Benutzer:Rainer Nase/Quatsch

Dieser Beitrag ist geschrieben worden, weil Wirkungsquantum noch nicht existierte. Er wurde dann gelöscht und durch einen Redirekt ersetzt, weil er offensichtlich als Spinnerei gesehen wurde. Ich bekenne aber, dass ich als Physiker mit den Erklärungen der Physiker zur Wirkung nicht klarkomme. Und dieser Beitrag sollte versuchen zu begründen, warum Wirkung wirklich eine physikalische Größe ist. Sicher ist der Artikel kein Enzyklopädischer Eintrag Im Strengen Sinne. Aber es nutzt nichts, in einer Enzyklopädie Formeln aufzuschreiben, die man in jedem Lehrbuch lesen kann, mit der Anweisung zum Verstehen. Dieser mühsame Weg des tiefen Verständniserwerbs kann nicht durch ein Nachschlagen ersetzt werden. Also sollte man hier wirklich versuchen, einen Eindruck von den Zusammenhängen zu erzeugen. Das war die Idee dieses Artikels. (und sie bleibt es!) RaiNa 08:22, 13. Feb 2004 (CET)

Das Wirkungsquantum ist eines der elementaren Konzepte der Physik. Es beschreibt eine Naturkonstante, die erstmalig von Max Planck als Konstante h in die Diskussion eingeführt wurde. Die Annahme der Existenz einer minimalen Wirkung erlaubte die Zusammenführung zweier divergierender Strahlungsgesetze zum Strahlungsgesetz des "Schwarzen Körpers.

Bevor man argumentiere, dass man sich unter "Wirkung" nicht vorstellen kann, vergewissere man sich, was man wirklich unter "Energie", "Masse", "Temperatur",... versteht: Es ist Konvention und Gewöhnung.

Wenn wir das Wirkungsquantum als Naturkonstante akzeptieren, dann kann man momentan die Unschärferelation einsehen! Die Wirkung kann nämlich nicht direkt gemessen werden. Es gibt keinen Maßstab, und immer noch gilt der elementare Satz "Messen heißt Vergleichen". Wollen wir zwei Wirkungen miteinander vergleichen, so müssen wir uns eine Vergleichsmöglichkeit schaffen.

Dazu ein Bild:

Nehmen wir an, wir hätten unendlich viele verschiedene Zahlen des Betrags 1. Das ist mit reellen Zahlen nicht möglich (dort sind es nur zwei), aber mit komplexen Zahlen (nämlich alle Punkte des Einheitkreises).

Nun wollen wir zwei dieser Zahlen miteinander vergleichen, haben aber nur jeweils Zugriff auf eine Koordinate. Da wir wissen, dass der Betrag 1 ist, ist der Vergleich möglich: wir vergleichen die Projektionen auf die Koordinate und es bleibt nur noch die Auswahl zwischen zwei Zahlen, die den gleichen Schatten werfen.

Damit ist also nicht Messbares "fast" messbar geworden.

Wenn nun ein Wirkungsquantum ein solches zweidimensionales Gebilde ist, so ist zu beantworten: Was sind die Dimensionen? Planck hat postuliert, dass Wirkung die Dimension Energie*Zeit hat. (Was bezeichnet die Physik hier mit "Dimension"?) Alle bekannten physikalischen Größenpaare, die zusammen diese Dimension ergeben, sind geeignete Instrumente zur Beschreibung der Wirkung.

Was bedeutet nun für uns, Wirkungen zu vergleichen? Betrachten wir, über den Dingen stehend, zwei Wirkungsquanten. (Wir denken uns einen dreidimensionalen Raum, und schauen aus der Höhe auf eine Fläche, auf der sich zwei Wirkungsquanten (verbildlicht durch Kacheln konstanter Fläche)aufhalten.) Wenn diese Wirkungsquanten sich nun vermessen wollen, aber bereits wissen, dass sie die Fläche 1 haben, so kann für sie nur interessant sein, ob sie gleiche Seiten haben. Sie legen sich also aneinander und vergleichen sich, indem die breitere schrumpft und umgekehrt. Wenn sie gleich sind, kann es zu einer "Resonanz" kommen, was immer das auch sei.

Nun macht es keinen Sinn, darüber nachzudenken, warum ein Wirkungsquant sich mit einem anderen vergleicht. Die Frage ist vielmehr, gibt es so viele Quanten, dass diese beim Vergleichen Muster erzeugen, die dann sich mit anderen Mustern vergleichen und gibt es einen mathematischen Mechanismus, der uns ein Bild von solchen Wechselwirkungen machen kann.

Einen Hinweis zeigen die Julia-Mengen. Dort bilden immer kleinere Segmente immer wieder ähnliche Strukturen, die wir, darüberstehend, miteinander vergleichen.

Woher kommen dann aber die Wirkungsquanten?

Es wird heute gerne darüber diskutiert, ob die Zeit gequantelt ist. Das würde bedeuten, dass es eine kleinste Zeit gibt. Man kann auch diskutieren, ob es eine kleinste Energiemenge gibt. Das ist aber weniger spektakulär, da jeder zu wissen glaubt, was Energie ist.

Nehmen wir also an, im Zeitpunkt des Urknalls (also der Erfindung der Zeit) wäre ein einzelnes Wirkungsquantum geschaffen worden. Da wir alle fest überzeugt sind, dass die Energieerhaltung gilt (wer es nicht glaubt, soll sich melden) ist damit die kleinste Zeit: t₀ = h/E.

Einschub: Wir gehen davon aus, dass die Fouriertransformation der Mechanismus ist, der die Beobachtbaren der Wirkung miteinander verknüpft. Zum Zeitpunkt des Urknalls war die Energie durch EINE Zahl zu beschreiben. Die Fouriertransformierte einer Zahl ist aber genau ihr Kehrwert. Es passt aber zusammen. Keine der Seiten kann also eine innere Struktur haben. Das wird erst möglich, wenn Zeit verstrichen ist und die Energie sich aufgespalten hat.

Wirkungsquanten sind nun unendlich potent: Das erste Wirkungsquant benötigt die Zeit t₀, danach muss sich das Quant wie eine Zelle teilen. Die Energie verteilt sich auf die beiden Quanten und so geht es fort. Dadurch entstehen Zeiten und Energieniveaus. In dem Moment in dem das zweite Zeitquantum entstanden ist, kann es aber nicht gemessen werden in Einheiten von t0, da nun kein Wirkungsquant mit dieser Zeitskala mehr existieren kann, alldieweil diese Quant die gesamte Energie für sich benötigen würde. Es muss also ein Mechanismus existieren, der die Wirkungsquanten wieder zusammenschmelzen läßt. Unter dieser Annahme existieren nun WQuanten unterschiedlicher Energie und Zeitskala: Man kann sich nun vorstellen, dass WQuantencluster existieren, die sich durch den Austausch eines einzelnen WQuantes miteinander vergleichen.

Die vorstehenden Überlegungen gehen von elementarsten Voraussetzungen aus. Abgesehen von der Feststellung, dass man sich normalerweise unter Wirkung weniger vorzustellen glauben kann als unter Energie, sind mir keine Widersprüche zu bestehenden Gesetzen der Physik bekannt.

Ein gewisser Vorteil erwächst aus den Überlegungen aber dahingehend, dass das Verständnis der Heisenbergschen Unschärferelation wesentlich vereinfacht wird.