Was haltet ihr vom Quantenmotor?

Der RPTU in Landau ist es zusammen mit Kollegen aus Stuttgart und Okinawa erstmals gelungen, einen Quanteneffekt nutzbar zu machen, um quasi einen Motor zu erstellen, der funktioniert, ohne dass man ihn auftanken muss.

Studie: Forschende der RPTU entwickeln Motor mit quantenmechanischem Antrieb - RPTU Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau

Um das wirklich zu verstehen, muss man sich ziemlich mit Quantenphysik beschäftigen. Ich versuche es mal in einfachen laienhaften Worten: Teilchen werden extrem runter gekühlt, passieren einige quantenmechanische Prozesse und andere Teilchen werden gezwungen, energetisch zu reagieren. (Der Satz stimmt nicht perfekt, man kann es sich damit aber gut vorstellen): Der runtergekühlte Stoff wird also gezwungen, Energie abzugeben.

Diese Energie konnte nun in einem Versuchsaufbau nutzbar gemacht werden. Zudem hat man wohl bereits direkt im Versuch einen höheren Wirkungsgrad erzielt als bei einem üblichen Verbrenner.

Noch ist unbekannt, wie weit man das treiben kann und wie dieser Motor in einem Auto aussehen würde. Es ist "nur" eine Grundlagenforschung. Aber sie hat laut Wissenschaftlern praktisch funktioniert und zu Energieausbeute geführt.

Ich finde das spannend, da ich gerne mal schaue, welche Prinzipien von Science-Fiction real werden könnten. Mal schauen, wie lange es wirklich dauert, bis es praktisch zu kaufen ist. Kommt so ein Quantenmotor schneller als die Fusionskraftwerke?

Was denkt ihr darüber?

Oder hat hier jemand Anmerkungen, der sich besser auskennt und habe ich das womöglich alles total falsch verstanden?

Physik, Quantenmechanik, Quantenphysik
Was hat es mit der Quantenfeldtheorie auf sich / wo lerne ich ohne Studium mehr?

Hallo, ich bin 17, mache Abitur und habe seit etwa einem halben Jahr unfassbare Liebe zur Physik gefunden, nachdem ich von der Relativitätstheorie und der theoretischen Möglichkeit von Zeitreisen in die Zukunft hörte.

Bevor es zur eigentlichen Frage geht, wenn diese frage zu lang ist oder nicht beantwortet werden kann, weil man die antwort darauf nicht kennt, bitte beantwortet mir das:

Meine Lehrer können mir hierbei nicht mehr helfen. Neben dem Abi studieren kann ich auch nicht und Physik ist mehr ein Hobby, zumindest jetzt noch. Kann ich trotzdem an Vorlesungen teilnehmen und Kontakt zu Professoren knüpfen um Fragen zu stellen, oder haben die keine Zeit für sowas.

Weiter zur Frage:

Seitdem ich 12 bin beschäftigte ich mich mit Chemie. Ich habe z.B Claydens Organische Chemie gelesen, Experimente gemacht und lustige Medikamente aus Vanille synthetisiert. Darin bin ich sehr fit.

Jetzt hörte ich von der Quantenfeldtheroie und mein Kopf brennt völlig. Ich kann praktisch nicht aufhören mich damit zu beschäftigen bis ichs verstehe. In der Chemie stellte ich mir Atome in einem Molekül immer wie Bausteine vor, die in ihrem inneren weitere, kleinere Bausteine mit lustigen Ladungen hielten. Eben Steine. Jetzt heißt es laut der Quantenfeldtheorie, dass Elementarteilchen Felder zugeordnet werden können. Nicht etwa wie beim Doppelspaltexperiment, bei dem Teilchen eine Wellenfunktion haben die bei Messung kollabiert, sondern dauerhafte Felder (wenn ich es richtig verstanden habe). Ein stiller Beobachter nimmt in einem kalten Vakuum keine Teilchen wahr, während ein bewegender Beobachter in diesem "Vakuum" plötzlich ein warmes Teilchengas wahrnimmt?!?!? Das ist ein Resultat dieser spezifischen "Feldereigenschaft".

Wie können Felder dann Bindungen eingehen? Die Bindungen entstehen ja durch Elektronen die wechselwirken. Und diese ganzen elektronen sollen jetzt keinen festen Ort haben? Wenn es wirklich Felder sind, die miteinander wechselwirken und so dafür sorgen, dass ein Atom eine Bindung eingeht und alle Elementarteilchen Felder sind, was ist dann noch real!? Was ist wo? Was ist wann (im bezug darauf, dass diese Felder im ganzen Universum sind und somit das "Teilchen" überall)?

Ich bin fest davon überzeugt, dass ein Physiker mich für diesen Text schlagen würde, da einige Dinge absolut falsch erfragt wurden. Ich bin kompletter Laie, will aber lernen, deswegen frage ich.

Würde es denn helfen, die Mathematik dahinter zu kennen und zu verstehen, um mir auch irgendwann visuell vorstellen zu können was das alles ist? Wenn ja, wo fange ich da an?

Atom, Naturwissenschaft, Physik, Quantenmechanik, Quantenphysik
Quantenphysik/ Photonen / Photoeffekt?

Quantenphysik

Ich stehe vor folgender Aufgabe. Bei der b habe ich gar keine Idee. Ansonsten habe ich die Aufgaben gelöst, allerdings weiß ich nicht, ob sie stimmen

Aufgabe: UV-Licht der Wellenlänge λ=300 nm tri􏰃 auf eine Cäsiumschicht, deren Fläche A=1cm2 beträgt. Die Stärke der Bestrahlung beträgt 2,0 W/cmhoch2.

a) Berechnen Sie die Energie eines Photons.

Hier habe ich Eph= 6,62 *10hoch-19 J raus

b) Bestimmen Sie die Anzahl der Photonen, die jede Sekunde auf die bestrahlte Fläche auftreffen.

Hier habe ich erhlichgesagt keinen Ansatz . Eine Erkläreung mit Formel wäre sehr hilfreich. Ich bitte um einen verständlichen Rechenweg Danke:)

c) Berechnen Sie die maximale kinetsche Energie, die ein durch die Strahlung herausgelöstes Elektron besitzt. Geben Sie die Energie in J und in eV an.

also ich weiß, dass Ekin= h*f - Wa (Wa ist die Ausstritsarbeit und also fg*h)

da es sich um Cäsium handelt ist Wa ja bekannt (1,9eV Formelsammlung) und die Energie des Photons habe ich in Aufgabenteil a) bereits emittelt

Meine Rechnung : Ekin= 6,62*10hoch-19 J -1,9eV = 3,576*10hoch Minus 19 Joule.

ist das richtig?

d) Ermitteln Sie die maximale Gegenspannung, die das Elektron überwinden könnte.

Wahrscheinlich stimmt es nicht. Mein Ansatz: ich weiß aus c) die maximale kinetische Energie meines Photons (fall c stimmt)

Ekin= e* U EkinMAX= ->= 3,576*10hoch Minus 19 Joule. U= EkinMax/e =2,232 Volt ist das richtig?

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Allgemeine Fragen zur Physik?

Hallo,

Ich habe viele Fragen zu Physik. Ich nummerieren sie durch, damit es übersichtlicher ist.

Licht:

Die grundlegende Frage ist, wie ich mir Licht bzw. elektromagnetische Wellen vorstellen kann.

1. Wir haben alle schonmal von "Lichtstrahlen" gehört. Aber ein Strahl ist gerade. Diese Aussage widerspricht ja, dass Licht aus Wellen besteht. Wie kann das sein?

2. Apropos Wellen: wir haben gelernt, dass Wellen aus vielen Oszillatoren bestehen, die miteinander gekoppelt sind. Bei Licht ist das ja nicht so, da gibt es nur die Photonen.

3. Stichwort Photonen: Wie kann ich mir Photonen vorstellen? Man hört immer, dass sie aus Energie bestehen, aber so ganz darunter kann ich mir nichts vorstellen.

Quantenmechanik:

4. Wie kann Quantenverschränkung überhaupt funktionieren? Ich habe immer gehört, dass nichts schneller als Licht sein kann, auch keine Informationsübertragung. Aber bei der Quantenverschränkung ist das doch der Fall, oder? Ich meine, wenn zwei Personen ganz weit voneinander entfernt stehen, auf zwei Teilchen schauen, die miteinander verschränkt sind und einer der beiden das Teilchen verändert, weiß der andere sofort, dass sich da was getan hat. Eine Information wurde übertragen. Oder verstehe ich da was falsch?

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Wie funkieren Infrarot Filter durch Absorption?

Wenn IR Strahlung durch die Moleküle in einem solchen Filter absorbiert wurde, dann wird die Energie in Thermische Energie umgewandelt. Gleichzeitig wird im thermischen Gleichgewicht nun Schwarzkörperstrahlung abgegeben, die größtenteils bei Raumtemperatur im IR Bereich liegt.

Wie also kann zB. ein IR Absorptionsfilter in einer Brille das Auge schützen, wenn der Filter die IR Strahlung direkt wieder selber emittiert?

Praktisch kann ich mir bloß vorstellen, dass die Thermische Energie statt durch Wärmestrahlung schneller durch Konvektion und Wärmeleitung in die umgebende Luft abgegeben wird.

Follow up Frage:

Generell hinterfrage ich momentan auch den Unterschied zwischen Absorbern und Reflektoren auf der Wechselwirkungsebene zwischen Licht und Materie:

  • Ein Absorber kann durch seine spezifischen Eigenschaften Photonen bestimmter Energien absorbieren, was zu einem zu Temperaturerhöhung führt (Translation, Rotation, Vibration) und bei Passender Energie zu angeregten Elektronenzuständen. Die thermische Energie wird durch schwarzkörperstrahlung abgegeben, die angeregten Elektronenzustände fallen wieder zurück und emittieren ein Photon mit gleicher Energie?
  • Bei einem Reflektor bin ich mir noch unsicherer, manche behaupten, dass ein Reflektor direkt so absorbiert, dass nichts in thermische Energie umgewandelt wird, sondern direkt ein Elektron angeregt wird und durch das sofortige zurückfallen ein Photon mit gleicher Energie emittiert wird (zum Beispiel durch verbotene energiezustände im Energieband von Kristallstrukturen). Doch das erklärt beispielsweise nicht, warum beim zurückfallen in den Grundzustand ein Photon in die Richtung emittiert wird, die dem Reflektionsgesetz folgt. Andere behaupten, dass bei Betrachtung von reflektionserscheinungen besser die Wellenvorstellung benutzt werden sollte und beim reflektieren nichts absorbiert und wieder emittiert wird, in dem Sinne wäre ein Absorber ja eigentlich dann auch bloß ein Reflektor.
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Kann es zwischen zwei hintereinander angeordneten Licht Filtern (durch Reflektion) zu inteferenzen im Zwischenraum kommen?

Ich übernehme hier eine Skizze meiner letzten Frage:

Licht der ausgedachten Intensität 1 wird durch zwei hintereinander angeordneten filtern betrachtet, die jeweils 50% zurückwerfen.

Es zeigt sich, im Extremfall der puren Reflekion kommt bei kontinuierlicher Einstrahlung die Summe der Intensitäten der unendlichen, konvergierenden geometrischen Reihe I_gefiltert = 0,25 + 0,0625 + ... = 0,25/(1-0,25) = 33,33% am Auge an.

Bei purer Absorption kommt 0,5*0,5 = 25% durch, also ein wenig besser. In der Realität wird der Wert also irgendwo dazwischen liegen, hier geht es mir nur um den Effekt von extremfällen der Interferenz im zwischenraum der Filter und den Outcome bzw. wie sich das im schlimmsten Fall (höchster theoretischer Transmissionswert (%)) auf der Augenseite auswirkt.

Kann es passieren, dass es zwischen den Filtern zu konstruktiven und/ oder destruktiven Inteferenzen kommt? Wenn ja, wäre ich sehr dankbar wenn mir jemand berechnen könnte bei welchem theoretischen Extremfall die höchste Transmission zum Auge in diesem System besteht - gibt es einen Fall, der sogar mehr durchlässt wenn man Zwei Filter dieser Anordnung verwendet statt nur Einen, oder einen Fall, der gerade wieder so viel durchlässt, dass ein 2. Filter obsolet wird weil durch diese Anordnung mit 2 Filtern reflektierende Gegebenheiten + Interferenzen ein sehr ungünstiges Ergebnis entsteht?

(Meine Sonnenbrille hat zwei hintereinander angeordnete Lichtfilter, die jeweils zwischen 400-455nm einen gewissen Anteil zurückwerfen, wäre natürlich blöd, wenn an meinem Auge am Ende sogar mehr Intensität ankommt oder gerade wieder so viel, dass ein Filter nutzlos wird).

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Energieerhaltung bei einer idealen erzwungenen Schwingung?

Angenommen, wir haben ein Federpendel ohne Wärmeverlust. Nun stellen wir die Frequenz des Erregers deutlich höher ein als die Eigenfrequenz des Oszillators, so dass der Oszillator mit der Frequenz des Erregers schwingt, aber mit einer sehr kleinen Amplitude. Die Energie einer mechanischen Welle sollte proportional zur Amplitude und proportional zur Frequenz sein.

Der Erreger hat eine konstante Amplitude und durch die Erhöhung der Kreisfrequenz wird mehr Energie in das System gepumpt, aber wenn nun der Oszillator in diesem Fall eine geringere Amplitude erhält, wo ist dann die Energie verloren gegangen oder ist sie nur beim Erreger selbst geblieben, weil sie einfach nicht übertragen wurde? Wenn wir die Frequenz in diesem Fall langsam absenken und uns dem Resonanzfall nähern, können wir uns dann vorstellen, dass sich die Energie vom Erreger zum Oszillator verlagert hat? Das würde dann bedeuten, dass die Übertragung im Resonanzfall maximal ist, der Oszillator bekommt die maximal mögliche Energie übertragen... was im Umkehrschluss bedeutet, dass der Erreger im Resonanzfall die meiste Energie verliert? Wenn ich mir das mit einem Motor vorstelle, braucht der Motor im Resonanzfall die meiste Leistung, weil es der "schwierigste" fall ist? Immerhin wird im Resonanzfall relativ von allen Möglichkeiten die meiste Energie auf den Oszillator übertragen.

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Deuten Gravitationswellen eher gegen Gravitonen?

Denn, es ist ja soweit ich weiss eine ganz andere "Geometrie" an Welle als es EM Wellen sind. EM Wellen sind Transversalwellen, Gravitationswellen jedoch Longitudinalwellen, zumindest soweit ich das verstehe, aber würde es dann nicht schon sehr sehr unwahrscheinlich sein, dass es Gravitonen gibt oder wenn es so etwas in der art gäbe, dass diese auch nur irgendwie mit dem Standardmodell kompatibel wären, oder habe ich da einen Denkfehler?

Dazu noch etwas: Wir können Gravitationswellen messen, aber auch das nur, weil sich die Raumzeit in Relation zu etwas anderem krümmt, würde sich alles, unsere ganze Existens exakt mitkrümmen, dann auch Abstände u.s.w. wie sollten wir das dann messen können?

Gravitations an sich ist ja auch eher eine Krümmung in sich selbst, also nicht in eine weitere, höhere Dimension und betrifft die Raumzeit an sich, was man bei den anderen Kräften ja soo nicht sagen kann. Wenn diese Kräfte so unterschiedlich sind, dann wäre auch die Gravitation keine der Grundkräfte.

Aber, jetzt kommt ein anderer Punkt: Wenn ein Photon sich immer auf einer Gerade bewegt, durch Gravitation wird aber die Raumzeit an sich verformt, warum verformt sich dann nicht die Gerade, woher weis das Photon, was eine Gerade ist? Muss das nicht zwingent heisen, dass es da noch eine "Ebene Dahinter" gibt? Eben dieser folgt das Photon, die Raumzeit wäre dann nur so etwas wie eine, naja "Projektion?" oder irgendwas anderes halt, was aber mit der "Ebene Dahinter" nur indirekt etwas zu tun hatt.

Wenn das so ist, die Rel-Theorie beschreibt die Raumzeit, die Quantentheorie die Ebene Dahinter, dann KANN das auch niemals etwas werden, beide miteinander zu verbinden, egal wie sehr man das versuchen würde, weil man hier 2 komplett verschiedene Dinge betrachtet. Oder habe ich da einen kompletten Denkfehler?

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Könnte man THEORETISCH mit Überlichtgeschwindigkeit in die Vergangenheit reisen?

Ich weiß natürlich, dass es unmöglich ist, schneller als das Licht zu sein. Trotzdem will ich diese Tatsache für diese Frage ignorieren.

Wenn man sich immer schneller fortbewegt, macht man irgendwann (von außen betrachtet) die Beobachtung, dass die Zeit für die Reisenden immer langsamer vergeht, je mehr man sich der Lichtgeschwindigkeit annähert. Das ist ja die Zeitdilatation.

Könnte man mit der exakten Lichtgeschwindigkeit reisen, würde die Zeit schließlich zum Stillstand kommen und nicht mehr "weiterlaufen".

Meine Überlegung war nun, ob sich die Zeitdilatation bei Überlichtgeschwindigkeit dann einfach andersherum abspielt, also die Zeit immer schneller vergeht anstatt immer langsamer... Die Lichtgeschwindigkeit stellt da ja auch so eine Art "Grenze" dar, und dahinter würde sich das Phänomen einfach andersherum abspielen...

Vermutlich ist mein Gedankengang schwer nachzuvollziehen und dieses "Gedankenexperiment" ist physikalisch gesehen natürlich vollkommener Schwachsinn, aber macht diese Überlegung trotzdem irgendwie Sinn? Oder was denkt ihr darüber? Mache ich vielleicht auch irgendwo einen Denkfehler, der diesen Schwachsinn noch schwachsinniger macht...?🤣

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