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Beitrag von msueper » 10. Mai 2006, 17:40

Hallo,
mir kommt gerade eine dumme Frage:

Warum sind Elementarteilchen bin hinauf zu den Atomen eigentlich alle völlig identisch?

Alles in der makroskopischen Natur ist hingegen individuell. Klar, der einfache Grund ist, je kleiner etwas ist, desto weniger Eigenschaften hat es und kann sich somit immer weniger von anderen der gleichen Art unterscheiden. Aber völlige Identität ist schon wirklich was besonderes, finde ich.
Man nimmt diesen Sachverhalt einfach so hin, gibt es aber eine Erkärung?
Grüße, Martin

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Beitrag von gravi » 10. Mai 2006, 20:04

Das ist eine berechtigte Frage!

Ich tippe mal darauf, dass es an der Größe der Teilchen liegt. Die sind ja im wahrsten Sinne des Wortes elementar, also nicht mehr teilbar (Elektronen, Quarks etc.). In der Natur ist nun alles aus elementaren Einheiten aufgebaut, die keine eigene Indivdualität mehr besitzen. Erst das Zusammenspiel aller Einheiten ergibt einen individuellen Charakter.

Beispiel: Die alten Trix- Baukästen, oder Lego- Steine. Hier ist man auch in der Lage, mit Hilfe einiger weniger grundlegender Teile ganz individuelle Konstruktionen zu erschaffen.

Oder nimm das Leben - erst eine bestimmte Anordnung von Eiweißen, Aminosäuren und diversen anderen Molekülen ergibt entweder eine Mücke, ein Stinktier oder mit ein wenig Glück einen Menschen. Die eine Aminosäure ist aber so gut wie das andere Molekül, ich meine damit es gibt keine spezifische Stinktieraminosäure und auch keine Menschenaminosäure.

Die kleinsten Einheiten müssen also scheinbar ohne eigene Individualität sein...
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Beitrag von msueper » 10. Mai 2006, 21:17

Hallo,
diese Argumentation ist mir natürlich geläufig. Nur könnte man entgegenhalten:

Es Elektron z.B. könnte ja auch mal etwas mehr und mal etwas weniger Masse haben, oder ganz leicht unterschiedlich stark geladen sein. Es müsste dazu nicht zwingend aus kleineren Elementen zusammengesetzt sein.

In einer "analogen" Welt wäre dem so. Aber Quarks und Co scheinen mir irgendwie fast unreal, gerade so wie Simulations-Einheiten in einem Computer-Programm.
Grüße, Martin

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Beitrag von Maclane » 11. Mai 2006, 00:32

Die Welt ist digital. Bei ganz kleinen Längeneinheiten ist alles portioniert. Es gibt halt keine halben Energieportionen, genausowenig wie es halbe Bits in einem Transistor gibt. ;)
Hätten die Elektronen eine teilweise unterschiedliche Masse, würde ja z.B. die ganze Chemie nicht mehr so funkionieren wie wir das kennen...

Gruss Mac
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Beitrag von AlTheKingBundy » 11. Mai 2006, 08:28

Hallo,

mit identischen Elementarteilchen meinst du wohl identisch innerhalb einer Sorte, also z.B. Elektronen!? Das stimmt nur teilweise. Betrachtet man freie (wechselwirkungsfreie) Elektronen, am besten in deren Ruhesystem, dann kann man sehr wohl davon sprechen, dass sie identisch sind, da alle Elektronen (sofern der Spin gleich orientiert ist), dieselben Eigenschaften haben.

Das liegt (wahrscheinlich) daran, dass sich die Eigenschaften der Elementarteilchen aus quantenmechanischen Gleichungen ergibt, die für bestimmte Parameter, welche die Sorte des Elementarteilchens bestimmen, deren Eigenschaften, wie z.B. die Masse festlegt.

In einem Wechselwirkungsverbund von Elektronen gibt es diese Individualität, zumindest bei Fermionen nicht mehr. Dort (z.B. in einem Vielelektronenatom) kommt das Pauliprinzip zur Geltung, welches für halbzahlige Spinteilchen gilt und besagt, dass es keine zwei identischen Elektronen geben kann. Sie unterscheiden sich immer in mindestens einer Eigenschaft (Drehimpuls, Energie etc.).

Euer Al

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Beitrag von gravi » 11. Mai 2006, 20:06

Das ist schon völlig richtig, in einem Verbund müssen sich die Teilchen unterscheiden.
Aber Martin meinte wohl eher, weshalb z.B. die Elektronen im Ruhezustand die gleiche Masse haben, stets dieselbe Ladung aufweisen usw.

Du magst Recht haben, Al, dass sich diese Eigenschaften aus quantenmechanischen Gleichungen ableiten lassen.
Aber die Natur hat ja nicht zuerst die Gleichungen erfunden und danach die Teilchen konzipiert - aahh, jetzt kommt mir der "rettende" Gedanke: :idea:

Alle Teilchen entstanden ja aus Photonen (im frühen All) und verkörpern somit einen bestimmten Energieinhalt. Das und nichts anderes besagt ja auch das Masse-Energieäquivalent!

Also entspricht ein Elektron im Ruhezustand einem bestimmten Energiebetrag (eben einem Photon), und der ist zwangsläufig immer gleich. Daher müssen elementare Teilchen im Ruhezustand stets dieselben Eigenschaften wie Masse oder Ladung haben - es geht gar nicht anders.

Gut, dass ich wieder mal die Lösung gefunden habe! :lol:
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Beitrag von AlTheKingBundy » 12. Mai 2006, 12:13

Ich denke nicht, dass diese Herangehensweise richtig ist. Es ist hier nicht die Frage, was zuerst da war, die Henne oder das Ei. Natur und Gleichungen sind ein und dasselbe. Solange es die Natur gibt, gab es auch die Naturgesetze.

Die Massenenstehung und deren Quantelung hängt auch nicht von den Photonen ab.

Beispiel:

Ein Gammaquant mit 3 MeV zerstrahlt in Elektron und Positron (Ruhemassen zusammen ca. 1,2 MeV) die restlichen 2,8 MeV verteilen sich als kinetische Energie auf Elektron und Positron. Warum entsteht dann nicht irgendwann einmal, wenn die Masse variieren kann, ein Elektron mit einer Masse von 2 MeV? Das ist noch nie passiert und wird auch nie passieren!

Gruß Al

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Beitrag von breaker » 12. Mai 2006, 21:39

Hallöchen, bin nach einiger Zeit mal wieder da!
Zum Thema:
Also, ich finde erst einmal, dass es für so ein Teilchen grundsätzlich schwerer ist, sich von anderen zu unterscheiden. Bei allen makroskopischen Objekten können wir nach Größe, Form und Farbe unterscheiden, bei Teilchen gibt es ja viel weniger Kriterien.
Masse, Drehimpuls, Ladung. Kann man eigentlich sonst noch Eigenschaften feststellen?
Form geht meiner Meinung nach schon deshalb nicht, weil diese kleinen Dinger ja auch mal hin und wieder Wellen sind, wenn sie gerade dazu Lust haben.
Das sind ein paar Gründe, die mir recht logisch erscheinen, warum sich die ganzen Teilchen an sich ähnlich sind, oder uns zumindest so ähnlich erscheinen, aber warum die Elektronen alle die selbe Masse haben, ist wirklich eine gute Frage. Könnte es denn eigentlich nicht sein, dass die Masse der Elektronen tatsächlich nicht immer gleich ist, dass die Schwankungen aber zu klein sind, um sie zu messen, und zu klein, um in der Chemie irgendwelche Störungen zu verursachen. Grob gesehen sehen Menschen auch alle gleich aus, und es haben auch alle ungefähr die gleiche Masse. Bei den Menschen sind die Schwankungen eben so groß, dass man sie ohne weiteres bemerkt, bei Teilchen eben nicht.
Kann das sein?

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Beitrag von Maclane » 12. Mai 2006, 23:20

Hehe, hatten wir nicht eine ähnlich Diskussion schonmal beim Wert der Lichtgeschwindigkeit? ;)
Also die Ruhemasse des Elektrons ist sehr sehr genau bestimmt und das schon lange. Es gibt auch keine Abweichungen - dank E=mc² hätten auch allerkleinste Abweichungen messbare Auswirkungen, doch sowas konnte bei den Beschleunigungsexperimenten nicht festgestellt werden...

Gruss Mac
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Beitrag von breaker » 13. Mai 2006, 00:46

Heißt das, dass es gar keine unmessbaren Schwankungen gibt??

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Beitrag von Maclane » 13. Mai 2006, 05:29

Ich weiß ja, dass tensor oder Al gleich kommen und sagen: Es gibt keine "Schwankungen" bei der Ruhemasse des Elektrons, basta! ;)
Und ich überleg gerade, ob ich noch nen Kommentar dazu schreibe oder nicht. *g*

Unsereiner kann das ja weder nachrechnen noch nachprüfen, aber wenn man mal ein bisschen drüber nachdenkt, kommt man glaub ich automatisch zu dem Schluss, dass es keine Schwankungen geben kann. :idea: ;)

Gruss Mac
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Beitrag von msueper » 13. Mai 2006, 10:55

Hallo,
soweit ich weiss schwankt die Masse der Elementarteilchen nicht nur nicht, sondern gar nicht.
Es muß also schon etwas dran sein, dass z.B. ein Elektron genau diese Eigenschaften hat und nicht leicht andere.
AlTheKingBundy hat natürlich Recht, die Eigenschaften werden durch die Naturgesetze beschrieben und sind in den bekannten Formel math. ausgedrückt. Weil wohl nun Elementarteilchen per Definition "primitive" Teilchen sind, haben Sie nur minimal viele Eigenschaften, was ihnen Individualität erschwert. Klar...

Ich - als Laie - stelle mir das ungefähr so vor: Es gibt eine "Super-Funktion", die sagen wir mal alle Eigenschaften, wie Spin, Masse, ... verknüpft. Diese Funktion hat Minima. Jedes Minima entspricht einem Elementarteilchen. Durch Energie kann der "Hügel" zwischen zwei Minima überwunden werden, aber ähnlich wie eine Kugel rollt das "Teilchen" automatisch immer wieder zum nächsten Minima und bleicht in der Mulde liegen, man kann es einfach nicht auf der Hügelschräge anhalten.
Was denkt ihr dazu?
Grüße, Martin

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Beitrag von AlTheKingBundy » 13. Mai 2006, 17:27

Also dass es absolut keine Schwankungen gibt würde ich als Physiker niemals behaupten. Nur im Rahmen der bis jetzt unglaublichen Messgenauigkeit gab es keine. Da dass Elektron oder andere Elementarteilchen auch mit dem quantenmechanischen Vakuum wechselwirken und dieses eine ziemlich brodelnde Angelegenheit ist, wird es bestimmt irgendwo eine Schwankung geben, die man aber getrost vernachlässigen kann, die aber bestimmt bei Nachweis einen Nobelpreis einbringen würde.

Deine Superfunktion ist gar nicht so falsch, die Natur gehorcht wie auch wir Menschen, streng dem Faulheitsprinzip, mit anderen Worten, alles strebt dem energieärmsten Zustand zu, solange man nicht Energie investiert, um dies zu unterbinden. Die "Supergleichungen" ergeben sich auch alle aus diesem "Wirkungsprinzip", dass die Dinge in der Natur einem Minimum zustreben.

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Beitrag von SchrödingersCAT » 14. Mai 2006, 20:48

Also ich faße mal zusammen, wie ich es bisher verstanden habe:

Elektronen sind alle gleich. Man kann nicht sagen, ein bestimmtes Elektron stammt von einem Eisenatom und das andere von einem Stickstoffatom.

Könnte man von den Protonen und Neutronen feststellen woher sie stammen? Oder sind die auch alle gleich und nur ihre Anzahl bestimmt dann das Atom, das sie bilden?
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Beitrag von msueper » 14. Mai 2006, 21:01

Hallo,
ja, im Thread wurden Elektronen explizit genannt, weil sie wirklich elementar sind (jetzige Annahme). Protonen und Neutronen sind zwar nicht elementar (bestehen aus Quarks) sind aber dennoch allesamt völlig identisch.
Grüße, Martin

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Beitrag von AlTheKingBundy » 15. Mai 2006, 08:19

Hallo,

nur eine kleine Anmerkung zu den Nukleonen. Sie bestehen zwar substanziell, man könnte beinahe sagen im Mittel aus 3 Quarks, aber es steckt noch viel mehr in Ihnen. Man sollte eher von einem Quark-Gluonen-Plasma sprechen. Die Gluonen (Klebstoff bzw. Austauschteilchen der starken WW zwischen den Quarks) tragen eine beträchtlichen Anteil zur Ruhemasse der Nukleonen bei! Streuversuche mit hochenergetischen Elektronen an Nukleonen haben jedoch ergeben, dass sich die Ergebnisse am besten mit 3 Streuzentren im Nukleon erklren lassen!

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Beitrag von gravi » 15. Mai 2006, 19:46

Ja, zwischen den Gluonen und den Quarks geht's richtig rund!

Ich las mal irgendwo, dass sie nicht streng voneinander zu trennen sind, sondern sogar gegenseitig ineinander übergehen, also ständige Umwandlungen stattfinden.
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Beitrag von AlTheKingBundy » 15. Mai 2006, 20:22

Die Gluonen halten die Quarks zusammen und zwar umso stärker, je weiter sich die Quarks voneinander entfernen wollen. Man spricht vom Confinement. Unter nichtrelativistischen Näherungen entspricht dies in etwa dem Trichterpotential

V(r) = a*r + b/r

Der zweite Teil ist coulombartig, der erste wächst linear mit dem Abstand. Erhöht sich der Abstand ständig, entsteht so viel potentielle Energie, dass wieder neue Quarks gebildet werden können.

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Beitrag von gravi » 16. Mai 2006, 19:54

Danke, das ist einleuchtend.
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Beitrag von » 18. Jul 2006, 21:33

Will man nicht grade irgendwie versuchen das Higgsfeld und die Higgsteilchen zu beweisen? Eine Theorie besagt doch, dass das Higgsfeld den verschiedenen Teilchen eben bestimmte Trägheiten gibt und somit bestimmte Massen.
Entschuldigung für mein laienhaftes Wissen^^

btw. hallo da bin ich wieder^^

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Re: Individualität

Beitrag von wilfried » 2. Sep 2006, 13:36

"msueper"
Hallo,
mir kommt gerade eine dumme Frage:

Warum sind Elementarteilchen bis hinauf zu den Atomen eigentlich alle völlig identisch?


Liebe Freunde,

dieses hier war die Ausgangsfrage. Verschiedenartige Antworten habe ich gelesen, sogar eine, welche von 1/2 Bit in einem Transistor sprach. Zur Ehrenrettung der Elektroniker: !/2 Bit oder sonst wie was an Bits in einem Transistor gibt es nicht.

Der Aufbau der Materie ist eine Konstruktionsanleitung, welche sich eines Baukastens aus
- Teilchen
- Kräften
- Feldern
bedient. Die Natur hat wirklich eine Art Bedienungsanleitung, wie sich die Elemente bis hin zu den Atomen oder Molekülen zusammenfügen.
Wir Natuzrsissenschaftler haben in langen Jahren verstanden, wie dieser Baukasten funktioniert.

Das allerdings ist auf die ganz einfache Art nicht zu erkären, soll heißen ich kann das nicht in 2 oder 10 Sätzen.
Sollte daran Interesse bestehen, diesen Aufbau Mechanismus mal erklärt zu bekommen, kann ich mich ja gerne mal hinsetzen und darüber etwas zusammenstellen. Das tät ich dem gravi geben, damit er dieses (wird umfangreich) in einer gerade im Gespräch befindenden Art ins Forum stellt.

Bitte sagt Eure Meinung dazu. Wenn mehrere Leute das gerne hätten, werde ich einen Artikel schreiben, der sich mit dem Aufbau der Materie beschäftigt.

Netten Gruß

Wilfried[/quote]
Die Symmetrie ist der entscheidende Ansatz Dinge zu verstehen:
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rot B - dE/ / (c dt) = (4 pi j ) / c
div B = 4 pi rho_m
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Beitrag von Maclane » 2. Sep 2006, 16:38

Also meiner Meinung nach wäre das ganz ganz toll. :)
Der Aufbau der Materie ist doch das Grundlegenste überhaupt!

Ich befürchte zwar, dass ich nur etwa 10% davon verstehe... Aber dann weiß ich hinterher diese 10% mehr als vorher. ;)

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Beitrag von gravi » 2. Sep 2006, 19:29

Ich kann mich dem nur anschließen:

Da mir selbst nicht ganz klar ist, weshalb es bei den Teilchen keine Individualität gibt, wäre ein solcher Beitrag sicher hilfreich!

Wie inzwischen mit Wilfried abgesprochen, wenn er einen solchen Beitrag erstellt, so wird der nicht hier im Forum erscheinen, sondern als Gastbeitrag auf der Homepage und damit stets verfügbar sein.

Ich freue mich schon jetzt darauf... :D

Gruß
gravi
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