Ich bin natürlich nicht der erste, der auf die Idee kommt, die QFT anschaulich zu erklären: Richard Feynmans Buch “QED – Strange Theory of Light and Matter” (gibt’s auch auf Deutsch) tut dies bereits auf hervorragende Weise. Das Buch hatte für mich allerdings immer einen kleinen Haken1: Die entwickelte Anschauung war ziemlich weit weg von den Formeln und Argumenten, die man in QFT-Büchern findet, und konzentrierte sich vor allem auf die berühmten Feynman-Diagramme (die ich ja auch schon mal erklärt habe).
1 Eigentlich hat es noch einen zweiten Haken: Feynman erwähnt das Problem der Messung in der Quantenmechanik mit keinem Wort und es erscheint fast so, als würde es nicht existieren.
Ich möchte versuchen, nicht nur zu erklären, wie die QFT funktioniert, sondern auch ein bisschen die Brücke zwischen Formalismus und Anschauung schlagen. Dabei soll es vor allem um ein paar ganz grundlegende Fragen gehen (bis wir soweit sind, die zu beantworten, wird es allerdings etwas dauern):
– Was sind eigentlich Vakuumfluktuationen?
– Wenn alles “Felder” sind, warum beobachten wir dann immer Teilchen – und warum gibt es dann keine halben Elektronen?
– Was sind “virtuelle” Teilchen? Gibt es die überhaupt? (Um die Antwort vorwegzunehmen: Streng genommen beobachten wir nur virtuelle Teilchen. Wie das? Stay tuned…)
– Warum stoßen sich gleichnamige elektrische Ladungen ab, aber gleiche Massen nicht?
– Was sind überhaupt “Gravitonen” – wo doch Gravitation lediglich ein anderer Ausdruck für Raumzeitkrümmung ist?
– Wie funktioniert der berühmte Higgs-Mechanismus? Wie kann ein Teilchen den anderen Teilchen “Masse verleihen”?
– Wie tief ist der Dirac-See?
Ich will aber versuchen, die Antworten auf diese Fragen zumindest ein bisschen zu entwickeln, so dass ihr (mit ein wenig Mühe, ohne die wird’s nicht gehen) verstehen könnt, wo die Antworten eigentlich herkommen. (Und natürlich auch, damit ich mich selbst in Zukunft wieder dran erinnern kann.) Aber sicherlich wird das hier keine “echte” Einführung in die QFT – ein bisschen Mathematik wird’s (verbannt in Warnabschnitte) geben, aber ansonsten halte ich mich an Feynman:
We don’t bother with rigor, because it is the facts that matter, not the proofs. Physics can go on without the proofs, but we can’t go on without the facts.
[Wir scheren uns nicht um (mathematische) Strenge, denn die Fakten sind wichtig, nicht die Beweise. Die Physik kommt ohne die Beweise aus, aber wir nicht ohne die Fakten.]
Ich weiß nicht, ob mir das so gelingt, wie ich mir das vorstelle. Deshalb meine Bitte: Wenn ihr irgendetwas unklar findet oder nicht versteht, dann schreibt es in die Kommentare und ich versuche, es klarer zu formulieren oder anders zu erklären. Vielleicht wird dann ja am Ende interaktiv eine verständliche Serie draus.
Falls ihr euch schon gefragt habt, ob ich die Lust am Bloggen verloren habe, weil es hier in letzter Zeit vergleichsweise still war – nein, habe ich nicht. Aber ich habe die ersten paar Teile dieser Serie1 vorbereitet, und das war natürlich mehr Arbeit als vermutet – wie immer.
1Die ersten paar Teile? Ja, diese Serie wird lang. Verdammt lang. Ihr glaubt vielleicht, die Serie über die Raumzeitkrümmung war lang, aber die war ein Klacks verglichen mit dieser…
Und nach dem ganzen Vorgeplänkel jetzt hinein ins Vergnügen. Da wir “relativistische Quantenfeldtheorie” betreiben wollen, werfen wir erst einen kurzen Blick auf die Relativitätstheorie, dann auf die Quantenmechanik, bevor wir alles zu einer Feldtheorie zusammenbacken.
Einen Überblick über die ganze Serie findet Ihr rechts unter “Artikelserien”.
Bücher über Quantenfeldtheorie gibt es viele. Für meinen Geschmack das absolut beste (aus dem auch sehr viele der hier vorgetragenen Ideen stammen) ist “Quantum Field Theory in a Nutshell” von A. Zee.
Gut ist auch “The Physics of Quantum Fields” von Michael Stone.
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