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Quantenfelder sind alles – und alles besteht aus Quantenfeldern!

Von / 26. Juni 2018 / 25 Kommentare
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Wolltet ihr immer schon mal genau wissen, was Quantenfelder sind? Nein? Meine Güte, warum nicht?! Glaubt mir, ihr wollt wissen, was Quantenfelder sind! Denn Quantenfelder sind alles! Und das ist nicht mal übertrieben. Wenn wir uns vorstellen, das alles aus irgendwelchen Teilchen besteht; aus Atomen, Protonen, Neutronen, Elektronen, Quarks und so weiter: Dann stellen wir uns eigentlich etwas vor, was schon längst veraltet ist. Wir wissen mittlerweile, dass das Universum nicht voll mit winzigen “Kugeln” ist, aus denen in einer Art kosmischen Lego die gesamte Materie zusammengestöpselt wird. Dieses Bild ist zwar anschaulich, aber seit den Erkenntnissen der Quantenmechanik nicht mehr wirklich korrekt. Dort wird alles in Form von – richtig! – Quantenfeldern beschrieben!

Ein Feld aus Quantenfeldern mit Kartoffeln aus Quantenfeldern unter der Erde (aus Quantenfeldern) (Bild: Public Domain)

Ein Feld aus Quantenfeldern mit Kartoffeln aus Quantenfeldern unter der Erde (aus Quantenfeldern) (Bild: Public Domain)

Alles was ist, ist Resultat eines Quantenfeldes und alles was mit irgendetwas anderem in Kontakt steht oder sonst irgendwie interagiert, tut das durch Quantenfelder. Und bevor jetzt irgendwer auf blöde Ideen kommt und sich irgendeinen esoterischen Quatsch vorstellt, solltet ihr herausfinden, was Quantenfelder wirklich sind. Dazu könnt ihr entweder ein paar Jahre theoretische Physik studieren. Oder falls ihr gerade nicht ganz so viel Zeit habt, euch dieses Video der Royal Institution ansehen.

Dort erklärt der Physiker David Tong alles, was es zu Quantenfeldern zu wissen gibt. Ok, das tut er natürlich nicht! Aber er erklärt alles, was man vernünftigerweise in einem populärwissenschaftlichen Vortrag von knapp einer Stunde zu dem Thema erklären kann (und es gibt sogar deutsche Untertitel – die müsst ihr aber noch aktivieren; anscheinend kann man das beim einbetten nicht automatisieren). Das ist deutlich kürzer als ein Fußballmatch und auch viel interessanter! Aber wenn ihr trotzdem unbedingt zusehen wollt, was Australien, Peru, Kroatien und wer halt heute noch so spiel auf dem viel langweiligeren Fußballfeld treiben, dann sollte zwischen den Spielen noch genug Zeit für die Quantenfelder bleiben! Da muss man sich dann zumindest nicht ärgern, dass Deutschland verliert!

P.S. Wer trotz allem nur ein paar Minuten in der Halbzeitpause erübrigen kann: Ein wenig über Quantenfelder gibt es auch in meinem Sternengeschichten-Podcast, Folge 247 (und hier ist die Transkription).

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Kommentare (25)

  1. #1 Christian Berger
    26. Juni 2018

    Man müste mal Tele5 vorschlagen, dass die sowas mal im Fernsehen bringen. Das ist das ideale Gegenprogramm zur WM. Zum Hintergrund, Tele5 zeigt bei Finalspielen traditionell ein “Gegenprogramm”. Beim letzten Mal haben die da einfach ein Hörbuch vorgespielt zu Bildern von Leuten die in einem 1970ger Jahre Partykeller lesen.

  2. #2 Nebsler
    26. Juni 2018

    so ein Fussball, die Spieler und das Stadion … das sind auch alles Quantenfelder, oder?

  3. #3 MartinB
    26. Juni 2018

    Ich mach mal schamlos Werbung, immer hin habe ich über Quantenfelder ja mal ne Serie mit etwa 20 Teilen verfasst:
    https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/artikelserien/

  4. #4 Gast-on
    deutschland
    26. Juni 2018

    Schön das dieses Video eingestellt wurde – danke Florian. Eine lebendige und verstehbare Darstellung, welche “die Dinge” in einen Zusammenhang stellt. Werde sie mir allerding noch ein zweites Mal anschauen – zur Vertiefung.
    Die Quantenreihe von MartinB kann nur wärmstens empfohlen werden.

  5. #5 Lupo
    26. Juni 2018

    “was Australien, Peru, Kroatien und wer halt heute noch so spiel auf dem viel langweiligeren Fußballfeld”

    Niemand zwingt sie ein Fußballspiel anzuschauen. Wir können ca. 50 deutschsprachige Fernsehkanäle empfangen, Fußball läuft nur auf ganz wenigen Kanälen. Alle anderen Kanäle sind “Fußballfrei”. Und niemand zwingt sie den Fernseher anzuschalten. Zum Glück leben wir in einem freien Land.

    Wenn es offenbar doch so viele Menschen machen, werden sie ihren Grund haben. Vielleicht ist Fußball interessanter und spannender als sie meinen?

  6. #6 Schlappohr
    26. Juni 2018

    “Alle anderen Kanäle sind “Fußballfrei”.”

    Nein, im Moment ist nichts fußballfrei. Garnichts. Jede schrottige Waschmittelwerbung hängt sich an die WM, jeder Nachrichtensender der N24-Klasse bringt nonstop Fußballergebnisse im Laufband, die ersten 5-10 Artikel auf jedem online-Magazin schreiben etwas über Fußball. In jedem Schaufenster in jedem Kuhdorf liegt ein Fußballtrikot, ein Tornetz oder ein Fußballschuh, selbst wenn die nur Hundefutter verkaufen. Ich bin echt froh, wenn das vorbei ist. Selbst wenn ich mir die Decke über den Kopf ziehe, höre ich das Geschrei und das Feuerwerk aus der Nchbarschaft, wenn irgendjemand ein Tor geschossen hat.

    “Wenn es offenbar doch so viele Menschen machen, werden sie ihren Grund haben”

    Ja… und ich frage mich seit über 40 Jahren, welcher das sein könnte.
    Das Video schaue ich mir morgen während des Fußballspiels an (Ist doch morgen, oder?)

  7. #7 Florian Freistetter
    26. Juni 2018

    @Lupo: “Wenn es offenbar doch so viele Menschen machen, werden sie ihren Grund haben. Vielleicht ist Fußball interessanter und spannender als sie meinen?”

    Meine Güte! Nicht so empfindlich sein. 1) hab ich nicht gesagt, dass Fußball langweilig ist. Sondern nur das Fußball langweiliger als Quantenfeldtheorie ist. 2) Schon mal was von “Humor” gehört?

  8. #8 Bullet
    26. Juni 2018

    @Lupo:

    Wenn es offenbar doch so viele Menschen machen, werden sie ihren Grund haben. Vielleicht ist Fußball interessanter und spannender als sie meinen?

    Erfahrene Leser meinen hier, einen Satz, in dem “Millionen Fliegen…” vorkommen, durchschimmern zu sehen.

  9. #9 tomtoo
    26. Juni 2018

    @Bullet
    : )

  10. #10 Mirko
    26. Juni 2018

    Musste doch von einem Ösi kommen, dass D verliert…
    Vielen Dank für das Video. So simpel das klingt, unglaublich und atemberaubend, oder? Ich, du, er, sie, es … alles nur Felder? Atmen – nur Felder?

  11. #11 Florian Freistetter
    26. Juni 2018

    @Mirko: “Musste doch von einem Ösi kommen, dass D verliert…”

    Allerdings von nem “Ösi” (der auch halb Deutscher ist) und tatsächlich in Ö immer angemeckert wird, wenn er sich mal freut, wenn D gewinnt…

  12. #12 Mirko
    26. Juni 2018

    War als Scherz gemeint. Hätten sie das verlorene Spiel gegen Austria ernster genommen, wäre es gg México vielleicht besser gelaufen.
    Aber es ging ja eigentlich um den Vortrag. Und der ist richtig gut. Das sie am CERN jetzt schon eine Weile ‚nichts‘ neues gefunden haben (was aber auch wieder was neues ist), war mir zB neu.

  13. #13 derdeet
    27. Juni 2018

    #5 Lupo hat auch das Wortspiel nicht verstanden – und ansonsten bisschen drollig . . .

  14. #14 Vincent
    27. Juni 2018

    Yaay, super, dass Du mal dieses Video hier postest. Ich hab es letztens gesehen und war einfach nur begeistert. Ich bin seitdem total vom Thema Quantenfelder fasziniert. Warum habe ich bisher noch so wenig irgendwo davon gehört/gelesen, obwohl die doch so elementar sind?!

  16. #16 Artur57
    27. Juni 2018

    Indes, der Fußball lässt sich doch pädagogisch nutzen. Der Fußball (also der gegenständliche) ist demnach einer Kräuselung des Fußballfeldes entsprungen. Weil man diese immer ausgesprochen flach gestaltet, ist da immer nur ein Fußball.

    Zwei wären ja auch störend.

  17. #17 tomtoo
    27. Juni 2018

    @Artur57
    Zwei Fusbälle brächten doch eine ganz neue Dynamik auf das Feld?

  18. #18 MartinB
    https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/
    27. Juni 2018

    @tomtoo
    Generell ist es wesentlich interessanter, wenn sich wie im Snooker zwei Leute um 22 Bälle streiten als 22 Leute um einen Ball…

  19. #19 Sven
    27. Juni 2018

    @Vincent
    Ein Grund könnte sein, dass Quantenfelder ziemlich komplizierte Dinge sind und es sehr schwierig ist, sie auch nur einigermaßen anschaulich darzustellen. Wenn ich mich richtig erinnere wird auch in dem Vortrag nicht erklärt, was der Unterschied zwischen einem klassischen Feld und einem Quantenfeld ist.

    Bei einem klassischen Feld (wie z.B. dem elektrischen oder dem magnetischen Feld) hat man an jedem Punkt des Raums einen Wert. Oder einen Vektor von Werten, oder ähnliches. Das kann man sich noch ziemlich gut anschaulich vorstellen und im Grunde ist auch schon jeder mit so etwas vertraut. Z.B. von den Karten aus dem Wetterbericht; die Temperaturkarte stellt ein Skalarfeld dar, die Windkarte ein Vektorfeld.

    Ein Zustand eines Quantenfeldes gibt nun quasi zu jeder möglichen klassischen Feldkonfiguration eine Wahrscheinlichkeit an. (Genau genommen eine Art Dichte einer Wahrscheinlichkeitsamplitude, und auch das ist noch eine Vereinfachung.)
    Wenn das Quantenfeld jetzt in einem Zustand mit einem Teilchen ist, heißt das also nicht, dass an irgendeiner Stelle das Feld einen höheren Wert hat als im Rest des Raums. Sondern es könnte z.B. bedeuten, dass all die Feldkonfigurationen, in denen eine Welle in eine bestimmte Richtung läuft, eine höhere Wahrscheinlichkeit haben. Bei mehreren Teilchen wirds entsprechend komplizierter.
    Und das ist nur die Interpretation der Zustände. Eigentlich interessant ist aber die Dynamik (Wenn das Quantenfeld jetzt in diesem Zustand ist, in welchem Zustand ist es dann später?), insbesondere wenn man mehrere Quantenfelder hat und diese miteinander wechselwirken …

  20. #20 Gast-on
    europa
    27. Juni 2018

    Jetzt wird es – aus wmfussballtechnischen Gründen – wohl Zulauf in den Blogs geben. Nein … nein … so ist es nicht! Ich leide auch!

  21. #21 frank
    Unna
    28. Juni 2018

    Wenn an allem ein Quantenfeld zugrunde legt entstehen bei Laien interessante Fragen:
    1)
    Ist das Quantenfeld auch im “heute-überwiegend-als-“Big Bang”-benannten” Ereignis erst entstanden?
    2)
    Existierte das Quantenfeld bereits vorher und irgend ein Trigger löste in ihm diesen Prozess aus?

    und etwas entfernt vom Quantenthema und dem interessanten Video aber dadurch bei mir ausgelöst der Gedanke:
    War der Trigger der Entwicklung dieses unseres Universums ein Einzelimpuls (halt ein Trigger) oder ist dieser Startimpuls ein Dauerenergieniveau (geht ja eigentlich nicht).

    Hast du mal was zum Big Bang gemacht, Florian?
    Grüße

  22. #22 frank
    Unna
    28. Juni 2018

    Der Big Bang Impuls bestand wahrscheinlich nicht aus einem Quantenfeld.

  23. #23 Sven
    28. Juni 2018

    @frank
    Auf deine Fragen 1) und 2) kann man eigentlich nur “wir wissen es (noch) nicht” antworten. Wenn im Urknall aber tatsächlich die Zeit “entstanden” ist, dann gibt es kein vorher, so dass Fragen danach ob etwas vorher existierte oder nicht nicht sinnvoll sind. (So wie auch die Frage wie kalt es 1 km nördlicher des Nordpols ist nicht sinnvoll ist, weil es eben nichts gibt das 1 km nördlicher des Nordpols ist.)

    Deine andere Frage verstehe ich leider nicht. Was genau ist ein “Dauerenergieniveau” und warum geht das eigentlich nicht?

  24. #24 frank
    Unna
    28. Juni 2018

    @sven: stimmt, war etwas mit der heißen Nadel geschrieben. Also jetzt genauer.
    Wenn man sich auf einem Oszilloskop eine horizontale Linie vorstellt, wäre das das, was ich ungenau mit Dauerenergieniveau meinte. Im Beispiel meinetwegen 2V Dauerspannung = gleicher Level. Die Gleichspannung soll hier nur bildhaft einen DauergleichZustand darstellen. Der kann ja nichts auslösen, oder wenn, dann müsste er ständig auslösen, weil immer der Auslösewert gegeben ist.
    So kam ich auf den Trigger und meinte damit einen Spitzenwert (auch nur bildhaft). Der könnte dann durch seine besondere Charakteristik etwas auslösen.
    Du hast die Zeit erwähnt, die wahrscheinlich erst ab Beginn des Prozesses (wie auch er Raum) geschaffen wurde. Und du sagst: “… dann gab es kein vorher …”. Klar.
    Wobei ich mich schwer damit tue, weil ja irgendwas das Starten in Gang setzte.
    Sonst hätte ja ein “Nichts” das Starten der Entwicklung unseres Universums in Gang gesetzt. Oder ein “Immer” würde ständig unendlich viele Universen starten.
    Es soll kein Raum und keine Zeit vorher gegeben haben. Wenn das bedeutet, dass es vorher nicht die Dimensionen gab, die wir kennen. Dann könnte es ein Triggerereignis in einem “Etwas” aus anderen Dimensionen gegeben haben. Also etwas noch nicht Verstehbarem weil nicht vorstellbar und/oder vielleicht in unserem Universum nicht vorhanden. Wenn es so wäre, könnte man sich zumindest wieder vorstellen, das es einen Auslöser für den Entstehungsprozess unseres Universums gab.
    Also, ich find das wirklich interessant, auch wenn man bei solchen Überlegungen bis zu den Haarspitzen in Spekulativem watet.
    Hat da mal jemand einen Blogtext zu gemacht? Würde mich interessieren.

  25. #25 Sven
    29. Juni 2018

    @frank

    Die Gleichspannung soll hier nur bildhaft einen DauergleichZustand darstellen. Der kann ja nichts auslösen, oder wenn, dann müsste er ständig auslösen, weil immer der Auslösewert gegeben ist.

    Naja, der Zustand des Systems ist ja ein anderer (etwas existiert vs. etwas existiert nicht). Warum sollte also die selbe Ursache nicht unterschiedliche Wirkungen haben können? Um im Bild der Elektronik zu bleiben: Wenn ich an den Eingang eines Monoflop eine konstante Spannung anlege, passiert auch nur genau einmal etwas und danach nicht mehr.

    Insgesamt finde ich solche Spekulationen (und ohne experimentelle oder wenigstens theoretische Unterfütterung sind das einfach nur Spekulationen) nicht besonders nützlich oder interessant.

    Wenn man es als Axiom betrachtet, dass alles eine Ursache haben muss, dann gibt es genau zwei Möglichkeiten: Entweder es gibt einen infiniten Regress, also eine unendlich lange Kette von Ursachen. Oder es gibt einen Kreis endlicher Länge (A -> B -> C -> … -> Z -> A). Beides ist nicht besonders befriedigend. Und die Alternative, also dass es etwas ohne Ursache gibt, ist es ebenfalls nicht.

    Welche dieser drei Möglichkeiten (die ja auch schon sehr lange bekannt sind) zutrifft, oder ob vielleicht keine zutrifft (vielleicht weil der “Denkrahmen” innerhalb dessen man die drei Möglichkeiten abgeleitet hat hier nicht anwendbar ist), lässt sich derzeit einfach nicht entscheiden.