal die Frage: möchtest du verstehen, wie die Dimension genau ins Spiel kommt?
 

Rainer

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Es evtl. physikalisch unzutreffend, aber kein Zirkelschluss.
Der Zirkelschluss ist, es als Beweis zu postulieren, was ja nicht sein kann, wenn es physikalisch evtl unzutreffend ist.
Sorry, das ist sinnfrei.
Unsinn. Jeder Skalar ist lorentzinvariant. Jede Nullkomponente (bzw tt oder ttt) beschreibt derartige Skalare für jedes Ereignis in der Raumzeit. Was soll daran denn sinnfrei sein. Dieser Wert für das Ereignis ist selbstverständlich lorentzinvariant.
Es handelt sich nur um eine Veranschaulichung der Mathematik
Nein es geht um die Frage der Anwandbarkeit in der Physik auf das gegebene Problem.

Zumindest an 2-dim. Systemen kann man messen, dass das Coulomb-Potential u.a. Effekte sich so verhalten, wie von mir beschrieben. Die Abhängigkeit von der Zahl der Dimensionen ist also physikalisch nachweisbar.
An diese Möglichkeit hatte ich schon gedacht, wo gibt es dazu etwas?
 
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TomS

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Der Zirkelschluss ist, es als Beweis zu postulieren, was ja nicht sein kann, wenn es physikalisch evtl unzutreffend ist.
Nein, das ist kein Zirkelschluss.

Der Beweis bewegt sich rein im Bereich der Mathematik und ist sicher korrekt. Die Anwendung auf die Physik ist möglicherweise unzutreffend.

Jeder Skalar ist lorentzinvariant.
Richtig.

Jede Nullkomponente (bzw tt oder ttt) beschreibt derartige Skalare
Quatsch.

Was soll daran denn sinnfrei sein.
Dass sich die Nullkomponente unter Lorentz-Trf. ändert, ein Skalar nicht.
 

Rainer

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Dass sich die Nullkomponente unter Lorentz-Trf. ändert, ein Skalar nicht.
Das ist nur die Funktion, die die Skalare im Feld des Koordinatensystems beschreibt, die Skalare selbst ändern sich natürlich nicht.
DASS eine Funktion kein SKALAR ist, hatte ich vorausgesetzt.....
Ich hätte sagen sollen, dass die Nullkomponente Skalare beschreibt.
Nein, das ist kein Zirkelschluss.

Der Beweis bewegt sich rein im Bereich der Mathematik und ist sicher korrekt. Die Anwendung auf die Physik ist möglicherweise unzutreffend.
Was soll das jetzt werden, zuerst widersprechen und dann zustimmen? Und nicht das erste Mal.
 

Rainer

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Es punktet also, wer korrekte mathematische Beweise hinschreibt oder zitiert.
Danke, da bin ich einverstanden. Ich hatte mich ja schlampig ausgedrückt, weil man halt für Feld und Einzelwert immer die gleichen Zeichen benützt. Ich mein da immer den Einzelwert, auch wenn ich diesen als Funktion also als Feld formuliere.
Bleiben wir also dabei, dass jede Nullkomponente Skalare beschreibt.
 

Bernhard

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Bleiben wir also dabei, dass jede Nullkomponente Skalare beschreibt.
"Skalarität" ist eine rein mathematische Eigenschaft und beschreibt das Verhalten einer Größe bei einer Koordinatentransformation. Die Größe selbst darf dabei auch von den Koordinaten abhängen, was auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen mag, aber im Vergleich zum Transformationsverhalten von Vektoren, Tensorindizes und auch Spinoren verständlich ist.

Ich vermute, du glaubst, dass das elektromagnetische Potential ein Skalar ist. Das ist aber mathematisch gesehen falsch. Ich kann mir auch Gründe für diesen Irrtum vorstellen. Ist es eventuell aus der newtonschen Physik her begündet?
 

Rainer

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Das ist aber mathematisch gesehen falsch
kannst du das erläutern?
Ein Skalar ist jede ungerichtete Größe.
Die Größe selbst darf dabei auch von den Koordinaten abhängen, was auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen mag,
eigentlich nicht, denn die Koordinaten sind nur die subjektive Beschreibung eines objektiven Ortes. WELCHE Koordinaten dafür benützt werden, ist völlig egal, das verändert nicht die Messgröße. Die Formeln können zwar variieren.
Φ = -G·M/r → vollständig → Φ = -G·M/(r/γ)
r/γ bezeichnet in jeden System den identischen Abstand. Der Wert von Φ ist für alle Beobachter an diesem Punkt identisch. Φ ist ein Skalar.
(dies ist vereinfacht eindimensional dargestellt)
 
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Bernhard

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kannst du das erläutern?
Eher nein, weil man den gesamten Formalismus normalerweise aus geeigneten Lehrbüchern (zB T. Fließbach, Allgemeine Relativitätstheorie, Bjorken &Drell, Relativistische Quantenmechanik u.v.m. ) lernt und ich keine Lust habe das abzuschreiben.

Das Wesentliche ist die Koordinatentrafo. Ändert sich der Wert einer Größe bei einer "Trafo" ist es kein Skalar. Ändert sich nichts, ist es ein Skalar.
eigentlich nicht, denn die Koordinaten sind nur die subjektive Beschreibung eines objektiven Ortes.
Gut.
 

Rainer

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Das Wesentliche ist die Koordinatentrafo. Ändert sich der Wert einer Größe bei einer "Trafo" ist ein kein Skalar. Ändert sich nichts, ist es ein Skalar.
ich habe oben ergänzt, Du meinst sicherlich den Unterschied der Lorentzkontraktion des Raumes. Das ist aber nur die Beschreibung des Ortes, für den Φ wieder für alle lorentzinvariant ist.

Wenn Du das Potential wissen willst, zB wo sich gerade die Rakete befindet, dann ist der Wert von Φ für alle Beobachter identisch, nur die Beschreibung der Koordinaten variiert, zB r/γ
 
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