Kenetisk Energi i en partikel

[Anders]

Når en partikel bevæger sig hurtigt stiger den kenetiske energi
Hvad sker der rent konkret
Kan det føre til kvantespring?

[harbst]

Hej Anders
Det hedder kinetisk . Kommer af græsk kinema, som betyder bevægelse.
Kinetisk energi hedder også bevægelsesenergi.

En partikkel er bare noget som er så småt i forhold til sine omgivelser at man ved beskrivelse eller beregning ikke behøver tage hensyn til dens udstrækning.

Man kan eksempelvis med rimelig nøjagtighed ved beregning af banerne betragte jsolen, jorden og de andre planeter som partikler.


En partikkels energi stiger med hastigheden.
I klassisk fysik er den 1/2m v^2  hvor m er massen og v hastigheden.

kvanteteorien er kun relevant for partikler af atomar størrelse, og kun i visse situationer. Der er noget du fundamentalt har misforstået ved den. Den siger jo netop at partiklen energi kun kan antage  visse bestemte værdier eller være i et vist bånd. En partikkel kan således ikke bare få øget sin hastighed udenfor disse bestemte værdier.

Tanken om at den langsømt øger hastighed og så kvantespringer er helt forfejlet. 

[B Mønnike]

Man taler om kvantespring når en elektron skifter bane. Hvis det sker fra en større bane til en mindre udsendes der en foton

[Anders]

Tanken om at den langsømt øger hastighed og så kvantespringer er helt forfejlet.

Netop så hvordan kan en partikkel "akkumulere" energi, uden at det med det samme kommer på den rigtige hylle ?
Jeg vil tro svaret er at hastighed aldrig omsættes til kvantespring, men kun til rum-tids transformation..

[Morten Jødal]

Anders, dit spørgsmål og efterfølgende  gensvar afslører endnu en gang, at man skal være forsigtig med at kaste sig ud i forklaringer baseret på kvantemekanik og relativitetsteori, når man ikke har forstået begreberne.

ENHVER form for energiudveksling foregår i kvantespring. Men kvanterne er bare så små, at vi i praksis kke opdager dem, men opfatter skiftene som et kontinuum.
Da Bohr udviklede kvantemekanikken, var et af de principper, han lagde meget vægt på, "konvergenskriteriet": Mennesker har iagttaget naturen i årtusinder uden at falde over kvantemekanikkens mysterier. ALTSÅ må enhver teori, der giver "mystiske" resultater for "store" partikler være forkert. Og "store" betyder såmænd blot synlige med det blotte øje eller i et gammeldags mikroskop med linser!

Jeg kan forøvrigt helt tilslutte mig harbsts kommentar - bortset fra, at "partikel" kun staves med et k 

Ellers kan jeg anbefale dig at læse George Gamows fortræffelige bog "Mr. Tompkins i drømmeland", som leger med begreberne, så de bliver lettere at forstå - og desuden indeholder tre tænkte foredrag med elementære beskrivelser af den "nye" fysik. Bogen er snart 80 år gammel, så især afsnittet om universets opbygning er lidt ude af trit med moderne kosmologi - men som  populær forklaring af kvantemekanik og relativitetsteori er den aldrig overgået! Og derfor også genoptrykt så sent, at der stadig må være biblioteker der har den.

[John Larsson]

Som jeg forstår Anders, så undrer han sig over at elektroner "bare sådan" springer fra et elektronbånd til et andet; der må jo være en årsag til at alle fyldte bånd har et lige antal elektroner! Ikke nok med det; der er ingen stabile bånd med fx 14 eller 16 elektroner! Uden at bruge for megen tid på at vikle mig selv ind i forhold som jeg ikke selv kan forklare, så er Anderses undren bare endnu et eksempel på "hvad er der uden om universet?" Bohrs atommodel var et gennembrud, men den fik vel betydeligt mere substans ved Paulis tilføjelser af det som vi i dag kalder "spin", som jo i hvert fald giver et slags hint om hvorfor der ikke eksisterer stabile bånd med et ulige antal elektroner!

Så jo, uanset om man kan lide det eller ej, et eller andet sted akkumuleres der noget som man må kalde energi, når elektronerne skifter baner (kvantetilstand)! Om det altid er i "spinnet" er jeg ikke sikker på; det kan jo også være et resulterende "tryk" fra omgivende molekyler!

[Morten Jødal]

Det var ikke min mening at underkende de øvrige deltagere i kvantemekanikkens udformning i forhold til Bohr. Foruden ham ydede Schrödinger, Heisenberg og Pauli (som nævnt) også væsentlige bidrag.
Faktisk var det sådan, at fra først i tyverne var Bohrs væsentligste bidrag at samle de dygtigste forskere omkring sig, at opmuntre alle gode ideer - og til gengæld sætte fingeren på alle ømme punkter!
De færreste ved (men det er alligevel en kendsgerning), at "Bohrs atommodel", som enhver lærer om i skolen, hører til 1. generation af kvantemekanikken og er stort set ubrugelig i dens 2. generation, som udvikledes efter 1925.
Spinbidraget forklarer ganske rigtigt i høj grad elektronernes store tilbøjelighed til at optræde parvis.

Derimod kan jeg slet ikke følge John i følgende:

Så jo, uanset om man kan lide det eller ej, et eller andet sted akkumuleres der noget som man må kalde energi, når elektronerne skifter baner (kvantetilstand)! Om det altid er i "spinnet" er jeg ikke sikker på; det kan jo også være et resulterende "tryk" fra omgivende molekyler!

Stabilitet og energi er to helt forskellige ting - jfr. at der også i klassisk mekanik kan være stabil eller ustabil ligevægt med samme potentielle energi tilknyttet to forskellige systemer.
Hvad der derimod sker ved et elektronspring er, at potentiel energi omdsnnes til kinetisk energi (i princippet det samme, som når et ustabilt tårn af byggeklodser dratter sammen). Der er bare i kvantemekanikken strengere regler for, hvor klodserne "har lov til" at falde hen, og der er ikke noget energi"tab" - hvad der i klassisk mekanik betyder omdannelse af andre energiformer til varmeenergi.
Men når der udsendes en foton fra et atom, så mister dette atom energi. Den overføres til fotonen, som"svinger" det gør atomet ikke.

[John Larsson]

Derimod kan jeg slet ikke følge John i følgende:

Så jo, uanset om man kan lide det eller ej, et eller andet sted akkumuleres der noget som man må kalde energi, når elektronerne skifter baner (kvantetilstand)! Om det altid er i "spinnet" er jeg ikke sikker på; det kan jo også være et resulterende "tryk" fra omgivende molekyler!

Stabilitet og energi er to helt forskellige ting - jfr. at der også i klassisk mekanik kan være stabil eller ustabil ligevægt med samme potentielle energi tilknyttet to forskellige systemer.
Hvad der derimod sker ved et elektronspring er, at potentiel energi omdsnnes til kinetisk energi (i princippet det samme, som når et ustabilt tårn af byggeklodser dratter sammen). Der er bare i kvantemekanikken strengere regler for, hvor klodserne "har lov til" at falde hen, og der er ikke noget energi"tab" - hvad der i klassisk mekanik betyder omdannelse af andre energiformer til varmeenergi.
Men når der udsendes en foton fra et atom, så mister dette atom energi. Den overføres til fotonen, som"svinger" det gør atomet ikke.

Jo jo, der udveksles selvfølgelig ikke noget (fx energi) i stabile tilstande, men lige som selv lommeuld kommer af et eller andet, så har et skift i energitilstanden altid en årsag; det er vel det Anders prøver på at sige?

[Morten Jødal]

lige som selv lommeuld kommer af et eller andet, så har et skift i energitilstanden altid en årsag; det er vel det Anders prøver på at sige?

Der er flere fortolkninger af kvantemekanikken - og de angriber i forekellig grad årsagssætningen. Den strengeste fortolkning (som bl.a. tager det berømte Aspect-eksperiment til indtægt) fornægter fuldstændig ideen om årsag og virkning. Det er udelukkende tilfældigheder, der afgør om der sker et skift i energitilstanden.
Men den samlede energi er i alle tilfælde bevaret.

[John Larsson]

Den strengeste fortolkning (som bl.a. tager det berømte Aspect-eksperiment til indtægt) fornægter fuldstændig ideen om årsag og virkning. Det er udelukkende tilfældigheder, der afgør om der sker et skift i energitilstanden.

Ja, og så tror de samme fundamentalister sikkert også at skift i energitilstanden ikke tager tid, lige som man før Ole Rømer troede at lyset havde en uendeligt stor hastighed! Er det ikke lidt som at forklare Helligånden?  ;-)

Det er fint at kunne beskrive virkeligheden matematisk, men man skal passe på med at "forske" i de matematiske beskrivelser af virkeligheden og den vej gøre opdagelser i virkeligheden!

[Morten Jødal]

Det er fint at kunne beskrive virkeligheden matematisk, men man skal passe på med at "forske" i de matematiske beskrivelser af virkeligheden og den vej gøre opdagelser i virkeligheden!

Jeg er emotionelt meget enig med dig, John.
Men i dette tilfælde er der faktisk ikke kun tale om virkelighedsfjern matematik, men om noget der kan testes eksperimentelt.

Kort fortalt går Aspect-eksperimentet ud på, at to partikler med spin udsendes fra et atom ved samme begivenhed, hvorefter deres respektive spin senere registreres uafhængigt af hinanden på afstande, der vil få kommunikation mellem dem til at overstige lyshastigheden. Ikke desto mindre opfører deres spinretninger sig helt efter kvantemekanikkens regler - hvad der ikke burde være muligt i et rent årsag-virkningsforhold.
Jfr. beregninger af fysikeren John Bell, som i et eksperiment af denne type forudsagde en overensstemmelse i spinretning på 2/3, hvor den rene kvantemekanik forudsiger 50%.
Aspects eksperiment viste 50%.

Også til dette emne er der en god Wikipedia-attikel.
Så er man "kvantefundamentalist", taler man slet ikke om årsag og virkning, men om tilfældighed og sandsynlighed.
Det er så her jeg har svært ved at følge med hele vejen - jfr. Bohrs korrespondensprincip, for årsag-virkning er jo særdeles veldokumenteret i makroskopisk skala.
Der er bestemt uløste filosofiske problemer i kvantemekanikkens konsekvenser. Og der er flere skoler, der til tider opfører sig fundamentalistisk i forhold til hinanden. Men argumentet, at "selv lommeuld kommer af et eller andet" gør intet indtryk på en kvantemekaniker.

[John Larsson]

Jeg er emotionelt meget enig med dig, John.
Men i dette tilfælde er der faktisk ikke kun tale om virkelighedsfjern matematik, men om noget der kan testes eksperimentelt.

Kort fortalt går Aspect-eksperimentet ud på, at to partikler med spin udsendes fra et atom ved samme begivenhed, hvorefter deres respektive spin senere registreres uafhængigt af hinanden på afstande, der vil få kommunikation mellem dem til at overstige lyshastigheden. Ikke desto mindre opfører deres spinretninger sig helt efter kvantemekanikkens regler - hvad der ikke burde være muligt i et rent årsag-virkningsforhold.
Jfr. beregninger af fysikeren John Bell, som i et eksperiment af denne type forudsagde en overensstemmelse i spinretning på 2/3, hvor den rene kvantemekanik forudsiger 50%.
Aspects eksperiment viste 50%.

Ja, jeg skulle nok have skrevet det i mit forrige indlæg, men min skepsis mod "formelforskning" er stor! Jeg synes at det ligner "backwards tracing"! Man finder at A+B =>C og C=>A+B,  men bortser fra at C måske kan dannes af noget andet end A+B! Jeg er godt klar over at man støtter sig til et bestemt eksperiment, men eksperimenter der går ud på at bekræfte antagne resultater er farlige! Jeg tror også at du, Morten, kan nævne mange eksempler på  den slags eksperimenter. De fleste af disse  eksperimenter bliver måske ikke så "farlige", fordi andre forskere relativt hurtigt reagerer på resultaterne og måske endda finder fejlen ved eksperimentets setup. De virkeligt "farlige" eksperimenter er dem der finder de rigtige resultater, eller i hvert fald noget der ligner, men hvor resultatet er en uheldig tilfældighed! Sådanne (kendte) eksperimenter findes der også en del af, bl. a. den britiske ekspeditions (ved solformørkelsen i Afrika 1919) bekræftelse af Einsteins gravitationsteori og fx Wegeners målinger i Grønland (kontinantaldriftteorien).

Jeg har ikke forudsætninger for at finde en evt. fejl ved Aspect-eksperimentet, men jeg kender en ret accepteret årsag til at man kan få Ni til at skifte mellem at være 2- eller 3-valent (i almindelige alkaliske akkumulatorceller). Ingen tilfældigheder der!  ;-)

[B Mønnike]

Så vidt jeg ved er Aspect eksperimentet gentaget.....mange gange men .....læs linket

Jeg er som du John ikke istand til at påvise fejlkilder, men antager at det ikke ville blive nævnt idag.....hvis der var påviselige fejl.....uden at disse ville blive nævnt i samme åndedrag.

Og jeg antager der er en del der er klogere end os to der ville gøre store indvendinger, hvis de kunne.

http://da.wikipedia.org/wiki/Bell_test-eksperimenter

[John Larsson]

Jo Bjarke, men nu er jeg slet ikke optaget af at finde fejl ved diverse eksperimenter. Det er kun hvis de tages til indtægt for at ændringer i et atoms energitilstand ikke har en ydre årsag jeg protesterer!

[Morten Jødal]

Det er kun hvis de tages til indtægt for at ændringer i et atoms energitilstand ikke har en ydre årsag jeg protesterer!

Der er du på linie med Einstein!
Som måske bekendt accepterede han aldrig kvantemekanikken, fordi den stred mod hans forestillinger, og det var netop elementet af tilfældighed, der var hans væsentligste anke.
Dermed blev han indirekte en af de større bidragydere til teoriens udvikling, fordi hans indvendinger var så kvalificerede, at Bohr måtte forfine sine argumenter voldsomt.
Men kvantemekanikken blev stående, og vistnok alle videnskabshistorikere er enige om, at Bohr vandt den duel.

"Aspect-eksperimentet" var ikke tilrettelagt for at eftervise et bestemt resultat (sådanne eksperimenter kan ganske rigtigt ofte misbruges), men for at vælge mellem 2 forudsagte udfald - nemlig en 2-1 fordeling eller en 1-1 fordeling af spin.
Så et mislykket resultat ville have været alt andet end disse to resultater, hvorimod det ene af disse ville understøtte en af de to myulige tolkninger. Og det gjorde det så.

Jeg kan absolut anbefale dig at læse den Wikipedia-artikel, som først jeg og siden Bjarke har linket til. Og Bjarke har ret i, at eksperimentet (som dengang var sensationelt) er blevet gentaget adskillige gange med variationer. det fremgår også af artiklen.
Faktisk begår du, John, en videnskabelig fejl ved at forkaste et resultat som "stridende imod, hvad du VED i forvejen" (nemlig at årsagssætningen er rigtig).
I naturvidenskab er der ingen der VED noget - men nogle teorier understøttes bedre af eksperimenter end andre.