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THEMA: Fragen zum Thema schwere/träge Masse

Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 10:22 #3246

Schwere Masse entsteht durch gravitative Kräfte (Graviton als hypothetisches Boson). Die allgemeine Relativitätstheorie interpretiert diese Kraft als geometrische Erscheinung der Raumzeit (Raumkrümmung etc, Masse krümmt bzw. verändert die Raumzeit und andererseits folgen die Körper wieder dann auf geodätischen Bahnen dieser Raumzeitstruktur).
Träge Masse jedoch entsteht durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld, das jedem Fermion bzw. manchen Eichbosonen (incl. dem Higgs-Teilchen) seine Masse verleiht.
Habe ich das so richtig verstanden?
Daraus resultiert für mich nun folgende Frage: Für die Elementarteilchen mit Masse (Angabe in Elektronenvolt) gilt ein einheitlicher Wert, ganz unabhängig davon, ob es nun um Trägheit oder um Schwere geht, denn laut allgemeiner Relativitätstheorie sind schwere und träge Masse äquivalent. Was lässt sich daraus schließen? Muss es da nicht einen Zusammenhang zwischen diesem mysteriösen Higgs-Feld und der Gravitation geben? Oder sind am Ende doch wieder Higgs-Feld und Gravitation zwei Seiten der gleichen Medaille? Oder noch mal anders gefragt: Verleiht das Higgs-Feld der Materie Ruhemasse, die wir einmal als träge Masse und bei der gegenseitigen Anziehung der Massen als Schwerkraft/Gravitation interpretieren?

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 12:42 #3256

Ich versuche mal eine Antwort (ohne gewähr auf vollständigkeit und richtigkeit):
Ich gehe davon aus, dass das Higgs Feld als skalares Feld ein Bestandteil der Raum-zeit ist und diesbezüglich weil es ein skalares feld ist, sind seine Eigenschaften invariant gegen Verkrümmungen der Raumzeit selbst also Massen/Energien darin. Das Higgsfeld muss irgendwann entstanden sein (kurz nach Urknall) und ist seitdem ist es dann konstant geblieben. Die Eigenschaften des Higgfeldes sind also immer und überall gleich. Nach dem Higgs-mechanismus gibt es den W und Z Bosonen der elektroschwachen Kraft und den leptonen (quarks und fermionen) ihre Ruhemasse durch eine Wechselwirkung mit diesen. Z.B. die Ruhemasse der Elektronen von m=9,109...exp(-31)kg kommt direkt von der Interaktion mit dem Higgs-Feld. Die Ruhemasse ist eine Invariante im Higgs-Mechanismus und in der Relativitätstheorie. Die Trägheit von z.B. Elektronen ist dann neben der Ruhemasse abhängig von Ihrer (relativen) Geschwindigkeit (relativistische Massenzunahme) und auch von allen anderen umgebenden massen und energien. Da schwere und träge Masse äquivalent sind, erzeugen diese dann Auswirkungen auf die Struktur der Raumzeit. Sowohl die Ruhemasse als auch die durch Bewegungsenergie dazugewonnene Energie wirken sich also auf die Raumzeit aus. Dadurch werden dann die Kurven der Bewegungen in der Raumzeit verändert.
Ich kann nur vermuten: Das Graviton wäre dann wahrscheinlich so etwas wie das Bindeglied zwischen Raumzeit und Quantenphysik, da seine Eigenschaften so sein müssen, dass Sie dem Higgs-mechanismus, sprich vergabe von Ruhemasse an z.B. Elektronen UND dazugewonnener relativistischer Bewegungsenergie, welche sich ja beide auf die "Schwere" auswirken, nicht widersprechen darf.

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 13:37 #3258

Ein Körper bleibt entweder in Ruhe oder er bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit, wenn keine äußere Kraft auf ihn wirkt. Das ist das zweite newtonsche Gesetz. Hier, im kräftefreien Fall, haben wir es mit der trägen Masse zu tun.
Wirken äußere Kräfte, dann haben wir es mit Beschleunigung zu tun, wobei es egal ist, ob unser Probekörper sich im Weltall befindet oder sich im Schwerefeld einer gravitativ wirkenden Masse. Das ist der Fall der schweren Masse.
Der erste, kräftefreie Fall ist Grundlage für die Spezielle Relativitätstheorie und der zweite Fall, der mit Kräften, ist die Grundlage für die Allgemeine Relativitätstheorie. In dieser wird jetzt grundsätzlich festgestellt, dass zwischen einer Masse, auf die eine Kraft wirkt, die also eine Beschleunigung erfährt und einer Masse, die sich im Schwerefeld befindet, prinzipiell kein Unterschied ist.
Der Higgsmechanismus verleiht den Elementarteilchen ihre Ruhemassen. Er spielt in den Relativitätstheorien keine Rolle.
Viele Grüße
Thomas

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 14:17 #3260

Dann fasse ich mal eure Antworten zusammen: Das Higgs-Feld verleiht Fermionen und manchen Bosonen Ruhemasse, die wir je nach Umständen mal als schwere und mal als träge Masse interpretieren incl. eventueller relativistischer Effekte. Letztlich bedingt das Higgs-Feld somit sowohl die schwere als auch die träge Masse. Kann man das so sagen?
Kann man aufgrund der universellen Gleichheit der schweren und trägen Masse auf eine Verknüpfung der Metrik der vierdimensionalen Raum-Zeit-Welt mit dem Gravitationsfeld und dem Higgs-Feld schließen?
Grüße Josef

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 14:46 #3262

Kleine Anmerkung: In unserem Unoversum gibt es eine 3dimensionale Raumzeit-Welt. Zeit ist keine Dimension im mathematischen Sinne. Daher heißt es auch "Raumzeit". Das tut ihrem Schluss aber keinen Abbruch.
Viele Grüße,
Nirusu

Nachtrag: Tut mir leid, ich habe meinen Fehler gesehen, es heißt natürlich 4-D Raumzeit.

"Wir stehen selbst enttäuscht und sehn betroffen
Den Vorhang zu und alle Fragen offen"
- Berthold Brecht, Der Gute Mensch von Sezuan

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 15:20 #3266

Da stutze ich jetzt aber schon. Bei Wiki heißt es unter "Raumzeit":
>>Raumzeit oder Raum-Zeit-Kontinuum bezeichnet die Vereinigung von Raum und Zeit in einer einheitlichen vierdimensionalen Struktur. Sie ist in der Relativitätstheorie dargelegt.>>
Außerdem glaube ich, diesen Begriff schon oft so gelesen zu haben. Und Sie meinen, er würde schlampig verwendet werden?

Eine Bedeutung gewinnt die Vierdimensionalität auch in philosophischen Interpretationen der Zeit. Dort wird neben Possibilismus, Präsentatismus (lange gängig) jetzt ja auch ganz ernsthaft der Eternalismus ins Spiel gebracht (eine fast schon unheimliche Vorstellung), weil er angeblich (ich kann es nicht nachprüfen) mit dem Phänomen der Nichtgleichzeitigkeit der SRA vereinbar wäre.
Falls sie das interessiert:
de.wikipedia.org/wiki/Blockuniversum

bzw. ein Artikel in Bild der Wissenschaft stellt es sehr spannend dar:
www.bild-der-wissenschaft.de/bdw/bdwlive...p?object_id=31300916

Schöne Grüße
Josef

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 15:32 #3267

Das Higgsfeld kennt keinen Unterschied zwischen schwerer und träger Masse. Das Higgs verleiht den Elementarteilchen ihre Ruhemasseneigenschaften. Und das macht es mit Hilfe von Kopplungskonstanten. Deshalb sind z.B. alle Elektronen einander gleich und die Quarks haben je nachdem, um welches Quark es sich handelt, auch immer die gleichen Eigenschaften. Wenn dem nicht so wäre, würde ja die Materie nicht zu wohl geordneten Atomkernen und Atomen zusammen finden. Was man über das Higgs noch weiß, ist dies: Es setzt einer Beschleunigung von Massen einen Widerstand entgegen.
Der Unterschied zwischen träger und schwerer Masse beruht nur auf das Nichtvorhandensein von Kräften oder das Vorhandensein von Kräften. Für den zweiten Fall ist dann aber kein Unterschied mehr zwischen träger und schwerer Masse, (Voraussetzung der ART).
Zur zweiten Frage der Verknüpfung der Metrik der Raumzeit mit den Eigenschaften des Higgsfeldes: Gäbe es hier eine Verknüpfung, dann hätte das beispielsweise zur Folge, daß in einem Schwerefeld andere Elementarteilchen entstehen sollten als außerhalb des Schwerefeldes. So einen Zusammenhang gibt es nicht. Ob wir aus einem Elektron und einem Positron ein Gammaquant erzeugen oder umgekehrt, so ist das egal, ob wir das in einem Schwerefeld machen oder irgendwo im Weltraum. Es entstehen immer Elektron und Positron.
Lediglich in einem Schwarzen Loch ist der Higgsmechanismus außer Kraft, denn dort dominiert die Schwerkraft über alle Erscheinungen. In einem SL werden keine Teilchen erzeugt, es sammelt lediglich Energie aus seiner Umgebung und wird dadurch schwerer. Wenn man sich die Hawking Strahlung anschaut, wie hier Teilchen und Antteilchen an der Schwarzschildgrenze entstehen können, dann kann man daraus schließen, daß die Wirkung und Arbeitsweise des Higgsfeldes jedenfalls bis dahin noch funktioniert. Ob der Higgsmechanismus auch innerhalb der Scharzschildkugel noch funktioniert, weiß ich nicht. Weiß das jemand?
viele Grüße
Thomas
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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 15:44 #3268

Vielen Dank, Thomas! Sie haben es auf den Punkt gebracht. Genau das wollte ich wissen.
Schöne Grüße
Josef

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 16:11 #3270

Super erklärt, vielen Dank!

Thomas schrieb: Ob der Higgsmechanismus auch innerhalb der Scharzschildkugel noch funktioniert, weiß ich nicht. Weiß das jemand?


Soweit ich weiß, weiß niemand wirklich, was sich innerhalb eines Schwarzschild-Radius abspielt. Messen können wir dort jedenfalls nicht.

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 16:24 #3273

Ich sehe keinen Widerspruch zu Einstein.
Einstein beschreibt die Wirkung der Massen auf die Raumzeit, nicht deren Ursache.

assume good faith

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assume good faith

Fragen zum Thema schwere/träge Masse 27 Feb 2016 19:43 #3281

@Nirusu,

es gibt 3 Raumdimensionen und eine Zeit-Dimension, insgesamt also eine 4 dimensionale Raum Zeit. Minkowski hat die 4 dimensionale Raumzeit mathematisch eingeführt und diese ist physikalisch durch unzählige Experimente bestätigt (letztens durch die Messung von Gravitationswellen ;-)). In der "schrift" (Annalen der Physik) der ART von 1916 spricht Einstein auch von der 4x4 Jacobi-Matrix als Transformation der 4 koordinaten zwischen unterschiedlichen Bezugssystemen. ( myweb.rz.uni-augsburg.de/~eckern/adp/his.../1916_49_769-822.pdf , Seite 20) Diese Matrix beschreibt eine allgemeine differentielle Koordinatentransformation zwischen krummlinigen koordinaten. Die Zeit ist darin als gleichwertige Koordinate zunächst einmal inbegriffen.
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Letzte Änderung: von Emanrov. Begründung: den genauen historischen zusammenhang kenne ich nicht (Notfallmeldung) an den Administrator

Fragen zum Thema schwere/träge Masse 01 Mär 2016 20:03 #3413

Ein Verständnisproblem habe ich immer noch, Stichwort „Kopplungskonstante“. Eine Kopplungskonstante verbinde ich immer mit einem Eichboson (z.B. starke Wechselwirkung – Gluonen etc).
Das Higgs-Boson bzw. Higgs-Teilchen entsteht aber angeblich – so hat Dr. Gassner eine Frage von mir dazu mal beantwortet – nur durch Selbstwechselwirkung des Higgs-Feldes. Jedem skalaren Feld ist ein Boson zugeordnet. Dieses Higgs-Boson wäre aber nicht am Higgs-Mechanismus selber beteiligt, der Fermionen und manchen Eichbosonen eine Ruhemasse verleiht. Ich hoffe, das damals richtig verstanden zu haben.

Wenn ich bei Wiki unter „Higgs-Boson“ nachlese, dann heißt es beim Unterpunkt „Higgs-Mechanismus“ unter anderem:

<<<….Die elementaren Anregungen des Higgs-Felds sind die Higgs-Bosonen. …Die Masse der Elementarteilchen, eine früher als ursprünglich angesehene Eigenschaft, wird somit als Folge einer neuen Art Wechselwirkung gedeutet……. Nur die Masse des Higgs-Bosons selbst entzieht sich dieser Deutung, sie bleibt weiter ungeklärt……..>>
de.wikipedia.org/wiki/Higgs-Boson

Unter Wiki „Higgs-Mechanismus“ heißt es unter Punkt „Beschreibung in der Feldtheorie“:

<<…..Insgesamt enthält das Higgs-Feld, das die Massen erzeugt, eine scheinbar „überzählige“[16] komplexe Variable, die das vollständig longitudinale Higgs-Boson ergibt…..>>

de.wikipedia.org/wiki/Higgs-Mechanismus

Dann frage ich mich aber, welches Eichboson dann wieder für die Kopplungskonstante zwischen Higgs-Feld und Fermionen und manchen Bosonen verantwortlich ist, von der Thomas schreibt. Oder sieht der Higgs-Mechanismus keine Bosonen als Vermittler vor?
Außerdem finde ich den Satz „Nur die Masse des Higgs-Bosons selbst entzieht sich dieser Deutung, sie bleibt weiter ungeklärt“ sehr erstaunlich. Liegt der Verfasser des Wiki-Artikels da richtig? Ist es wirklich verwunderlich, dass das Higgs-Feld seinem eigenen Boson eine Ruhemasse verleiht? Wenn das Higgs-Feld einer Selbstwechselwirkung unterliegt und dadurch sein eigenes Higgs-Boson erzeugt, das auch Masse hat (gemäß dem Higgs-Mechanismus?), dann verstehe ich nicht, warum sich das dann der Deutung entziehen sollte. Aber ich fürchte, dass es da für mich als interessierten Laien auch zu kompliziert wird.
Meine Fragen noch mal verdichtet:
Braucht es für den Higgs-Mechanismus kein Vermittlerboson und kann oder vielmehr muss man somit der Kopplungskonstante, von der Thomas spricht, kein Eichboson zuordnen?
Ist es tatsächlich verwunderlich, dass das Higgs-Boson selber eine Ruhemasse hat und ist hier auch der Higgs-Mechanismus am Werk?

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Fragen zum Thema schwere/träge Masse 01 Mär 2016 23:29 #3422

Tut mir leid, ich meinte 4 dimensionale Raumzeit oder 3-Raumdimensionen und 1 Zeitdimension. Ich habe es korrigiert

Herrje, jetzt fange ich auch noch an, so einen Stuss zu verbreiten. Wenn man Raumzeit-Dinensionen betrachtet, sind es natürlich 3+1 Dimension. Tut mir leid :(

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- Berthold Brecht, Der Gute Mensch von Sezuan

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