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Description
(Text)
Die vorliegende Untersuchung befasst sich mit dem physikalischen Vakuum. Dieses ist bis heute nicht ganz eindeutig geklärt - Ist das physikalische Vakuum wirklich ein völliges "Nichts", ein absolut leerer Raum? Ziel der Untersuchung ist es, diese Frage anhand einer Betrachtung der wichtigsten Vakuumkonzepte über die Zeit bis zum heutigen Stand zu klären. Anhand der vorläufigen Theorien vor der Einführung der Quantentheorie und deren gravierenden Probleme soll ein Vergleich mit dem heute gängigen Konzept des Quantenfeldvakuums angestellt und auf der Basis der Resultate diskutiert werden, ob dieses überhaupt das richtige Konzept sein kann.
(Extract)
Textprobe:
Kapitel IV.1.1) Interpretationsprobleme des Quantenfeldvakuums:
Das Interpretationsproblem der Quantenfeldtheorie in Bezug auf das Vakuum greift erneut das ontologische Dilemma des Dirac-Vakuums auf. Dies geschieht in einer abgeschwächten Art und Weise, da durch zusätzliche bzw. andere mathematische Herleitungen versucht wurde dieses Problem mit zu bereinigen (siehe Kapitel III). Dennoch wird sich zeigen, dass diese Problematik nicht ganz aufgelöst wurde. Zwar wurde die Idee, dass das Vakuum eine wirkliche Szenerie von wilden Aktivitäten bzw. Fluktuationen ist, die in einem unendlichen negativen Energiesee existieren, eliminiert, dennoch stößt man auf weitere Probleme der Interpretation. Die Einführung des negativen Dirac-Sees implementierte, dass keine konsistente relativistische Theorie eines einzelnen Elektrons mehr möglich ist ohne ein unendliches Teilchensystem einzuführen. Darauf wurde die Quantenfeldtheorie eingeführt, um die relativistischen Probleme der Theorie zu lösen. Weiter wurde aufgezeigt, wie die Quantenfeldtheorie durch ihre Feldoperatoren an dieser Stelle nun zu einer direkten physikalischen Interpretation führt. Das Dilemma konnte durch den Renormalisierungsprozess, in dem der Feldoperator sich auf eine abstrakte Variable bezieht, gelöst werden. Dies ist mathematisch effizient und führt dadurch zu einer konsistenten Theorie. Die Frage, was dann das Vakuum ist, bleibt jedoch erhalten und ist nicht detailliert interpretierbar. Die Fluktuationen werden zwar nicht mehr als etwas Existierendes angenommen und im Vakuum ist nicht mehr die Rede von realen Teilchen, jedoch sind dennoch Teilchen und deren Fluktuationen in Form von virtuellen Teilchen vorhanden."Another way out of the dilemma is to take the vacuum as a kind of substance, an underlying substratum having a potential substantiality. The real particles come in to existence only when we disturb the vacuum [...]."Wie dieses Zitat schon andeutet, gelangt man zu einer Art verschobenem Problem: Die lokalen Operatoren bzw. Feldoperatoren der Quantenfeldtheorie haben dann eine physikalische Bedeutung im Sinne einer Ausweitung eines eigentlich physikalischen Teilchens. Diese lokalisierte Ausweitung wird einem lokalen Feldoperator zugeschrieben, der dann auf das Vakuum agiert und eine Injektion bzw. die Zugabe von Energie voraussetzt und so auf die speziellen Eigenschaften des Vakuums, wie dessen Raumzeitpunkte agiert. Dies setzt zudem voraus, dass eine beliebige frei wählbare Menge von Energie und dem Momentum für die hier ablaufenden physikalischen Prozesse zur Verfügung stehen, da mathematisch an dieser Stelle unsichere Relationen enthalten sind. Offenbar scheint die physikalische Realisierung dieser Eigenschaften nicht mehr länger auf einen einzelnen Teilchenzustand konstruiert, muss aber die erwähnte Superposition aller beliebigen "Multi"- Teilchen Zustände enthalten sein. Der Übergang eines virtuellen Teilchens zu einem realen kann dann nur durch den mehrfach erwähnten Renormalisierungsprozess gewährleistet werden.
Diese Prozedur der Renormalisierung existiert in der Quantenfeldtheorie und auch in der statistischen Mechanik von Feldern. Sie bezieht sich dabei allgemein auf eine Sammlung von Techniken, die benutzt werden, um mathematische Beziehungen zu konstruieren oder um eine Beziehung zwischen diesen beobachtbaren Mengen zu bestimmen. Dies ist notwendig, da die Standard Annahmen mit ihren Parametern bei dieser Theorie zusammenbrechen und dies zu dem Ergebnis von unbeobachtbaren unendlichen Mengen führt. Renormalisierung tauchte dabei als ein Mittel der Quantenelektrodynamik auf, welches angewendet wird, um aus unendlichen Ergebnissen von verschiedenen Berechnungen eine sinnvolle Berechnung in einer endlichen Antwort zu erhalten. So konnte das Divergenz - Problem angegangen und gelöst werden.
Erhalten bleibt dabei das tieferliegende Interpretationsproblem, dass dennoch eine Art Vorsubstanz angenommen werden muss, die
