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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

48 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Schicksal, Zufall, Quantenmechanik ▪ Abonnieren: Feed E-Mail
mastermind Diskussionsleiter
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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 14:54
Hallo liebe Community,

erstmal noch ein Frohes Neues.

Es gibt eine Frage, die ich mir schon seit langem stelle, aber noch keine befriedigende Antwort darauf gefunden habe. Nehmen wir eine beliebige Teilchenart, die zerfällt und keine scheinbar unendliche Zerfallszeit hat (Myonen, Pionen, radioaktive Atome/Moleküle). Nach dem Zerfallsgesetz nimmt die Teilchenzahl N exponentiell mit der Zeit ab.

(wikipedia: Wikipedia: Zerfallsgesetz)

Dabei spielt es keine Rolle, wie viele Teilchen ich ursprünglich hatte, oder wie groß das System ist (z.B. Kochtopf, Universum etc.). Jetzt ist daher meine Frage, woher die Teilchen "wissen", wann sie zerfallen müssen, damit sie das statistische Gesetz erfüllen.

Klar, rein statistisch gesehen muss man jedes Teilchen einzeln, unabhängig von den anderen Teilchen betrachten, welches eine mit der Zeit zunehmende Zerfallswahrscheinlichkeit hat. Aber irgendwie müssen die Teilchen dann ja eine Art innere Uhr haben, bzw. sich irgendwie von den anderen, sonst identischen Teilchen unterscheiden, in irgendeinem unbekannten Parameter, der anders ist, was dann in verschiedenen Zerfallszeiten resultiert. Ich vermute, dass die Problematik auf die Bell'sche Ungleichung hinausläuft versus versteckte Parameter? Oder gibt es eine andere Erklärung?

Eine Idee, die ich hätte, wäre, dass es so eine Art "Dichte" gibt - keine in dem Sinne räumliche, sondern vllt. so "siebartig" - höhere Massen fallen stärker durch das Sieb, oder "herunter" (keine Ahnung, wie ich das benennen soll). Die Gravitation verändert das Sieb.

Das soll keine esoterische Diskussion werden, aber es sind verschiedene Konzepte erwünscht - letztendlich basieren wissenschaftliche Theorien und deren mathematische Formulierung auch auf Konzepten und den "Tools", die uns mathematisch und experimentell zur Verfügung gestellt sind.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 15:03
@mastermind
Also rein logisch betrachtet würde ich meinen das die Teilchen im inneren mehr Energie untereinader teilen.
Während die äußeren als erstes "abfallen".
Desto grösser der Außenradius desto mehr Teilchen können anfangs außen Zerstrahlen.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 15:12
@mastermind
Zitat von mastermindmastermind schrieb:Jetzt ist daher meine Frage, woher die Teilchen "wissen", wann sie zerfallen müssen, damit sie das statistische Gesetz erfüllen.
Das ist das Pferd von hinten aufzuzäumen. Die Teilchen zerfallen aufgrund von physikalischen Prozessen, und WIR wissen nicht, welches wann zerfallen wird - genau darum haben wir die Statistik.

Da gibt's eigentlich nichts weiter zu diskutieren dazu...


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 15:42
Interesante Frage.
In meiner Vorstellung ist es ein Zusammenspiel zwischen den inneren Kräften (starke Wechselwirkung) und den äußeren Einflüssen (schwache Wechselwirkung), hinzu kommen "lokale" Störungen. Deswegen können wir nur statistisch voraussagen wie viele Teilchen ungefähr zerfallen, da ich auch keinen aktuellen Nutzen sehe - welches Teil genau zerfällt - ist es ausreichend.
Sollte man irgendwelche Effekte nutzen oder beeinflussen können, wird diese Frage natürlich wichtiger.

Weißt es jemand ob das simuliert wird, quasi die Partikel selbst oder nur matemathisch (Formeln) das Ganze betrachtet wird?


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 15:44
@Abahatschi

Was denkst du, wieso wir die Statistik benötigen?


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 15:55
@Thawra
Nicht falsch verstehen: Statistik ist gut und bis jetzt ausreichend, die Ergebnisse sprechen für sich.
Ich wünsche mir (wahrscheinlich bin ich nicht der Einzige) langsam einen Übergang zu numerischen (diskreten) Lösungen. Wenn man einen Blick zu anderen Gebieten wirft wo simuliert wird (Chemie, FEM, Kinematik) ist eine Überstimmung von Vorteil.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 15:57
@Abahatschi

... die ganzen Simulationen funktionieren auch nur mit grossen Zahlen, da wird nichts auf einer per-Atom-Basis simuliert.
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:Ich wünsche mir (wahrscheinlich bin ich nicht der Einzige) langsam einen Übergang zu numerischen (diskreten) Lösungen.
Dann mach mal, wenn dir das so 'langsam' angemessen erscheint... ;)


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 16:04
@Thawra
Hast Recht! ich fang schon mal an. Während ich schon mal Simulationszeit reservieren wollte, fand ich dort auch eine gute App.
http://www.lbl.gov
bzw.
http://newscenter.lbl.gov/2014/12/19/dynamic-new-app-for-learning-about-particle-physics-now-available/


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 20:38
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:Während ich schon mal Simulationszeit reservieren wollte, fand ich dort auch eine gute App.
Gut so. Wer fliegen will muss erstmal auf allen vieren kriechen können.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 20:43
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:Ich wünsche mir (wahrscheinlich bin ich nicht der Einzige) langsam einen Übergang zu numerischen (diskreten) Lösungen. Wenn man einen Blick zu anderen Gebieten wirft wo simuliert wird (Chemie, FEM, Kinematik) ist eine Überstimmung von Vorteil.
Ach weisst du, man hat sich im vergangenen Jahrhundert einfach keine Gedanken dazu gemacht. Die Halbwertszeit wurde auch nur eingeführt weil die Hälfte aller Physiker zu Faul sind um die richtige Zerfallszeit aufs Atom genau zu bestimmen.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 21:06
@Celladoor
Du darfst meinen Beitrag überlesen und etwas zum Thema beitragen (sonst verbrauchst Du hier nur Strom)


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 22:14
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:Du darfst meinen Beitrag überlesen und etwas zum Thema beitragen (sonst verbrauchst Du hier nur Strom)
Und das von dem "Ich wünsche mir". Wissenschaft ist kein Wunschkonzert.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 22:28
@Celladoor
Also wirklich..Du schreibst hier von der Halbwertzeit und Atome..dabei geht es um den Zerfall von Teilchen.
Trotz dieses Fauxpas schreibe mir wieder nur wenn Dir QCD (Gittereichtheorie) was sagt.
Wissen weitergeben macht einen nur größer.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 22:54
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:Du schreibst hier von der Halbwertzeit und Atome..dabei geht es um den Zerfall von Teilchen.
Das hast du gut erkannt. Dabei geht es um den Zerfall von Teilchen. Die App scheint dir gut zu tun weiter so.
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:Trotz dieses Fauxpas schreibe mir wieder nur wenn Dir QCD (Gittereichtheorie) was sagt.
Die App ist dir wohl zu Kopf gestiegen. Deinstallier sie bitte wieder und bleib wie du bist.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

02.01.2015 um 22:56
@Celladoor
Hast Du was zur Diskussion beizutragen? Die Tipps was ich machen soll oder was mir zu Kopf gestiegen ist...irrelevant.


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mastermind Diskussionsleiter
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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

03.01.2015 um 03:29
@Thawra
Zitat von ThawraThawra schrieb:Das ist das Pferd von hinten aufzuzäumen. Die Teilchen zerfallen aufgrund von physikalischen Prozessen, und WIR wissen nicht, welches wann zerfallen wird - genau darum haben wir die Statistik.

Da gibt's eigentlich nichts weiter zu diskutieren dazu...
Ich hab mich da vielleicht falsch ausgedrückt. Natürlich wissen wir nicht, wann genau welches Teilchen zerfallen wird (ist jetzt egal, ob das Relevanz hat im Leben, mir geht's um die Sache an sich), deshalb haben wir die Statistik. Aber genau das ist mein Punkt: Wir wissen es nicht. Wir können aber offensichtlich ein Gesetz formulieren, welches genau zu diesem Verhalten passt, aber eben nur statistisch. Ich denke, dass es eben deshalb da etwas zu diskutieren gibt (zumindest nach meinem Interesse), weil wir es nicht genau wissen, und daher die Frage, ob es möglich ist.

Die Teilchen "wissen" das natürlich nicht (bzw. ist für die Fragestellung meines Erachtens nicht von Belang). Was ich damit meine ist, dass die Teilchen Informationen tragen - in Analogie dazu z.B. Moleküle in einem Gas, welche einen Ort und eine Geschwindigkeit bzw. Impuls haben, klassisch betrachtet, und dadurch statistisch gemittelt der Druck berechnet werden kann etc. - die eben das beobachtete Verhalten hervorruft.

@Abahatschi
Es geht mir nicht um den praktischen Nutzen, sondern um die Sache an sich (sonst hätte ich sie nicht in diesem Forum gestellt ;-) ). Was meinst du mit äußeren Störungen? Die Sache ist ja die, dass die Teilchen auch beliebig weit voneinander entfernt sein können und trotzdem das gleiche Zerfallsverhalten zeigen.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

03.01.2015 um 04:50
@mastermind

Die Frage ist irgendwie sinnlos, weil man das Verhalten einzelner Teilchen nichtmal theoretisch messen kann (Stichwort Heisenberg) und daher nur die Beschreibung von Teilchengruppen sinnvoll ist - und da hilft halt die Statistik.


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Crusi ehemaliges Mitglied

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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

03.01.2015 um 15:36
Die Teilchen können sich halt nicht den Zeitpunkt aussuchen, an dem sie mit physikalischen "Kraftdifferenzen" (Temperaturunterschiede, Strahlung, Stöße,...) in Kontakt kommen. Und die sorgen sicherlich mit dafür, dass ein instabiles Teilchen die restliche Stabilität verliert.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

03.01.2015 um 15:59
Temperatur, Strahlung und Stöße haben keine Auswirkung auf den Zerfall von Teilchen, auch bekannt als Halbwertzeit. Ansonsten wär das mit Tschernobyl nur halb so wild gewesen, einfach ne Infarotfunzel aufstellen und fertig.


Aber die Eingangsfrage wirft wiederum die Gegenfrage auf, wie sich der Fragesteller die Wissenschaft und Forschung vorstellt. Es wird zumindest der Eindruck vermittelt, der Fragesteller gehe davon aus, dass wir uns die physikalischen Gesetze zurechtschustern und dann das Universum sich dem anpasst.


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Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

03.01.2015 um 19:47
Es ist ein Zufälliger Prozess.

So einfach ist das Ganze.

Jedes Teilchen hat einen bestimmte Wahrscheinlichkeit, in einem bestimmten Zeitraum zu zerfallen. Bei instabilen Teilchen ist die Wahrscheinlichkeit einfach höher.

Das hat auch nicht viel mit der Unschärferelation zu tun, die nur etwas darüber sagt, dass man nicht gleichzeitig Geschwindigkeit und Ort eines Teilchens messen kann.

Übrigens ist die Halbwertszeit kein exakter sondern ein statistischer Durchschnittswert. Wie bei jeder Zufallsfunktion gibt es Gruppen die davon abweichen.


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