Foton- og kvark-masser

[BCC]

I en hyggelig diskussion mellem ikke-videnskabsmænd
dukkede spørgsmålet op:

"Hvorfor bliver en foton (som vist består af kvarker)
ikke uendelig kort, og hvorfor får den ikke en
uendelig stor masse, når den bevæger sig med
lysets hastighed?".

Findes der en relativt forståelig forklaring, som vi
(diskussionsdeltagerne) har en chance for at forstå?

Mvh. :-)

[BCC]

Hovsa - nu udviklede diskussionen sig pludselig til:

a) Kan man udtale sig om elektroners banehastigheder
(f.eks km/sek)?

b) Hvorfor brænder man fingrene både ved kortbølget
(f.eks mikrobølgeovne) og langbølget (røntgen, gamma)
stråling, men ikke ved synligt lys (som jo ligger mellem
kort- og langbølget stråling)?

Mvh. :-)

[harbst]

a) nej , det har ingen mening.

b) mikroovnsbølger  har en bølgelængde på godt 1 decimeter.
lys har bølgelængde på  ca 0,5 tusindedele af en mm .
rhøntgen og gamma stråler er igen meget kortere.

Så du har taget fejl af størrelserne.

Man kan brænde sig på alle bølgelængderne hvis intensiteten er stor nok og, hvis energien bliver absorberet i vævet.
Kortbølget rhøntgen og gammastråler går igennem blødt væv og har derfor ingen virkning på det. Langbølget rhøntgen bliver absorberet og virker ioniserende og er derfor farligt også i doser, som er for lave til at man brænder sig, eller overhovedet kan føle dem.

Man brænder sig skam med synligt lys. Prøv bare at holde et brændeglas foran hånden i solskin. så bliver intensiteten stor nok til at man føler smerte efter få sekunder.

[Mogens Larsen1]

Man kan faktisk godt tale om elektronernes hastighed i et atom.

I kvantekemien forklares f.eks. lanthanid kontraktionen ved at de yderste elektroners (f-elektroner) hastighed nærmer sig lysets hastighed, og det forårsager en "skrumpning" af de yderste orbitaler, med det resultat at hele atomets diameter aftager til trods for at atomnummeret stiger.


Meget kort fortalt, for ikke at støde nogen med unødig kemisnak.

[BCC]

Såvidt jeg kan regne ud, er synligt lys
da placeret et (eller-andet !) sted mellem
mikrobølger og gamma .. ?

Og jeg siger tusind tak for Deres udmærkede
svar, hr, Harbst :-)

[BCC]

Man kan faktisk godt tale om elektronernes hastighed i et atom.

I kvantekemien forklares f.eks. lanthanid kontraktionen ved at de yderste elektroners (f-elektroner) hastighed nærmer sig lysets hastighed,[..]

Ok - man kan altså - i det mindste på en-eller-anden måde - snakke om banehastighed.

Mægtig mange tak for Deres svar, hr. Mogens Larsen1 :-)

[harbst]

Ja bølgelængden af synligt lys er et sted mellem mikrobølgers og rhøntgenstrålers. Men du havde bytret om på kort og langt.
Det er mikrobølgerne som har den længste bølgelængde af de tre nævnte slags elektromagnetisk stråling.

[Morten Jødal]

Ja bølgelængden af synligt lys er et sted mellem mikrobølgers og rhøntgenstrålers.

Nu kan jeg altså ikke tøjle mig længere! 
Hovedsagen er jo helt afklaret - men det overflødige h i røntgen irriterer mig ...
Strålerne er opkaldt efter Wilhem Konrad Röntgen - og er så med tiden blevet fordansket med dansk ø i stedet for tysk ö. Men de har bestemt ikke fået et ekstra h ind i korrekt retstavning!

[harbst]

Det er så flovt , når man ikke kan stave.
Tror jeg går over til X-ray. Det er også i tidens ånd, og minder om et fjernsynsprogram.

Det er en sølle trøst, men dog til trøst, at der er mange andre på nettet, som også staver røntgen med h.

[BCC]

Ja bølgelængden af synligt lys er et sted mellem mikrobølgers og rhøntgenstrålers. Men du havde bytret om på kort og langt.
Det er mikrobølgerne som har den længste bølgelængde af de tre nævnte slags elektromagnetisk stråling.

Ooops!

Det havde jeg ganske rigtigt - som tegningen på linket herunder jo viser.

Jeg undskylder min obsternasighed.

Tak for Deres svar, hr. Harbst :-)

http://home19.inet.tele.dk/vikinger/AtomFysik/Planck.htm

[BCC]

Så lykkedes det søreme at få besvaret det oprindelige problem, som jo drejede sig om (bla.) den hypotetiske foton-masse :-D

Endnu engang mange tak til panelet :-)

[BCC]

Harbst skrev (bla.):
a) nej , det har ingen mening.

Mogens Larsen skrev (bla.):
Man kan faktisk godt tale om elektronernes hastighed i et atom.

Øeh .. host .. i aften dukkede så et interessant spørgsmål op,
da vi diskuterede resultatet af mit første spørgsmål:

Når man nu godt kan snakke om
elektronbanehastigheder,
og når disse hastigheder nærmer sig lysets,
og når vi nu ved at elektroner har masse,
så skulle man jo tro at elektronernes længde
nærmede sig nul, og at deres masse nærmede
sig uendeligt store.

Og så skulle man også tro at der var tale om
et paradoks - eller om at Harbst har ret i
at det ikke giver mening at snakke om
elektronbanehastigheder.

Eller måske er der en forklaring som
undertegnede ikke lige har fået øje på? :-/

[Mogens Larsen1]

Som tidligere nævnt, så kan Lanthanid kontraktionen og "inert pair effekten" kun forklares ved at tage relativitisk fysik med i den kvantemekaniske "behandling".

I mere anvanceret uorganisk kemi har det været kendt i årtier at f-elektronerne i de tunge atomer opfører anderledes, og man har derved først kunne forklare diverse fænomener ved at antage at f-elektronerne har en meget højere hastighed end de elektroner som er tættere på kernen, og her er det så at man er nødt til at regne relativistisk på det.

[BCC]

Okay - jeg fandt noget af det nævnt på
Nettet, feks. her:
http://chemistry.hull.ac.uk/lectures/sja/lanthanide%20notes%2006541%20SJA.pdf (Der tales om hastigheder som er sammenlignelige med lysets)

.. og her:
http://www.platinummetalsreview.com/pdf/pmr-v44-i4-146-155.pdf
(Der tales om hastigheder på 60% af lysets - side 147 (PDF-side 2),
højre spalte, nederst - og om at elektronernes masse faktisk øges):

The difference which the relativistic correction
made to the energetic description of the hydrogen
atom was however very small, and it was therefore
concluded that the chemical consequences were
insignificant; but what was overlooked was the fact
that, as the positive charge on the nucleus increases,
the orbiting electrons must move faster in
order to overcome the greater electrostatic attraction
and hence to maintain their position. When
the nuclear charge is about 50 (at the element tin),
electrons in the lr orbital are moving at about 60
per cent of the speed of light, and their mass is
increased according to the equation:
[formel, red.] where mass m moves with speed v,
cis the speed of hght and mo is the mass of the
particle at rest. The 1s orbital therefore canfrucfs,
and the outer s orbitals have to contract in
sympathy, but p orbitals are less affected, and d
orbitals hardly at all: their shape determines that
their electrons spend little time close to the nucleus,
see Figure 1.

Ved nogen med hvor mange procent massen øges,
ved forskellige hastigheder som er sammenlignelige
med lysets?

Ved nogen hvor tæt (den øvre grænse) elektroner
kan komme på lysets hastighed - og hvor stor
(%) massetilvæksten så er?

Det er i øvrigt netop gået op for mig at
elektronbaner ikke nødvendigvis har samme
form som planeters - eller "kugleform" med
atomkernen i centrum.

Dette fik mig også til at væmmes, eftersom
det er noget sjusk at elektronerne vel er nødt
til at "snige sig forbi" kernen - i de spin hvor
de altså fiser gennem centrum. Dette forudsætter
naturligvis at jeg har fået rigtigt fat i det .. :-/

[Mogens Larsen1]

Bohrs atommodel (ellipsebaner) er forlængst afgået ved døden, og er nu erstattet af orbitalteori. Det går i sin enkelthed ud på at man har løst Schrödingerligningen for hydrogenatomet. Dette kan gøres eksakt og alle observable størrelse kan beskrives 100% ud fra et kvantemekanisk synspunkt. Ud af dette kommer så også de bølgefunktioner (orbitaler) som beskrives elektronernes "bane" omkring atomkernen.  Disse orbitaler (matematiske funktioner) har så forskellig udseende alt afhængig hvilke kvantetal man taler om.

Der er 4 kvantetal som man opererer med: hovedkvantetallet, bikvantetallet, magnetiske kvantetal og spinkvantetallet.

hovedkvantetallet: siger noget om energiniveauet.

bikvantetallet: Siger noget om hvilken orbital der er tale om, s, p, d, f.....

magnetiske kvantetal: Siger noget om hvilken "retning" eller "form" orbitalen har (meget populært fortalt).

Spinkvantetallet:  For elektroner (fermioner) er der kun to mulighed: spin +½ og spin -½

Nok den korteste version af orbitalterori der overhovedet kan gives.   

Dette fik mig også til at væmmes, eftersom
det er noget sjusk at elektronerne vel er nødt
til at "snige sig forbi" kernen - i de spin hvor
de altså fiser gennem centrum. Dette forudsætter
naturligvis at jeg har fået rigtigt fat i det .. :-/

Men her forstår jeg ikke helt hvad du mener.