Die Teilchenphysik widmet sich als Disziplin der Physik der Erforschung und Beschreibung der Teilchen. Teilchen sind relativ kleine Körper, wie etwa Moleküle, Protonen und Quarks.
Befasste sich die klassische Teilchenphysik noch mit Nukleonen und größeren Teilchen, so liegt der Forschungsschwerpunkt der modernen Teilchenphysik auf Neutronen und noch kleineren Teilchen, den Elementarteilchen. Diesen Fortschritt verdankt die Teilchenphysik vor allem den sogenannten Teilchenbeschleunigern. In diesen großen Geräten lässt man kleine Teilchen mithilfe magnetischer Felder beschleunigen und oft miteinander kollidieren. Im Rahmen solcher Experimente werden Messergebnisse gewonnen, die dann theoretisch ausgewertet werden und zu neuen Versuchsanordnung führen. Ein fortdauernder Zyklus von praktischer zur theoretischen Physik und wieder zurück. Den aktuellen Stand innerhalb der Disziplin umfasst das hochsystematische Standardmodell der Elementarteilchenphysik.
Elementarteilchen sind definiert als: Die kleinsten bekannten Fermionen; oder: Als nicht weiter teilbare Fermionen, d.h. sie bestehen selbst nicht aus noch kleineren Materieteilchen. Beide Definitionen unterscheiden sich fundamental voneinander. Während die erste unter einem Elementarteilchen ein nach gegenwärtigem Kenntnisstand kleinstes Teilchen versteht, beschränkt sich die zweite Definition nicht mit dem aktuellen Kenntnisstand. Für sie sind Elementarteilchen nur diejenigen Teilchen, die tatsächlich die fundamentalsten Bausteine unseres Universums sind.
Nach der ersten Definition, also nach unserem bisherigen Wissen, gibt es zwei Arten von kleinsten Teilchen bzw. Elementarteilchen: Quarks und Leptonen. Aus Quarks setzen sich beispielsweise die Nukleonen Proton und Neutron zusammen. Das bekannteste Lepton ist das Elektron.
Quarks und Leptonen aber auch im Sinne der zweiten, engeren Definition als Elementarteilchen zu bezeichnen, ist schwierig. Wie ich im folgenden Abschnitt mithilfe einiger philosophischer Argumente zeigen möchte.
· Das Atommodell
#Wenn man mal tief „in die Materie steigt“..,
stößt man irgendwann auf ein Ende?
Die griechischen Philosophen waren die ersten Europäer, die sich über solcherlei Fragen den Kopf zerbrachen. Woraus besteht die Welt im Kleinsten? Empedokes schlug die vier Elemente Erde, Feuer, Luft und Wasser vor. Aus denen sollte sich alles andere zusammensetzen. Leukipp entstammt die Vorstellung eines Atoms und Demokrit arbeitete das Konzept vom „unzerschneidbaren“ átomos weiter aus. In der Postantike war dann ziemlich lange Stille, konnte man die ganzen tollen Postulate doch nicht empirisch nachweisen. Bis Antoine Lavoisier die ersten Elemente in der Chemie nachwies und wiederrum einige Zeit später klar wurde, dass sich die Elemente aus Atomen zusammensetzen müssen. Im letzten Jahrhundert erst entdeckte man die Protonen und Neutronen und Ende der 60er stellte sich heraus, dass selbst die aus noch kleineren Teilchen – den Quarks – bestehen.
Die feingliedrigsten Materiekonstituenten, die wir kennen, sind diese relativ unscheinbaren Quarks und die Leptonen. Doch sind sie auch die elementaren Bestandteile alles Dinglichem schlechthin? Können wir uns überhaupt irgendwann, unter irgendwelchen Umständen sicher sein, die elementaren Bestandteile der Welt gefunden zu haben? Ich bezweifle beides:
Ein auch noch so kleines
Teilchen muss, um den Status eines bloßen Postulats der Theorie zu überwinden, empirisch detektiert werden. Dies geschieht, indem mindestens eines seiner physikalischen Größen durch eine Messung
quantitativ nachgewiesen wird. Bei der Größe kann es sich etwa um eine Masse, eine Ladung oder eine räumliche Ausdehnung handeln. Diese Größe müsste wie jede andere auch wieder weiter
teilbar sein, wodurch immer noch kleinere Felder bzw.
Teilchen zumindest nicht ausgeschlossen werden können. Das Argument mit der Quantisierung bestimmter Größen (siehe: Planck-Einheiten) und deren
damit einhergehenden Unteilbarkeit ist zunächst nur als Vermutung einzustufen. Auch bei dem Atom ging man lange Zeit davon aus, dass es nicht weiter teilbar sei und es war es doch.
Es gibt generell überhaupt
keinen logischen Grund dafür anzunehmen, dass nicht jedes Teilchen in weitere Konstituenten aufgespalten werden können sollte. In gewissem Sinne stößt man auch hier wieder auf das Problem der Letztbegründung.
Durch das experimentelle Erfassen eines Teilchens sollte man irgendwann auch bestimmen können, ab welcher Temperatur und ab welchem Druck es anfängt zu existieren. Weiterhin gehen wir davon aus, dass Druck und Temperatur nahe dem Urknall gegen unendlich gingen. Nach dem Standardmodell der Kosmologie gab es zu einem relativ frühen Stadium im Universum irgendwann einmal relativ frei herumschwirrende Quarks, daraus bildeten sich dann mit abnehmender Temperatur bzw. abnehmendem Druck Atomkerne, irgendwann Moleküle usw. Doch woraus sollten sich diese Quarks gebildet haben, wenn nicht aus einem noch kleineren Teilchen X? Woraus sollte sich das Teilchen X gebildet haben, wenn nicht aus einem noch kleineren Teilchen Y usw.? Ersetzt man im vorigen Satz „gebildet“ durch „besteht“, fallen die Parallelen zum ersten Argument auf.
Stand: 2014
Philoclopedia (Mittwoch, 25 September 2019 14:57)
https://youtu.be/SN2iidFin2Q
Rainer Kirmse (Montag, 26 August 2019 22:51)
TEILCHENPHYSIK
Ewig bleibt stehn keine Mauer,
Nichts im Weltall ist von Dauer.
So zerfällt nach einem Weilchen
Auch noch das kleinste Teilchen.
Nukleonen winzig klein,
Der größte Galaxienverein;
Was am Himmel sehen wir,
Der Mensch und alles Getier;
So schön auch der Bibelbericht,
Einen Gott brauchte es hier nicht.
DUNKLES UNIVERSUM
Dunkle Materie ist rätselhaft,
Dunkle Energie nicht minder.
Das Wissen ist noch lückenhaft,
Man kommt nicht recht dahinter.
Es braucht wohl wieder ein Genie,
Gar eine neue Theorie.
Das Weltall total zu versteh'n,
Wird noch etwas Zeit vergeh'n.
DAS SCHWARZE LOCH
UND DER HERR DES LICHTS
Ein kosmisches Schwergewicht,
Zu keiner Diät bereit;
Sternenstaub das Hauptgericht,
Verschmäht wird keine Mahlzeit.
Die Materie superdicht,
Stark verbogen die Raumzeit;
Dem Monster entkommt kein Licht,
Ort ewiger Dunkelheit.
Was hat sich Gott nur gedacht,
Als er das Black Hole gemacht?
Was hat's dem Menschen gebracht,
Dass er sich Gott einst erdacht?
Langsam lichtet sich die Nacht,
Es bröckelt der Götter Pracht.
Schwarzes Loch und Herr des Lichts,
Wie es immer war bleibt nichts.
Rainer Kirmse , Altenburg
Mit freundlichen Grüßen
WissensWert (Mittwoch, 08 Februar 2017 00:53)
Wenn wir mit unserem abendländischen rational-kausalen analytischen Denken ins Kleinste, in die Welt der "Teilchen"-Physik schauen, stoßen wir auf Dinge, die unserem (Primaten-)Verstand nicht mehr zugänglich sind, die wir (im wahrsten Sinne des Wortes) nicht "begreifen" können. Sie passen nicht in unser Weltbild von Rationalität und Kausalität.
Schon die Entdecker der quantenmechanischen Gesetze, die man laut Heisenberg nur in der Sprache der Mathematik, aber nicht in der menschlichen Sprache beschreiben kann, quälten sich mit philosophischen Interpretationsansätzen:
"Ich erinnere mich an viele Diskussionen mit Bohr, die bis spät in die Nacht dauerten und fast in Verzweiflung endeten. Und wenn ich am Ende solcher Diskussionen allein einen Spaziergang im benachbarten Park unternahm, wiederholte ich immer und immer wieder die Frage, ob die Natur wirklich so absurd sein könne, wie sie uns in diesen Atomexperimenten erschien."
Werner Heisenberg
"Wir dachten immer, wenn wir Eins kennen, dann kennen wir auch Zwei, denn Eins und Eins sind Zwei. Jetzt finden wir heraus, daß wir lernen müssen, was und bedeutet.
(Sir Arthur Eddington, engl. Astronom, Physiker, Mathematiker und Philosoph 1882-1944)
"Wer über die Quantentheorie nicht entsetzt ist, der hat sie nicht verstanden."
(Niels Bohr; Nobelpreis 1922)
"Wenn es bei dieser verdammten Quantenspringerei bleiben soll, so bedaure ich, mich mit der Quantentheorie überhaupt befaßt zu haben".
(Erwin Schrödinger 1926 gegen die stochastische Deutung)
"Wenn mir Einstein ein Radiotelegramm schickt, er habe nun die Teilchennatur des Lichtes endgültig bewiesen, so kommt das Telegramm nur an, weil das Licht eine Welle ist."
(Niels Bohr, Nobelpreis 1922)
Um schließlich zur Feststellung zu kommen, dass sie nicht begreifbar ist:
"Wer sagt, er hat die Quantenmechanik verstanden, der hat sie nicht verstanden!"
(Physik-Nobelpreisträger Richard Feynman)
Bereits Niels Bohr fand Zusammenhänge zur östlichen Philosophie. Sehr gut dargestellt hat dies Christian Thomas Kohl in Buddhismus und Quantenphysik: Schlussfolgerungen über die Wirklichkeit
http://www.amazon.de/Buddhismus-Quantenphysik-Schlussfolgerungen-über-Wirklichkeit/dp/386410033X
hier zusammengefasst:
http://www.raum-und-zeit.com/r-z-online/bibliothek/bewusstsein/quantenphysik-und-spiritualitaet/
In Einklang mit aktuellen Erkenntnissen von Evolutionsbiologie und Hirnforschung über den menschlichen Verstand führt es dazu, dass wir zu perfekter Selbsttäuschung, zu zu stark vereinfachendem Denken und zum Ausblenden von Widersprüchen und Komplementarität neigen, sozusagen empistemologisch (erkenntnistheoretisch) impotent sind.
Viele "retten" sich aus der Misere der Quantenmechanik, indem sie sie eben in statistisches Rauschen im bedeutungslosen subatomaren Bereich ohne Bedeutung für unser tägliches Leben verbannen. Aber abgesehen davon, dass sie die Grundstruktur des Raumzeit-Kontinuums bestimmt, in dem wir leben, davon, dass wir längst technologisch Quanteneffekte in Halbleitertechnik nutzen und noch viele Anwendungen z.B. in der Kryptographie vorstellbar sind, hat man entdeckt, dass wir die Quanteneffekte sogar in den größten Objekten unseres Universums wiederfinden: in der Struktur der Supercluster von Galaxien und der Hintergrundstrahlung:
http://www.astronews.com/news/artikel/2013/07/1307-019.shtml