einstein.fellegvara
Menü
 
NAPTÁR
2024. Április
HKSCPSV
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
01
02
03
04
05
<<   >>
 
SZAVAZÁS
Lezárt szavazások
 
Foton és hatáskvantum

Tassi Tamás

 

Foton és hatáskvantum

 

Minden az un. fekete-test sugárzással kezdődött. Egy üreges testet hevítve a kis lyukon mindig ugyanolyan karakterű fénysugárzás jött ki, függetlenül az üreg anyagától és színétől. Az energia-görbén volt egy púp, mely két oldalt lecsengett. (Gauss görbe.) Magasabb hőmérsékleten is megmaradt a jellege, bár a púp egyre balrább tolódott és egyre magasabbra került. Nem volt rá magyarázat, hogy a nagy, valamint a kicsiny frekvenciájú fényhullámok miért kapnak egyre kevesebb energiát. Max Planck adta meg a végső magyarázatot 1900 decemberében. Egyre nagyobb frekvenciákon egyre nagyobb a fényhullám energiája, és ezekre egyre kevesebb jut az össz-energiából. Planck képlete az energiára az egyes f frekvenciák függvényében:

EPlanck=h*f

Mindezek után térjünk át a címben szereplő hatáskvantumra. Az össze-vissza pattogó fotonok mindig átveszik az üreg belsejét alkotó atomok energia szintjét. Mire kiérnek, energia-eloszlásuk pontosan leköveti a belső jellemzőket.

 

   A h kvantumállandó, más néven Planck állandó, vagy megint más néven hatáskvantum lényegének közelébe leggyorsabban a mértékegysége útján juthatunk el: kgm2/s. Ebben a furfangos fizikai állandóban rejtetten az m tömeg, a v sebesség és egy r keringési sugár van összeszorozva: m*v*r. Az mvr szorzat szerepe igen jelentős a fizikában. Impulzusmomentumnak, impulzusnyomatéknak vagy perdületnek nevezik, de esetenként hívják forgási-nyomatéknak vagy pálya-nyomatéknak is. A szorzatnak fontos szerepe van a csillagászatban, amennyiben a bolygók keringése során ez egy megbízhatóan megmaradó mennyiség. (Ellentétben a pályasugárral, a sebességgel valamint az impulzussal, mert ezek a keringés során folytonosan változnak.)

 

   Az elemi részecskéknek is van perdülete, azaz impulzusmomentuma. Ezt angol szóval spinnek mondják, és ez is a szubatomi részecskére, valamint a fotonokra jellemző megmaradó mennyiség. Van azonban néhány jelentős különbség az égitestek és az elemi részecskék impulzus-momentuma között. Az égitestek egyszerűen csak megtartották és mindmáig őrzik a keletkezésük időpontjában örökölt perdületet. Nem is tudnák egykönnyen elveszíteni, hiszen az roppant nagy fizikai mennyiség. Ezzel szemben az elemi részecskék impulzusnyomatéka szinte jelentéktelen. Legkisebb és egyben tipikus értéke 53*10-36, ami 75 nagyságrenddel kisebb, mint a Földünké. Valószínűtlen, hogy ez a pici érték értékelhetően hosszú ideig megmarad. Inkább az a helyzet, hogy valami láthatatlan entitás rejtőzik a háttérben,és eme háttér folyamatosan feltölti a részecske impulzus-momentumát az általa megszabott értékre.

 

   Központi égitestünk a Nap. Ez egy hatalmas gázgolyóbis, mely forog a saját tengelye körül. Perdülete óriási, azonban Földünk pálya-momentuma (perdülete) még ennél is 3000-szer nagyobb. Azért ilyen nagy, mert a Föld esetében a perdület mvr képletében nagy a v sebesség és az r sugár értéke. A 3 tagú szorzatban egy 30000 és egy 150 milliárd tag lesz a domináns.

 

   Az elemi részecske sem forog, hanem bolygó módjára kering, és ily módon viszonylag nagy értékű pálya-momentumra tesz szert. A forgási középpontban lehet egy atommag, de lehet, hogy semmi sincs ott. Ilyenkor a vákuum m0 mágneses permeabilitása kényszeríti körmozgásra a szubatomi részecskét. A protonban lévő kvarkok is ilyen kényszer hatására végzik a keringő mozgásukat.

 

   Úgy tűnik, hogy a hatáskvantum a vákuum alapvető fizikai tulajdonsága, és a szubatomi részecskék viselkedését irányítja. Jele h , ami szerencsésen összecseng a magyar hatáskvantum szóval. Bár amint később látni fogjuk legjobb lenne ezt az önállóan nem létező fogalmat elfeledni.

 

   A vákuumnak a h hatáskvantum mellett sok más fontos fizikai jellemzője is van. Ilyen az e0 dielektromos állandó és a m0 mágneses permeabilitás. A vákuum fontosabb adatai tehát:

e0=8,854187817*10–12         C2/Nm2

m0=1,256637061*10–6           Vs/Am

c =299 792 458                     m/s

h =662,606 957 417*10−36  Js   kgm2/s

S0=52,728 586 290*10-36    Js kgm2/s

 

foton_2v.jpgAz eddig tárgyalt fénysugarat időnként részecskének is tekintik és akkor fotonnak nevezik. A fizikai paramétereit – energia, impulzus, spin – elég pontosan ismerik. Közülük a leginkább furcsa mennyiség a spin, melynek értéke kétszerese az általános elemi részecskék spinjének, azaz 2S0. A kétszeres spin okát a mai fizika nem találja. Ezért Jómagam – az ábra szerint – egy olyan foton modellt készítettem, melynél kézenfekvően adódik a 2S0 érték.

 

   A foton tehát összetett részecske, amely 2 golyóból áll, és ezek egymás körül keringenek. (Semmi közük az elektron – pozitron párhoz, túl nehezek lennének, és elektromos töltésük sincs.) A golyópár fénysebességgel kering egymás körül, és fénysebességgel halad előre. Mindebből mi csak a haladási sebességet észleljük, miközben a golyók térbeli sebessége valójában 1,41c. Végtére is ezt a kettős mozgást a vákuum kényszeríti rá a golyókra, melyek tehát a térben kettős csavarvonalat írnak le. Mivel a golyók egyenként S0 spint kapnak a vákuumtól, az összeg természetszerűleg 2S0-ra adódik.

 

   Ugyanakkor a foton impulzusa kétszeresére adódik, mert pályája miatt a forgás sebessége is haladássá konvertálódik: I=2mc  (ahol m a két golyó össztömege)

 

   Ugyanezen megfontolásból, azaz a kettős sebességből eredően a foton energiája 2*2pi*S0. Az első 2-es szám a két darab golyót képviseli, míg a 2 pi a kör kerülete. Ennek r sugara mentén a spin impulzusnyomatéka energiaként jelentkezik, ha az f frekvenciával is beszorozzuk. Amint azt Planck tapasztalti képletként levezette Efoton=h*f. A fenti levezetés logikája szerint viszont a foton energiája Efoton=4pi*S0*f. Ezek szerint a tapasztalatból nyert, és az egyszerűsített számítás maximálisan segítő h hatáskvantum a 4piS0 értéket takarja. A h fogalma és számértéke tehát nem önálló, hanem származtatott entitás. Helyette a spint, és számszerűen az S0=53*10-36 fizikai fogalmat és számot kell használnunk, mert a h önállóan nem létezik:

h = 4piS0

 

Modellezni is tudjuk a foton fenti ábra szerinti csavarvonal-menti mozgását. A modell alapja egy meredek emelkedésű csavarorsó. Egy menetes anya forog rajta, és a forgásiránytól függően mozog előre vagy hátra. Képviselje a foton tehetetlen tömegét a hengeres palástra kihelyezett 2 darab m/2 tömegű golyó. Megfelelő geometriai arányok esetén ezek mindkét fő irányban v sebességgel rendelkeznek tengely-irányban is, és forgásirányban is. A két golyó mozgási energiája összesen: Emozg=2*m/2(v2/2+v2/2)=2mv2/2. Így tehát a foton ernergiája a képlet rendezése után Emozg=mc2.

 

Képesek vagyunk arra, hogy a foton furcsa mozgását modellezzük egy technikai eszköz segítségével.

Ez egy meredek emelkedésű csavarorsó. Egy nagyméretű menetes anya forog rajta, és a forgásiránytól függően halad előre vagy hátra. Képviselje tehetetlen tömegét a hengeres palástjára kihelyezett 2 darab m tömegpont. Ezek mindkét fő irányban v sebességgel rendelkeznek tengely-irányban is, és forgásirányban is. Mozgási energiájuk tehát irányonként 2m*v2/2. A két fő irányt összegezve tehát energiájuk 4mv2/2.

 

Planck hosszú ideig próbálkozott azzal, hogy a hatáskvantumot beillessze a klasszikus fizika kereteibe. Tudjuk, hogy ez a törekvése nem sikerült, "mert a mikrovilágban ettől merőben eltérő törvények érvényesülnek.” – így foglalja össze a hatáskvantum problémáit a mai modern fizika. Ámde amint azt fentebb láttuk, a h megérthető a klasszikus fizika segítségével, és beleillik a klasszikus logika gondolatmenetébe is.

 

Tassi Tamás

fejlesztőmérnök

aparadox@gmail.hu

Kulcsszavak:

foton, mozgási energia, Planck, hatáskvantum

 

 

Ü   Főoldal                                                                                                                                                      Einstein fellegvára   Þ

 

 
Bejelentkezés
Felhasználónév:

Jelszó:
SúgóSúgó
Elfelejtettem a jelszót
 
IDŐDILATÁCIÓ
 
LÁTOGATÓK
Indulás: 2011-07-21
 
HÁTTÉRZENE
 

A horoszkóp a lélek tükre,egyszer mindenkinek érdemes belenézni.Keress meg és én segítek értelmezni a csillagok állását!    *****    HAMAROSAN ÚJRA ITT A KARÁCSONY! HA SZERETNÉL KARÁCSONYI HANGULATBA KEVEREDNI, AKKOR KATT IDE: KARACSONY.GPORTAL.HU    *****    Nyakunkon a Karácsony, ajándékozz születési horoszkópot barátaidnak, ismerõseidnek.Nagyon szép ajándék! Várlak, kattints    *****    Dryvit, hõszigetelés! Vállaljuk családi házak, nyaralók és egyéb épületek homlokzati szigetelését! 0630/583-3168 Hívjon!    *****    A legfrissebb hírek a Super Mario világából és a legteljesebb adatbázis a Mario játékokról.Folyamatosan bõvülõ tartalom.    *****    Gigágá! Márton napján is gyertek a Mesetárba! Nemcsak libát, de kacsát is kaptok! Játsszatok velünk!    *****    A Nintendo a Nintendo Music-kal megint valami kiváló dolgot hozott létre! Alaposan nagyító alá vettem, az eredmény itt.    *****    Leanderek, Parfümök, Olajok, és Szépségápolási termékek! Használd a LEVI10 kupont és kapj 10% kedvezményt!Megnyitottunk    *****    Megjelent a Nintendo saját gyártású órája, a Nintendo Sound Clock Alarmo! Ha kíváncsi vagy, mit tud, itt olvashatsz róla    *****    Megnyílt a webáruházunk! Parfümök, Szépségápolási termékek, Olajok mind egy helyen! Nyitási akciók, siess mert limitált!    *****    Az általam legjobbnak vélt sportanimék listája itt olvasható. Top 10 Sportanime az Anime Odyssey-n!    *****    Pont ITT Pont MOST! Pont NEKED! Már fejlesztés alatt is szebbnél szebb képek! Ha gondolod gyere less be!    *****    Megnyílt a webáruházunk! NYITÁSI AKCIÓK! Tusfürdõ+Fogkrém+Sampon+Izzadásgátló+multifunkcionális balzsam most csak 4.490!    *****    Új mese a Mesetárban! Téged is vár, gyere bátran!    *****    Veterán anime rajongók egyik kedvence a Vadmacska kommandó. Retrospektív cikket olvashatsz róla az Anime Odyssey blogban    *****    Parfümök, Olajok, Párologtatók mind egy weboldalon! Siess mert nyitási AKCIÓNK nem sokáig tart! Nagy kedvezmények várnak    *****    Dryvit, hõszigetelés! Vállaljuk családi házak, nyaralók és egyéb épületek homlokzati szigetelését! 0630/583-3168 Hívjon!    *****    Aki érdeklõdik a horoszkópja után, az nem kíváncsi, hanem intelligens. Rendeld meg most és én segítek az értelmezésben!    *****    A Múzsa, egy gruppi élményei a színfalak mögött + napi agymenések és bölcseletek    *****    KARATE OKTATÁS *** kicsiknek és nagyoknak *** Budapest I. II. XII.kerületekben +36 70 779-55-77