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Negative Materie

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Negative Materie

Beitrag von gravi » 13. Dez 2005, 18:47

Im Rahmen einer kleinen Diskussion fiel der Begriff negative Materie.

Was kann man sich darunter vorstellen? Gemeint ist damit allerdings nicht Antimaterie, das ist ja nun etwas völlig anderes.

Negative Materie, als Pendant zur negativen Energie, hätte eine negative Masse und sollte gravitativ abstoßend wirken (Antimaterie dagegen hat positive Masse und wirkt gravitativ).

Wäre so etwas denkbar (vielleicht nicht in unserem Universum) ?

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Beitrag von AlTheKingBundy » 13. Dez 2005, 19:00

Nach Newton würde sich +m und -m abstoßen, das ist richtig, +m und +m bzw. -m und -m anziehen.

Der Begriff der negativen Energie (was im Ruhesystem eine negative Ruhemasse entspricht) gibt es in der Qunatentheorie wirklich. Jedoch behebt man das Problem dadurch, dass sich negative Energie rückwärts durch die Zeit bewegt (rein mathematisch). Dadurch bekommt die Energie wieder einen positiven Gesamtwert. Mit der negativen Masse ist aber in der relativistischen Qunatenmechanik sehr wohl die Antimaterie gemeint!

Ob es nun echte negative Materie gibt, kann wohl keiner beantworten, bis sie gefunden ist :-)

Gruß Al

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Beitrag von gravi » 20. Dez 2005, 19:44

Ehrlich gesagt, kann ich mir unter negativer Materie nicht das Geringste vorstellen. Antimaterie ja, die ist uns schließlich geläufig.

Aber was bitte soll eine negative Masse sein...?

Wenn ich einem Affen eine negative Banane zu futtern gebe, ist er hinterher leichter!

Genial, das sollte mal jemand "er"finden - die absolute Superdiät! :lol:

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Beitrag von Stephen » 21. Dez 2005, 00:48

Hallo zusammen,

je öfter ich mir Definitionen über Dunkle Materie, Negative Materie, Antimaterie, Dunke Energie oder kubiküberschreitende Dimensionen durchlese, umso mehr brummt mir der Schädel. Ich bin allerdings auch der Typ, der sich in Großstädten 10mal verfährt, ehe er zum Ziel findet :lol:

Fremdsprachen muss man pauken - ohne Vokabeln läuft gar nichts - aber es ist machbar. Bei den Naturwissenschaften ist das schon viel leichter - wenn man in der Mathematik verstanden hat, wie man ableitet/differenziert bzw. Gleichungen umstellt/löst (ok, ist vielleicht wirklich etwas zu salopp ausgedrückt :D), kommt man sogar ohne "Büffelei" zu Ergebnissen.

Verständnis für dunkle, negative, Antimaterie, mehrstellige Dimensionen oder gar Dunkle Energie aufzubringen ist ungleich schwerer weil fast "unvorstellbar", der Logik widerstrebend, scheinbar physikalische Gesetze verletzend.

Aber vielleicht ist das "abstrakte Denken" wirklich nicht jedermans Sache, "erlernbar" ist das irgendwie nicht.

Zur Beantwortung der Frage konnte ich zwar nichts beitragen, vielleicht aber die Gedanken eines absoluten Laien zu dieser Problematik verdeutlichen.

Gruß
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Beitrag von Frank » 27. Dez 2005, 03:12

Ich denke mal das hier wohl die Antimaterie gemeint ist.(Es hört sich sehr danach an,daß zwei oder mehr Leute verschiedene Wörter benutzen,aber das Gleiche meinen.

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Beitrag von gravi » 27. Dez 2005, 12:58

Negative Materie ist - im Gegensatz zur Antimaterie - rein hypothetisch.
Während Antimaterie zur "normalen" Materie entgegengesetzt elektrisch geladen ist, hätte negative Materie eine negative Masse und würde auch negativ gravitativ wirken.

Aber es wäre wohl illusorisch, nach solchem "Stoff" zu suchen, er könnte in unserem Universum sicherlich nicht existieren.
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Beitrag von msueper » 27. Dez 2005, 16:17

dunkle Energie kommt dem wohl am nächsten

- würde auch antigravitativ wirken => beschleunigte Expansion des Alls
- analog zur dunklen Materie hat sie auch keine Interaktion mit dem uns zugänglichen Universum, abgesehen von der Gravitation

Da dieses Zeug abstoßend wirkt, sollte man keine größeren Klumpen davon finden, was die Untersuchung nicht wirklich vereinfacht.

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Beitrag von gravi » 27. Dez 2005, 17:07

Ja, dem kann ich mich anschließen!

Materie ist ja auch nur eine Erscheinungsform der Energie - quasi auskondensierte Energie.
Somit könnte negative Materie die "Hardware- Version" der Dunklen Energie sein.
Jetzt müsste man nur noch letztere besser verstehen...
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Beitrag von » 23. Jan 2006, 20:40

Das ist wirklich alles sehr hypothetisch.
Wenn negative Materie wirklich nur in einer Wechselwirkung (der Gravitation) unserer Materie entspricht (abgesehen davon, dass diese Gravitation auf uns abstoßend ist), kann man sie auch nicht beobachten, denn dazu bräuchten wir elektromagnetische Wechselwirkung.
Dann gibts ja noch die Theorie der p-Branen. Ich weiß nicht auf wessen Mist das gewachsen ist, aber es steht in Hawkings "Das Universum in der Nusschale". Darin beschreibt er, dass es durchaus die gleiche Art von Materie sein kann, welche sich allerdings auf einer anderen Bran befindet und dadurch nur über die Gravitation mit der Materie auf unserer Bran wechselwirken kann. Wie genau er das erklärt hat, weiß ich nicht mehr (zu lang her).

@StephenSour: Ja. Das Gefühl kenn ich^^ Bei einigen Sachen ist es aber auch nicht sinnvoll sich das vorzustellen, denn wir können schließlich nur 3-dimensional denken. Und auf Bildern wird der ganze Stoff dann eben wieder stark reduziert, bis er in unser Verständnis passt. Beispiele: Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Stringtheorie (wie soll man sich 11 Dimensionen in 3 Dimensionen vorstellen?^^) Bei der Relativitätstheorie geht es noch so grade, aber bei den anderen beiden, versagt unsere Vorstellungskraft völlig. Wenn man allerdings die Mathematik verstanden hat, macht es einem das Ganze gleich viel leichter.

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Beitrag von AlTheKingBundy » 27. Jan 2006, 07:02

Hier muss man wie gesagt zwei Dinge auseinanderhalten: real existierende negative Materie (ob sie nun existiert oder nicht) und die neagtive Materie in der Quantenphyik (die dort sehr wohl existiert). Negative Materie in der QP beschreibt Antiteilchen. Da dort aber sowohl die Masse/Energie als auch die Zeitkoordinate ihr Vorzeichen umdrehen = negativ werden, bleibt der Erwartungswert für die Masse > 0, egal ob es sich um Teilchen oder Antiteilchen handelt!

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Beitrag von breaker » 20. Feb 2006, 19:08

Ich versteh das auch nicht!
Erstmal: Irgendjemand hat hier gesagt, dass es keine größeren Klumpen negativer Materie geben könne, weil sie abstoßend wirkt. Wenn man aber nach Newton geht, dann zieht sich ja -m und -m an (wie auch schon jemand gesagt hat). Also könnte es durchaus größere Klumpen negativer Materie geben. Oder vielleicht stört ja unsere dunkle Materie, die ja auf unsere Materie anziehend wirkt und so auf die negative Materie abstoßend wirken müsste, dabei, Klumpen zu bilden.
Mein größtes Problem, warum ich mir das nicht vorstellen kann, ist, dass ich das zeug nicht anfassen kann. Ich meine, könnte ich so einen Klumpen negative Materie bei mir zu Hause auf dem Tisch liegen haben?
Genau das gleiche ist es mit der negativen Energie. Wie kann ein Teilchen denn mehr Energie verbrauchen, als es hat??? Und welche Eigenschaften hätte so ein Teilchen? Gibts dafür mathematische Beweise, die auch ein Laie einigermaßen versteht? das würde es mir garantiert leichter machen.

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Beitrag von gravi » 20. Feb 2006, 20:04

Ich verstehe Deine Unsicherheit sehr gut - das klingt ja auch alles sehr exotisch!

Zunächst einmal muss man genau definieren, was gemeint ist: Wie Al schon sagte, bleiben wir einfach dabei, dass wir darunter die Antimaterie verstehen.

Die ist nur gegenteilig elektrisch geladen wie die normale Materie. Aus dem Elektron ist also ein positives Positron geworden, aus dem Proton ein negatives Antiproton.
Das ist aber auch schon der einzige Unterschied zur Materie. Antimaterie wirkt also auch gravitativ anziehend. Du kannst sie nur nicht in die Hand nehmen, weil sie sich sofort mit normaler Materie zu Energie (Gammastrahlung) vernichtet.

Die wortwörtliche negative Materie ist wohl nur rein hypothetisch, sie dürfte in der Realität kaum existieren. Neben einer negativen Masse wäre sie auch gravitativ abstoßend. Sie kann aber nicht mit der Dunklen Materie übereinstimmen, denn diese wirkt ja gravitativ anziehend. Deren Natur kennen wir nun überhaupt nicht.
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Beitrag von breaker » 21. Feb 2006, 05:51

Hmmm... Macht eigentlich ja auch ein bisschen Sinn, Antimaterie als negative Materie zu bezeichnen, denn posisive und negative Zahlen heben sich ja auch auf.
Nächste Frage: Weiss man schon sicher, ob es Teilchen mit negativer Energie gibt? Únd wenn ja, dann müssten die doch, wenn Masse gleich Energie ist, eine negative Masse haben, oder?

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Beitrag von gravi » 21. Feb 2006, 19:30

Teilchen mit negativer Energie existieren höchstens als virtuelle, also nicht beobachtbare Teilchen. Nachweisen kann man sie z.B. mit dem Casimir- Effekt.

Allerdings handelt es sich dabei vornehmlich um Photonen - und diese haben keine Masse. Dennoch haben sie einen Impuls und damit einen Energieinhalt.

Wenn dieser negativ ist, so bedeutet dies nach dem Masse- Energieäquivalent auch eine negative Masse.

Darauf beruht ja z.B. die Hawkingstrahlung, nach der Schwarze Löcher verdampfen. Da entsteht am Rand eines Loches ein virtuelles Teilchenpaar, das durch Gezeitenkräfte getrennt wird. Ein Teilchen entkommt und gewinnt an Energie und wird damit zum reellen Teilchen. Das andere verkörpert die negative Energie (= Masse!), fällt ins Loch und entzieht damit dem SL ein wenig Masse.
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Beitrag von AlTheKingBundy » 21. Feb 2006, 21:50

@gravi

Es dürfen aber nicht zwei Dinge verwechselt bzw. durcheinander gebracht werden. Wenn Photonen keine Masse haben, ist die Energie = dem Impuls * Lichtgeschwindigkeit, denn es gilt:

E^2 = p^2 * c^2 + m^2 * c^4

mit m = 0 folgt

E = +/- p * c

Man darf aber an dieser Stelle nicht mehr mit der Masse argumentieren, also sagen, dass

E = +/- p * c = +/- m * c^2

gilt. Mit m = 0 wäre nämlich auch E = 0. Es sei denn, Du betrachtest eine Zerfallsprozess (wenn die Energie genügend groß ist), so dass zwei oder mehrere massive Teilchen entstehen.

:D

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Beitrag von breaker » 22. Feb 2006, 16:34

Ist vielleicht ne blöde Frage, aber Impuls ist doch Masse mal Geschwindigkeit, oder? dann hat man doch bei p*c immer noch die Masse drin.
Dabei frage ich mich schonwieder, wie Photonen überhaupt einen Impuls haben können, wenn sie keine Masse haben. Bitte klär mich auf, ich weiss ja, dass ich eigentlich falschliegen muss.

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Beitrag von AlTheKingBundy » 22. Feb 2006, 16:41

Die (nichtrelativistische) Definition

p = m*v

gilt natürlich nur für Teilchen mit einer Ruhemasse m. Der Impuls eines masselosen Photons ist durch die Wellenlänge bestimmt!

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Beitrag von gravi » 23. Feb 2006, 18:43

Der Energieinhalt eines Photons ist abhängig von der Wellenlänge bzw. Frequenz:

E = h*f = h*c/l

wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist, f die Frequenz, c die Lichtgeschwindigkeit und l (Lambda) die Wellenlänge.

Hiermit erhältst Du also einen dem Photon zugehörigen Energiebetrag.
Da aber nach dem Energie/Masseäquivalent einer bestimmten Energie auch eine bestimmte Masse zugewiesen werden kann, kannst Du Dir auf diesem Umweg vielleicht auch erklären, wieso auch ein ruhemasseloses Photon einen Impuls besitzt.

Mehr zu dieser Umrechnerei unter

http://www.abenteuer-universum.de/licht.html
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Re: Negative Materie

Beitrag von Frank » 14. Feb 2015, 06:37

Wie ist der Stand der Dinge nach fast 10 Jahren?

http://de.wikipedia.org/wiki/Exotische_Materie

Ganz vom Tisch ist die Sache wohl noch nicht.
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Negative Materie

Beitrag von Marcel » 14. Feb 2015, 08:08

Mal so eine kleine Idee:
Ihr kennt ja sicherlich alle die Inflationsphase aus der Big Bang Theorie. Diese ist m.W. sehr umstritten. Warum? Naja ganz einfach auf Grund der nicht Belegbarkeit. Warum sollte das Universum auf einmal so schnell expandieren? Warum sollte das Inflationfeld in der Zustandsgleichung einen Negativen Druck beinhalten?
Viele fragen, wenig Antworten. Doch gibt uns die Hypothese die Möglichkeit einige Eigenschaften des Universums zu beschreiben.
So nun aber zu der Eigentlichen Idee:
könnte es nicht sein das unsere sogenannte "Negative Materie" eine Art Idee, entspringend aus der Inflationshypothese, ist? Wäre dies so könne man logisch davon ausgehen, dass jene Teilchen maßgeblich an dieser Zeit beteiligt wären. Darauf müsste folgen, dass jene Teilchen sich dann "zerstrahlt", oder ähnliches, haben und die resultierende Energie sich in die fortwährende der Expansion einführte. Damit wäre anhand dieser Teilchen erklärt, wie es eigentlich zu einer so schnellen Ausdehnung des Universums kommt. Das die Energie gleich bleibt und nicht verloren geht, kann man sich über eine mögliche "Spannenergie" (Ich weiß nicht ob man das so nennt. Also was gemeint ist, dass der Raum sich eigentlich wieder in den Zustand der Symmetrie bewegen will, bedingt auch durch die Gravitation. ->mögliches Endszenario)

Gut, dass war jetzt mal reine Rumdruckserei. Und reine Hypothese! Um derartiges zu belegen, müsste erst einmal dieses Teilchen wirklich gefunden werden.

Aber nur so könnte ich mir derzeit die Existenz eines negativen Teilchens erklären. Denn es muss ja auch irgendeinen Sinn in der Existenz geben (Ursache-Wirkung-Prinzip).
Mit freundlichen Grüßen
Marcel

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Re: Negative Materie

Beitrag von gravi » 14. Feb 2015, 19:26

Nun, die Inflation ist damit wohl nicht zu erklären, eher mit einer CP- Symmetriebrechung (http://abenteuer-universum.de/kosmos/ur ... html#super).

Vielleicht waren ja auch Tachyonen beteiligt, Teilchen mit imaginärer Masse...?
Das ist schon alles sehr rätselhaft!

Gruß
gravi
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Re: Negative Materie

Beitrag von Marcel » 15. Feb 2015, 11:14

Ich denke das Problem dabei ist, dass es halt nur Spekulation ist - soweit ich weiß - und man keine wirklichen belege hat.
Darum finde ich es auch schwer darüber wirkliche begründungen zu finden.

Mir viel gestern eine mögliche Vorstellung für die negative Masse ein vielleicht hilft es euch.
Wir Stellen uns die Raumzeit ja häufig als zweidimensionale Fläche vor, um die Raumkrümmung visuell darstellen zu können. Natürlich hat das modell auch seine Grenzen, doch wollen wir dabei einmal bleiben.
Wenn nun Masse vorliegt, wird diese Fläche nach unten "gedrückt" (unsere bekannte Gravitation). Bei der Negativen Masse, wir die Fläche halt einfach nach oben gezogen. Nur darüber kann ich mir das vorstellen, was es sein kann... naja was denkt ihr ist das Bild gut?
Mit freundlichen Grüßen
Marcel

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Re: Negative Materie

Beitrag von seeker » 15. Feb 2015, 13:39

Ja, ich glaube für eine bildliche Vorstellung ist das ok, wobei man stets im Auge behalten sollte, dass solche Vorstellungen immer z.T. auch falsch sind bzw. die tatsächlichen Verhältnisse nur begrenzt richtig wiedergeben können: Es handelt sich (nur) um Analogien.

Was mir bei der Geschichte immer wieder in den Kopf kommt:

Wo ist das Null-Niveau?
Also: Ist ein völlig materiefreier Raum die Nulllinie oder ist er im Gegenteil ganz woanders als bei der Null (+ oder -)?
(Ich schiele dabei auf die immer noch rätselhafte Vakuumenergie.)

Grüße
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Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

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Re: Negative Materie

Beitrag von Marcel » 15. Feb 2015, 13:47

Nach der ART ist doch ein Materie Freier raum "glatt" also wäre da m.E.n. die Nulllinie.

Nach der Quantenmechanik wissen wir ja, dass der Raum nicht Glatt ist (Quantenschaum etc ^^)

Ich denke dass auch "Glätte" Relativ ist. Also zumindest abhängig vom Bezugssystem, oder?
Mit freundlichen Grüßen
Marcel

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Re: Negative Materie

Beitrag von seeker » 15. Feb 2015, 14:30

Marcel hat geschrieben:Nach der ART ist doch ein Materie Freier raum "glatt" also wäre da m.E.n. die Nulllinie.
Ja, aber ich bin nicht sicher, ob das die ganze Geschichte ist.
Wenn du die Wasseroberfläche des Meeres betrachtest, kann die auch glatt sein. Dennoch kann Null (der Meeresboden) einige Kilometer tiefer als die Wasseroberfläche liegen.
Wenn du in der Raumzeit eine völlig gleichverteilte Energie hättest (die diese ausfüllt, aber eben nicht klumpt), dann würde das zumindest lokal die gesamte Raumzeit, dein "Gummitich" "nach unten ziehen", ohne dass sich da was krümmen müsste. Krümmungen ergeben sich ja im Prinzip durch Potentialdifferenzen, also an der einen Stelle mehr Masse als an anderen.
So der Gedanke...

Und wenn eine solche gleichverteilte Hintergund-Energie negativ wäre (und somit das Gummituch glatt "nach oben" ziehen würde), dann wäre der Nullpunkt nur in der Singularität eines schwarzen Lochs und evtl. noch in der Urknallsingularität erreicht.

Grüße
seeker
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