Das versteckte Experiment (German Edition)

Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden ist (Teilchen ist äquivalent zu Energie: E = m*c 2 ), so würde das der Unschärferelation widersprechen.“
    „Wenn aber das Vakuum nicht leer ist, was ist dann darin?“
    „Es wimmelt dort von Teilchen.“
    „Du machst Witze!“
    „Du weißt doch, die Quantenwelt ist ziemlich verrückt. Es entstehen ständig Teilchenpaare, Teilchen und Antiteilchen mit entgegengesetzten Ladungen, und verschwinden wieder. Energie (= Masse) wird dem Vakuum entzogen und durch Vernichtung der Teilchenpaare zurückgeliefert. Man nennt das Vakuumfluktuation. Je energiereicher die Teilchen sind, desto schneller verschwinden sie wieder. Die Teilchen können aber nicht beobachtet werden, denn auch dieses würde dem Heisenbergschen Unbestimmtheitsprinzip widersprechen. Man spricht deshalb auch von virtuellen Teilchen.“
    „Also sind sie nur ein gedachtes Hilfsmittel, um den Widerspruch zur Unbestimmtheit aufzulösen?“
    „Keineswegs, es gibt die virtuellen Teilchen. Auch wenn man einzelne virtuelle Teilchen nicht beobachten, messen kann, so kann man doch Effekte messen, die durch die ständigen Prozesse der Erzeugung und Vernichtung der Vielzahl der Teilchen hervorgerufen werden. Der Physiker Willis Lamb konnte zeigen, dass dieser Effekt tatsächlich Einfluss auf das Emissionsspektrum des Wasserstoffs hat. Für die Entdeckung dieser nach ihm benannten Lamb-Verschiebung erhielt er 1955 den Nobelpreis. Der niederländische Physiker Hendrik Casimir hat einen weiteren nachweisbaren Effekt vorausgesagt. Bringt man zwei parallele Platten in einem Vakuum sehr nahe zusammen, so sollten sie sich nach seiner Überlegung anziehen. Den Vakuumschwankungen kann man Wellencharakter zuschreiben. Du kennst das bereits aus der Welle-Teilchen-Diskussion. Während es außerhalb der Platten jede mögliche Wellenlänge geben kann, können sich zwischen den Platten nur Wellen ausbilden, die ein ganzes Vielfaches des Plattenabstandes haben.“
    „Das hat Ähnlichkeit mit den De-Broglie-Wellenlängen.“
    „Ja. Diese Unterschiede in der Wellenhäufigkeit, also der Vakuumfluktuation, führen tatsächlich zu einer Kraft zwischen den beiden Platten, die bereits im Jahre 1958 nachgewiesen werden konnte. Man nennt sie nach dem Entdecker Casimir-Kraft.“
    „Es kommt mir so vor, als wenn das alles nicht zu dem doch so fundamentalen Energieerhaltungssatz passte.“
    „Kurzzeitig wird der tatsächlich verletzt. Da das System aber in dieser Zeitspanne nicht beobachtet werden kann, ist das kein Problem, und nach der gegenseitigen Vernichtung von Teilchen und Antiteilchen ist alles wieder in Ordnung.“
    „Christine, es wäre doch interessant, wenn man die Teilchenpaare nach ihrem Auftauchen daran hindern könnte, sich wieder gegenseitig zu vernichten.“
    „Das ist eine gute Idee. Man kann das in starken elektrischen Feldern erreichen. Es bleiben tatsächlich reale Teilchen übrig. Damit der Energieerhaltungssatz nicht verletzt wird, wird die erforderliche Energie dem elektrischen Feld entzogen. Übrigens sorgt ein entsprechender Effekt dafür, dass Schwarze Löcher etwas Strahlung emittieren, also nicht vollständig schwarz sind. Entstehen Teilchenpaare in der Nähe des Ereignishorizonts, so kann es vorkommen, dass eines der beiden Teilchen diesen überschreitet, während das andere in den freien Raum entkommt.“
    „Das war jetzt aber ein langer Exkurs über das Nichts. Ist das Nichts denn von so großer Bedeutung?“
    „Es könnte sein, dass es der Schlüssel zur Entstehung des Universums (oder der Universen) ist.“
    „Unser Universum ist aus dem Nichts entstanden, die ganze Materie, die Sterne, Planeten, Galaxien? Woher sollten diese riesigen Energien kommen?“
    „Es hat sich herausgestellt, dass die Gesamtenergie wie beim Erscheinen unserer virtuellen Teilchen null ist. Die Energie des Gravitationsfeldes ist negativ und entspricht genau der Energie der Massen im Universum. Während der ersten Sekundenbruchteile des Urknalls (der sogenannten Inflationsphase) entsteht die gesamte Materie als positive Energie und wird durch die entsprechend wachsende negative Energie des Gravitationsfeldes kompensiert.“
    „O. k., das Prinzip der Vakuumfluktuation habe ich geschluckt, wie schon so vieles vorher. Aber eigentlich ist das Vakuum kein echtes Nichts. Ein Vakuum kann ich mir nur vorstellen, wenn es einen Raum gibt, einen Raum, wo nichts drin ist. Wenn das Universum also aus einer Vakuumfluktuation entstanden