Eine kurze Beschreibung der Grundlagen der Realität - der quantenphysikalischen Felder.

Von unserem menschlichen, durch biologische Evolution entstandenen Standpunkt aus gesehen - die Welt besteht aus kleinen Partikeln, die sich zu komplexeren Strukturen verbinden (von Atomen über Moleküle chemischer Verbindungen bis hin zu Strukturen, die mit bloßem Auge sichtbar sind, und sogar Megastrukturen wie Planeten und Sterne). Wenn wir jedoch die Mikrowelt untersuchen, bricht dieser Standpunkt allmählich zusammen, und wir haben zunehmend Schwierigkeiten zu bestimmen, ob Materie aus Teilchen oder Wellen besteht. Die meisten Dinge, mit denen der Mensch in Berührung kommt, lassen sich auf Protonen, Elektronen, Neutronen und Photonen reduzieren (wobei Protonen und Neutronen eine komplexe Struktur haben, über die später gesprochen wird). Daher haben wir (im Allgemeinen) das, womit wir konfrontiert sind, auf 4 Elemente reduziert. Unsere Vorfahren (aus dem 19. Jahrhundert) wussten das nicht. Für sie war die Welt aus Dutzenden von Atomarten aufgebaut (je nachdem, wie weit wir historisch zurückgehen, änderte sich dieses Bild natürlich fortlaufend). Unsere Vorfahren verstanden fast alles, was sie berührten, nicht. Wir sind in einer anderen Situation. Von den "materiellen" Dingen verstehen wir wirklich nur dunkle Materie und dunkle Energie nicht, die im Grunde genommen keine direkte Rolle in unserem Leben spielen - ihre Rolle wird erst in Galaxien- und Universumsmaßstäben erkannt. Protonen und Neutronen stellten sich als eine interne Struktur aus oberen und unteren Quarks heraus, die wie "Suppe" von Gluonen angeordnet sind. Dies ist immer noch ein vereinfachtes Bild (neueste Simulationen unter Verwendung von KI und allen Ergebnissen der menschlichen Experimente legen nahe, dass Protonen auch aus einem charmanten Quark bestehen), aber wir gehen weiterhin voran. Es ist an der Zeit, sich von einem partikulären Ansatz zu lösen und zu Wellen - genauer gesagt zu quantenmechanischen Feldern - überzugehen. Eine Welle ist ein Mittelweg zwischen Teilchen und quantenmechanischen Feldern. Teilchen, deren innere Struktur trotz vieler Experimente wir nicht untersuchen konnten, gelten als fundamentale Elementarteilchen. Diese sind: Bosonen, auch bekannt als Austauschteilchen (wie Photonen, Gluonen und andere Bosonen), Quarks, die Materiemasse bilden (die Protonen und Neutronen bilden), Leptonen, die Materie um einen kleinen Teil der Masse ergänzen (wie Elektronen und Neutrinos). Alle diese Teilchen haben ihre Antiteilchen. Die Existenz von Antiteilchen passt perfekt in die Quantenfeldtheorie (QFT). Wenn wir also die entsprechende Anregung des Feldes als Teilchen beobachten können, wird die gegenüberliegende Anregung das Antiteilchen sein. Teilchen in der QFT sind nur das Ergebnis einer Wechselwirkung des untersuchten quantenmechanischen Feldes mit dem quantenmechanischen Feld, das wir als Messwerkzeug verwenden. Wenn wir ein quantenmechanisches Feld (in Form eines Teilchens wie Elektron oder Photon) in Richtung eines anderen quantenmechanischen Feldes (des untersuchten) lenken, wird der Effekt der Wechselwirkung uns Hinweise auf eine bestimmte Eigenschaft des untersuchten quantenmechanischen Feldes liefern. Aber es kann auch vorkommen, dass wir kein Ergebnis erhalten. Wenn wir dieselbe Messung viele Male wiederholen, können wir statistische Eigenschaften des untersuchten Feldes bestimmen, wie zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung, die wir als die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Teilchens an einem bestimmten Ort bezeichnen. Es handelt sich jedoch immer um die Wechselwirkung von zwei oder mehr Feldern. In diesem Sinne existieren keine Teilchen. Es gibt nur quantenmechanische Felder. Die Realität hat in der Light of QFT keinen materiellen Charakter. Der materielle Alltagscharakter, den wir wahrnehmen, tritt erst auf, wenn so viele Wechselwirkungen im Spiel sind, dass der halbe Charakter der Realität keine unmittelbare Rolle mehr spielt. Wir wissen nicht genau, was die Natur der quantenmechanischen Felder ist. Der Begriff Feld stammt lediglich von einem gewöhnlichen Ackerfeld. Wir wissen nur, dass wir den Verteilungswert einiger Felder im Raum in unvollkommener Weise messen können und dass dies experimentell sehr gut funktioniert. Einige Messergebnisse stimmen bis zu 15 Dezimalstellen mit der Theorie überein. Oder vielmehr mit den Vereinfachungen der Theorie - denn in der überwältigenden Mehrheit der Fälle sind die Berechnungen für uns zu schwierig, und wir können sie nur ziemlich genau durch Verwendung von Störungskalkulationen näherungsweise machen. Wir können keine genauen analytischen Lösungen erhalten. Im Allgemeinen wird angenommen, dass folgende quantenmechanische Felder existieren: - 6 Quarkfelder - 6 Leptonenfelder - 8 Gluonenfelder (starke Wechselwirkung) - Higgs-Feld - EM-Feld - für Photonen - W-Bosonen-Feld (schwache Wechselwirkung) - Z-Bosonen-Feld (schwache Wechselwirkung). Insgesamt 24 quantenmechanische Felder bilden die gesamte messbare Realität in der Mikrowelt. Aber diese Aufteilung kann auch anders sein. Wenn es quantenmechanische Gravitation gibt, müsste man 25 schreiben. Wenn man annimmt, dass es nur ein Gluonenfeld gibt, wird aus 24 17. Wenn man zusätzlich die W- und Z-Bosonenpole (schwache Wechselwirkung) mit der EM-Wechselwirkung vereinigt, bleiben 15 übrig. Wenn man annimmt, dass die weiteren Generationen von Quarks und Leptonen ebenfalls vereinigt werden können, da sie sich nur in der Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld unterscheiden, bleiben uns 7. Bei vollständiger Vereinigung, auf die die Menschheit hoffen kann, könnten wir die Anzahl der quantenmechanischen Felder auf 7 reduzieren. Ob dies der Fall ist, weiß noch niemand. Aber es wäre eine ziemlich interessante Errungenschaft: alles, mit dem wir es zu tun haben, auf 7 quantenmechanische Felder zu reduzieren* *Unter der Annahme, dass dunkle Materie und dunkle Energie eher das Ergebnis von Lücken in unserer Gravitationstheorie als von Lücken im Standardmodell sind. Es gibt Hinweise darauf, dass sowohl Lücken in Einsteins Gravitationstheorie als auch eine neue unbekannte Wechselwirkung existieren, die uns entgeht und dem Standardmodell fehlen. Also haben wir noch einiges vor uns. Aber es ist ratsam, sich nicht zu sehr aufzuregen. Unsere Vorfahren verstanden 99,99% dessen, was sie umgab, nicht. Wir verstehen 99,99% dessen, was uns umgibt. Unsere Vorfahren kannten die starke Wechselwirkung nicht - die in kleinen Maßstäben am stärksten ist. Wir kennen es. Wenn etwas vor uns verborgen ist, kann es nichts Starkes sein. Und wenn das, was wir nicht kennen, schwach ist, hat es nur einen geringen Einfluss auf unseren Alltag. Es kann sich natürlich in galaktischen Maßstäben manifestieren (ähnlich wie Gravitation) mit großer Kraft.