Elektron i katodestrålerør

[JMA]

I et kaskodestrålerør, vil en plade med elektroner normalt påvirke elektronstrålen, på grund af det elektriske felt. Sættes således en negativ spænding på en plade, vil elektronstrålen bøje bort fra pladen. Selve det elektriske felt udbreder sig fra pladen, med lysets hastighed.

Nu kommer så spørgsmålet. Hvad med en "løsrevet" elektron? Antages, at vores elektron skydes ud af en elektronkanon, så burde den jo også påvirke vores katodestråle. Det siger sig selv, at den til at starte med, hvor den stadigt er på elektroden før den skydes ud, vil påvirke som hvis den sad på en plade. Det statiske elektriske felt vil bevæge sig med lysets hastighed, og påvirke katodestrålen.

Nu løsriver elektronen sig så - i samme øjeblik, skal den ikke mere betragtes som en partikkel - men som en bølge. Derfor, vil en bølge påvirke vores elektronstråle. Bølgen udbreder sig naturligvis med lysets hastighed - på samme måde, som elektronens elektriske felt.

Imidlertid, bevæger selve vores elektron sig med en lavere hastighed end lysets hastighed, da den har masse.

Det kryptiske spørgsmål er derfor, hvordan vores katodestråle påvirkes. Hvis selve katodestrålens elektronenergi, svarer til den løsrivede elektrons, vil der kunne opstå interferrens, da bølgerne fra elektronerne vekselvirker.

Det som jeg har lidt svært ved at forstå, er at selve elektronen jo ikke bevæger sig med lysets hastighed, og derfor må selve energien fra elektronen bevæge sig med lavere hastighed.

Imidlertid, så bevæger elektronens elektriske felt sig med lysets hastighed. Og det betyder jo også, at den løsrevede elektrons elektriske felt, vil bevæge sig med lysets hastighed, da den løsrevede elektron ikke mere kan betragtes som en stationær ladning, der biddraget til et stationært elektrisk felt. I midlertid, må dette elektriske felt, være af elektromagnetisk karakter, og svinge med elektronens bølgelængde.

Problemet er, at elektronen har masse - og at selve elektronen, og dermed elektronbølgen, jo skulle bevæge sig langsommere.

Derfor forstår jeg ikke helt hvad som sker. Vil påvirkningen og interferrensen, bevæge sig med lysets hastighed, som den burde - eller vil den bevæge sig med lavere hastighed, på grund af elektronens masse?

Hvad sker når elektronen løsriver sig? Forsvinder påvirkningen med den elektriske ladning straks (kun forsinket af lysets hastighed), således at vores katodestrålerør ikke påvirkes mere efter elektronens løsriver sig? Eller vil den påvirkes, men starte en svigning straks (forsinket af lysets hastighed)? Problemet er, at hvis bølgen fra elektronen ikke udbreder sig med lysets hastighed, men det elektriske felt gør - så vil vores katodestråle stå "upåvirket" en periode, da det elektriske befelt bevæges med lysets hastighed, meddens svingningen bevæger sig med elektronens hastighed. Det virker stærkt ulogisk.

Så vidt jeg ved, bevæger det elektriske felt fra elektronen sig, med lysets hastighed, og ikke elektronens hastighed - ellers havde det kunne forklare problemet.

Min umiddelbare antagelse, må derfor være, at elektronens "bølge" påvirkning udbreder sig med lysets hastighed, trods selve elektron bølgen, bevæger sig med lavere hastighed.

Selvom påvirkningen sker allerede efter lysets hastighed, så vil energi dog ikke kunne udveksles før at elektronens bølge dukker op. Så ser man på skærmen hvor de to bølger interferrerer, så vil interferrensen først opstå, og først senere - når elektronbølgen ankommer - opstå den ekstra intensitet, som skyldes at energien nu kommer fra to elektronstråler.

I nogle tilfælde - når det er tale om energiudveksling - ser altså ud til, at elektronbølgen må bevæge sig med elektronens hastighed. Og i andre - uden energiudveksling, hvor det er tale om ren påvirkning - vil den bevæge sig med lysets hastighed...

Kan det være korrekt?

Hvis vi har en field-effekt transistor, der "måler" på elektronens felt, så vil den kunne detektere det med lysets hastighed da det er det elektriske felts hastighed - meddens at en detektor der drives af energien fra elektronen, jo umuligt kan detektere bølgen, før at energien modtages, og dermed ikke kan detektere den, før selve elektronbølgen ankommer.

Kan elektronens bølgepåvirkning, virkeligt have to forskellige hastigheder, så den i nogen tilfælde udbreder sig med elektronens hastighed, og i andre med lysets hastighed - ligesom det elektriske felt fra elektronen?


Vi kan komme med et andet sjovt eksempel på, at elektronens felts hastighed - altså det elektriske felts hastighed - er større end elektronens hastighed. Stiller vi en masse elektroner på stribe, og slår til den første - så vil dens elektriske felt, påvirke næste elektron, som påvirker næste osv. Udbredelsen, er således begrænset af udbredelsen af feltet, som elektronen har omkring sig, og kan ikke bevæge sig hurtigere end lysets hastighed. Derimod, kan udbredelsen ske hurtigere, end selve elektronens bevægelse, og vel dermed også dens elektronbølge bevægelse.

Noget tyder derfor på, at det vekslende felt, fra en elektron slås løs, sandsynligvis bevæger sig hurtigere, end selve elektronen.

[Morten Jødal]

Det korte svar er, at elektronen både er en partikel og en bølge.

Dit problem kan ses som en enkelt ladet partikel (den løse elektron), der vekselvirker med en partikelstrøm.
Resultatet vil derfor blive, at der kommer en kortvarig påvirkning af strålen, men på grund af den langt større masse af de mange elektroner i strålen, vil hovedresultatet være, at den løse elektron tilføres impuls og hurtigt skydes bort.

Der er ingen grund til i dette tilfælde at inddrage en bølgebeskrivelse, den er mere nyttig, når vekselvirkningen mellen et antal tætliggende elektroner skal beskrives (elektroner i atomer og molekyler).

I bølgebeskrivelsen er elektronen en bølgepakke, som har meget høj tæthed omkring det sted, vi normalt vil kalde partiklens position, og meget lav tæthed i andre områder. Det der udbreder sig med lysets fart, er ikke tæthedskoncentrationen af bølgepakken, men den afstand, hvori dens eksistens overhovedet kan registreres.

Eller sagt i mere generelt bølgesprog (klassisk): En bølge har en vis udbredelseshastighed, men enkelte fænomener af bølgen kan godt udbrede sig med en betydeligt lavere gruppehastighed. Den tætte del af bølgepakken må betragtes som en gruppe.

[JMA]

Det korte svar er, at elektronen både er en partikel og en bølge.

Dit problem kan ses som en enkelt ladet partikel (den løse elektron), der vekselvirker med en partikelstrøm.
Resultatet vil derfor blive, at der kommer en kortvarig påvirkning af strålen, men på grund af den langt større masse af de mange elektroner i strålen, vil hovedresultatet være, at den løse elektron tilføres impuls og hurtigt skydes bort.

Hvis vi teoretisk kan se et lille glimp på vores skærm, på grund af den enkelte elektron - så vil det altså være et lille blink, ved siden af hovestrålen, som skyldes elektronen "reflekteres" af hovedstrålen, måske får tilført energi, og sætter en lille prik på skærmen.

Eller sagt i mere generelt bølgesprog (klassisk): En bølge har en vis udbredelseshastighed, men enkelte fænomener af bølgen kan godt udbrede sig med en betydeligt lavere gruppehastighed. Den tætte del af bølgepakken må betragtes som en gruppe.

Betyder det, at en elektronbølges hastighed i nogle tilfælde kan bevæge sig med lysets hastighed, hvis det er en enkelt elektron - meddens gruppehastigheden, vil være lavere på grund af elektronens masse?

[Morten Jødal]

Jeg kan bedre lide at udtrykke det på den måde, at en foton alrid udbreder sig med lyshastigheden - som dermed også bliver signalhastigheden, hvorimod enhver partikel med masse nødvendigvis må bevæge sig med et fart lavere end c.
Men hvis du insisterer på at se elektronen som en bølge - hvad der i situationer som den beskrevne normalt er en ufrugtbar beskrivelse - kan man godt udtrykke det som du gør.

Med hensyn til observation af dit strålebundt, vil det jo være alle elektroner i strålen, der påvirkes, så du vil blot se et kortvarigt flimmer, når hele strålen afbøjes en smule. Sandsynligvis vil påvirkningne være så lille og kortvarig, at du slet ikke observerer noget.

[JMA]

Jeg tror godt, at du vil kunne se enkelt elektroner, hvis deres energi er meget høj - din katodestråle, kan således bestå af ganske få elektroner, der giver anledning til "blink" på skærmen. Hvis katodestrålen mod skærmen, kun består af få elektroner, og hvis elektronerne der sendes ind fra siden har omtrent samme energi, tror jeg det måske medfører interferrens.

Med hensyn til lys, så bevæger fotonen sig altid med lysets hastighed i vacuum, under forudsætning af, at den ikke påvirkes af et tyngdekræfter.

Dog tror jeg godt, at du kan få gruppehastigheden til at blive nul for fotoner, og således lyset til at stå stille i luften. Du vil så se, at der er en lysprik i en bestemt afstand, hvor at den store gruppe af fotoner er. For at opnå det, skal man få lyset til at interferrere konstruktivt i en bestemt afstand, hvor bølgerne er i fase, og ikke udslukker hinanden. Den simpleste måde, at opnå det på, er med en fokuseringslinse - den vil kunne få en lysbundt til at stå, i en bestemt afstand fra linsen.

Desvære er det sådan, at vi ikke helt kan udslukke lyset ved hjælp af destruktiv interferrens, og derved opnå det først opstår i en bestemt afstand, eller at lysbundet bevæger sig med en langsom hastighed. Destruktiv interferrens eksisterer ikke helt - det "flytter" bare lyset bort fra den lige linie, så det smutter udenom. Sættes en skærm ned mellem lyskilde, og det punkt hvor at lyset opstår, vil skærmen hvis den er stor nok, afbryde lyset - og lyset vil fordeles ud over skærmen.

Lys er til at forstå - det er langt sværre med elektronbølger og partikkelbølger. Jeg har ikke rigtig nogen forståelse for, hvordan at de på en gang, både kan bevæge sig langsommere end lyset, have et elektrisk felt, der bevæger sig med lysets hastighed, og have partikkel-bølge egenskaber, uden at have egenskaber der svarer til et almindeligt elektromagnetisk felt. I nogle tilfælde, vil elektrisk ladede partikler påvirkes af elektromagnetiske felter, i andre vil det påvirkes af bølgepartikler, og partiklerne har både bølge egenskaber, og elektriske egenskaber, og fungerer derfor både som partikkelbølge, eller kan udsende en elektromagnetisk bølge, fordi at partiklen "hopper".

Det virker særdeles uoverskueligt, det med partikler som bølge.

[B Mønnike]

Uoverskueligheden skyldes vore manglende evner til at billedmæssigt  og derfor også sprogligt overskride vort tredimensionale univers.

Vi kan til nød putte den fjerde dimension tid ind, men derefter er man nødt til at anvende matematik til at beskrive, hvad man mener der foregår.

Den kære Holger, med superstrengteorierne, anvender et 10 dimensionelt rum, hvor man nok skal være ret god til Matrixmatematik for at følge hvad der foregår.
 
Personligt er jeg stået af forlængst, da jeg aldrig har haft brug for at bruge den del af fysikken til for mig noget fornuftigt.
Jeg accepterer bare, at sådan mener nogen at tingene hænger sammen og de prøver at lave nogle billeder af tilstandende som kun er segmenter af det der sker.

De billeder vi danner os er baseret på sproget. Sproget er en beskrivelse af hvad vi kan se, men har netop den mangel at vi er nødt til at beskrive en tilstand vi overhovedet aldrig bliver istand til at se med dagligdags begreber som hastighed, masse og energi og erkende at sproget ikke har begreber der for normalt dødelige som er forståelige.

Fysikken slås jo også med de soleklare forskelle der er mellem kvantemekanikken og relativitetsbegreberne og der venter en klar Nobelpris til den der fremkommer med den forenede teori.

Så du er bestemt ikke alene om at have forståelsesproblemer med de dele

[gerda vilholm]

Et sidespring:
I 1968 fik jeg min computerdebut på DTH-s computer, hvor jeg hjalp en bekendt med at programmere hans projekt i Fortran.
Jeg husker at Fortran dengang kunne arbejde med arrays i to dimensioner.

Nogle år senere fik jeg fortalt at Algol kunne arbejde med arrays i tre dimensioner, og jeg spekulerede over hvordan det gik til.

Senere - i 1979 - stiftede jeg bekendtskab med Basic, og jeg lærte at Basic kunne arbejde med arrays i et vilkårligt antal dimensioner.  Jeg måtte revidere min opfattelse af dimensioner.

Venlig hilsen   Gerda

[Morten Jødal]

Det er just problemet, at de mange dimensioner er helt uoverskuelige for alle os, der ikke er matematikere.
Til debatten, der ellers foregår med fornuftige overvejelser hele vejen (modsat en anden, som forhåbentlig nu er slut) kan jeg kun føje, at partikel-bølgedualiteten indebærer, at enhver begivenhed kan beskrives i enten partikel- eller bølgetermer. Men i de fleste situationer er den ene beskrivelse meget lettere at komme igennem med end den anden.
Det 20. århundrdes fysik løb også fra mig, selv om jeg sled mig gennem de relevante eksaminer. Men når svaret på et forståelsesspørgsmål oftest blev: "Denne matematiske model giver forudsigelser, der passer med observationerne", og jeg så følte mig meget fremmed i forhold til modellen, så valgte jeg altså at kaste min store kærlighed på kemi i stedet.
I 1968 - dette utroligt omtalte årstal - havde jeg opgivet matematikken og bestod i juni min sidste fysikeksamen, hvorefter jeg udelukkende læste kemi. Men det har været omkring det tidspunkt, jeg på Kemisk Institut (min afdeling var en af de store computerbrugere på DTH) hørte om et tilbud fra Jydsk Telefon, som gerne ville udlåne - 16K!
Vel at mærke kun denne mængde RAM, de havde ingen computer, men havde anskaffet ram'en for at kunne gøre forsøg med at tilgå den over en telefonlinie.
Når konstruktørerne af Fortran ikke forudså arrays på mere end 2 dimensioner, var det ikke på grund af manglende matematiske evner, men fordi hver adresse i arrayet kræver mindst 1 byte (mere, hvis cellen skal rumme mere end et enkelt heltal), og det løber jo hurtigt op, hvis der er 3 dimensioner!
Man (ihvertfald jeg) lærte da også mange fif til at spare på forbruget af computerhukommelse - en øvelse, som jeg kan se på de seneste Windowsudgaver, at Microsofts nuværende programmører aldrig har haft ...

[B Mønnike]

Nu var det således dengang på RC computerne(Gier klonerne) at hulsstrimlen absolut var todimensional, men mindre man klippede den over og klistrede den sammen  til et møbius bånd med de sjoveste resultater på Gier( det var ikke alle karakterer der kunne læses begge veje!)Først på NEUCC blev indputdata tredimensionale........hulkortstablerne fik jo en tredie dimension...undskyld

Gerda på NEUCC i Lundtofte, med Algol W, var det også muligt at at køre med flere dimensioner. Jeg havde en kursusopgave med en 5 dimensionsopgave i 1972. FEM modeller kunne have mange flere og de var på markedet allerede i 72 73 og helt sikkert i 1975 da Tvindmøllen blev udsat for at blive beregnet af et sådant program.

[John Larsson]

Nu var det således dengang på RC computerne(Gier klonerne) at hulsstrimlen absolut var todimensional, men mindre man klippede den over og klistrede den sammen  til et møbius bånd med de sjoveste resultater på Gier( det var ikke alle karakterer der kunne læses begge veje!)Først på NEUCC blev indputdata tredimensionale........hulkortstablerne fik jo en tredie dimension...undskyld

Det er nu 47 år siden jeg først programmerede ICT/Ferranti Orion (senere ICL!). Den var ikke i begyndelsen ikke til hulkort (fik senere både 35- og 70-kolonners!), men blev fodret med en 7-kanals papirstrimmel (Frieden Flexowriter). Dén kunne ikke møbificeres! 

[Morten Jødal]

Ja, jeg har også som John arbejdet med flexowriter-hulstrimlerne, der bestemt var asymmetriske og ikke kunne omdannes til Møbius-bånd!
Til gengæld kunne jeg efterhånden læse dem ved at holde dem op mod lyset ...
Forresten påstår jeg, at jeg var den første i Danmark, der lavede tekstbehandling - idet jeg skrev breve på en Flexowriter, som producerede både en hulstrimmel og et ark papir. Efter en korrekturlæsning kunne jeg så smide hulstrimlen ind i maskinen, hvori den producerede en papirkopi.
Og vel at mærke: hver gang den kom til en slagfejl, kunne jeg stoppe læsningen, manuelt skrive det rette tegn og køre strimlen 1-2 tegn frem - hvorpå den automatiske kopiering fortsatte!
Tekstbehandling anno 1965 ...

Jeg husker også, at der opstod en "krig" mellem GIER-folkene i Århus, som svor til de sikre hulbånd, og NEUCC, som krævede hulkort. Desværre havde NEUCC de stærkeste computere, så kemikerne i Århus måtte sende deres input til Lyngby. Det medførte en del komplikationer:
Hulkortene blev sendt med SAS i en kuffert, som jævnligt blev væk på vejen. Da den på et tidspunkt var blevet fundet i Bangkok efter 2 ugers forløb, blev denmalet tigerstribet; for som kemikerne i Århus sagde: "Den bliver lige så tit væk - men den er nemmere at efterlyse!"
Jeg husker også en forsker, som konsekvent tegnede på sin hulkortstak med en kuglepen, når den var pakket i kufferten. Læst fra kanterne lød teksten: "If you drop the stack - say so!"
Dårlige erfaringer?

[B Mønnike]

Man tegnede altid en diagonalstreg på sine hulkortsstakke. For selv om de var nummererede, var det noget af et arbejde at få en stak i rækkefølge efter et tab på gulvet på plads i kortrækkefølge igen.

[Morten Jødal]

Man tegnede altid en diagonalstreg på sine hulkortsstakke. For selv om de var nummererede, var det noget af et arbejde at få en stak i rækkefølge

Ja, og når nu de kemiske simuleringsprogrammer hørte til de helt store med måske 2000 kort i stakken - så var en enkelt diagonalstreg slet ikke nok!

[John Larsson]

Dårlige erfaringer?

Jo, nu programmerede jeg ikke så længe i maskinkode; Der var ikke en assembler til Orion dengang. Programstrimmelrullerne blev derfor ganske store, hvis man ikke ville excellere i subrutiner; det gik ud over eksekveringstiden! En af makkerne på L M Ericsson i Stockholm var et rigtig mandfolk; han lappede og lappede med millimeterbrede tapepatches og tog næsten aldrig kopi af hele taperullen før programmet var klar til produktion. Rullerne blev opbevaret i glasklare plastæsker. En dag mens han ventede på sin tur ved Flexowriter'en, havde han taget sin store programrulle ud af æsken og lagt den skråt hvilende på æsken. Ventetiden blev lidt lang og han hoppede op og satte sig på det ret høje skrivebord, uheldigvis sådan at han satte sig på rullen. Den knækkede lige over i sikkert 2500 brud, og bruddene var ikke nogen der kunne lappes! Det tog ham vist mere end en uge at retablere programmet.Der ville hulkort med sekvensnummer have været foretrukket! 

[Morten Jødal]

tog næsten aldrig kopi af hele taperullen før programmet var klar til produktion.

Tjah, det er jo et evigt problem!
Hvornår har du sidst taget backup af din harddisk?
Jeg ved ikke hvordan du specielt har det, men de fleste får dårlig samvittighed over spørgsmålet ...
Det gør jeg sådan set også, men dengang havde jeg altid versioner liggende undervejs, og da vi var tre personer, der holdt kandidatfest sammen i et sommerhus, der var svært at finde, havde vi ingen problemer med at "schnitzle" ruten med kasserede hulstrimler! Alle havde en skuffefuld af dem.

Nu var det jo sådan, at et stort program udviklede sig løbende, og med hulkortene påbegyndte man den skik, som fortsatte i min Basic- og Comaltid med at lave linienumre i spring på 10, så der var plads til at lægge ekstra linier ind.
Fint nok, men det betød også, at den person, der samlede hulkort op fra gulvet, ikke kunne regne med nummereringen. Det var selvfølgelig netop kort nr. 2347, der lå under et skrivebord og havde puttet sig - og så kørte hele programmet i vasken. Nr. 2340, 2345 (det første ekstra) og 2350 var selvfølgelig sat rigtigt ind!
Det kostede mindst et par dages forsinkelse, når det skulle flyves fysisk til Århus, gås igennem og flyves tilbage igen med det manglende kort indsat.