Kuinka kauan fotonit voivat ”elää”?
Fotonin ”elämä”
”Kaikki maailmankaikkeudessa oleva sähkömagneettinen säteily koostuu fotoneista, ja fotoneilla, sikäli kuin voimme sanoa, on ääretön elinikä”. Mutta pitääkö tämä paikkansa?
Kaikki kuolee. Monille tämä näyttää olevan yksi absoluuttinen totuus universumista: kasvit ja eläimet mätänevät ja rappeutuvat, tähdet räjähtävät ja tummuvat, planeetat murenevat tai palavat ja jopa mustat aukot voivat säteillä pois. Itse asiassa atomimme, jotka ovat samoja atomeja, ja jotka muodostavat kaiken muun maailmankaikkeudessa, hajoavat kevyemmiksi elementeiksi ajan edetessä.
Mutta entä fotonit, voivatko ne kuolla vai ovatko ne olemassa loputtomiin?
Vastaus tähän kysymykseen liittyy siihen, että meidän on ymmärrettävä, miten atomit toimivat. Mutta lyhyesti sanottuna, aina kun meillä on raskas atomi, on olemassa riski, että se alkaa spontaanisti hajoamaan pienemmiksi hiukkasiksi. Tätä kutsutaan ”radioakatiiviseksi hajoamiseksi” ja se on prosessi, joka lopulta johtaa atomien tuhoutumiseen.
Mutta toimiiko samanlainen prosessi suhteessa fotoneihin?
Viime kädessä tämä kysymys riippuu siitä, voiko fotoneilla (sähkömagneettisen voiman eli valon kantajilla) olla massaa vai ei?
Tyypillisesti fotoneilla sanotaan olevan nolla-massa. Tämä on standardiratkaisu, jonka suurin osa tutkijoista hyväksyy (toisin sanoen se on tieteellinen konsensus); kuitenkin, kuten aina näyttää olevan tieteessä, asiat muuttuvat hankalaksi, kun alamme lisätä muita muuttujia ja ajatella ”mitä jos”?
Entä jos fotoneilla olisi massaa?
Jos fotonilla olisi nollasta poikkeava lepomassa, se tarkoittaisi, että se voi hajota kevyemmiksi alkuaineiksi, jolloin fotoni hajoaisi joko tunnetuiksi kevyemmiksi alkuainehiukkasiksi, kuten neutriinoiksi ja antineutriinoiksi, tai toistaiseksi löytämättömiksi hiukkasiksi.
Erityisesti tämän ajatuksen ongelma on se, että nykyisen käsityksemme mukaan fotoneja ei voida saada lepotilaan. Tämän seurauksena ajatus lepomassasta ei päde. Oletetaan, että fotoneilla on nollasta poikkeava lepomassa. Mutta mikä on tämän massan yläraja, kun tämä otetaan huomioon, kuinka kauan fotonit voivat elää?
Ajan laajeneminen
Osoittautuu, että kun esine liikkuu relativistisilla nopeuksilla, ”outo” asia näyttää tapahtuvan sen ajalle paikallaan olevan havainnoijan (inertiaalisessa vertailukehyksessä) havaitsemana. Näemme tapahtuman katsoessamme kelloamme, liikkeessä oleva ”kello” hidastuu, joten luemme kahta eri aikaa. Mutta mikä aika on oikea??? Ne molemmat ovat, koska aika ei ole absoluuttinen vaan suhteellinen, joka riippuu viitekehyksestä.
Katsotaan seuraavaa klassinen esimerkki:
Meillä on kaksoset, joista toinen on astronautti, ja toinen työskentelee NASA:n hallinnossa. Astronautti lähtee syvään avaruuteen matkalle matkustaen 95% valon nopeudesta. Palattuaan astronautin kello on mitannut kymmenen vuotta, joten astronautti on ikääntynyt 10 vuotta. Kuitenkin, kun astronautti kohtaa maassa olevan hallinto-kaksosensa, astronautti näkee että tämä kaksonen on ikääntynyt 32 vuotta! Tämä selittyy sillä, että astronautti matkustaa relativistisilla nopeuksilla ja siksi hänen ”kellonsa” on hidastunut!
Katsotaan kuinka voimme laskea ”aikaeron”. Aikalaajennuksen laskentakaava on seuraava:
t = t0 / (1 – v2 / c2) 0.5
t = 10/(1 – (0.95c)2 / c2) 0.5
t = 10/(1 – 0.952) 0.5
t = 10/0.312
t = 32 vuotta
Tämä on aika, jonka NASA:n hallintokaksonen mittaa?!
Eli aikalaajeneminen on otettava huomioon. Kun tämä on otettu huomioon, fotonien viitekehyksen mukaan voi havaita, että sen elinikä olisi melko lyhyt eli kolme vuotta; viitekehyksemme mukaan valo kuitenkin eläisi ~miljardi miljardia (1018) vuotta.
Se näyttää vähän tältä: 10 000 000 000 000 000 000. Vertailun vuoksi maailmankaikkeus on vain 13 800 000 000 vuotta vanha. Huomaako näiden lukujen suuren eron? No, tämä liiallinen aukko tarkoittaa, että fotoni elää ikuisesti.
Ja todellakin tässä vaiheessa meidän täytyisi tietää, mikä on fotonien lepomassan yläraja. Sähkö- ja magneettikentillä tehtyjen kokeiden ansiosta on saatu luku, joka rajoittuu 10-18 eV:iin (10-54 g). Tässä voidaan ottaa käyttöön kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn (CMB) = Cosmic Microwave Background) spektrin, joka on tarkimmin mitattu mustan kappaleen spektri luonnossa. Jos fotonilla on massaa ja se voi hajota kevyemmiksi hiukkasiksi, fotonien lukumäärätiheys CMB:ssä pitäisi pienentyä fotonien liikkuessa.
Lähteet:
https://physics.aps.org/articles/v6/s96
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.111.021801
https://www.ctc.cam.ac.uk/outreach/origins/cmb.php
Tämän perusteella näkyvä aallonpituusfotoni on stabiili ainakin 1018 :n vuoden ajan, käyttämällä hyväksi yhdistelmää tunnettuja rajoituksia edellä mainitulle massalle ja CMB-rajoituksille.
Tunnustatko tällä sekavalla raaputuksella nyt sen että fotoni lakkaa olemasta eli ”kuolee” kun sen energia on absroboitunut siitä pois.
Ilmoita asiaton viesti
Ei pidä ottaa kantaa asioihin, mistä ei ymmärrä.
Ilmoita asiaton viesti
Odotettu vastaus joka tarkoittaa selkokielelle käännettynä että et tunnusta.
Ilmoita asiaton viesti
Mikäli Richard Feynmannin tulkinnasta mitään ymmärrät, tunnustan hänen tulkintansa.
Ilmoita asiaton viesti
Fotoni ”kuolee” jos se pysäytetään, koska fotonilla on inertia, mutta ei lepomassaa. Pysäytyksessä sen energia voi muuttua, lämmöksi, kemialliseksi energiaksi, tai mekaaniseksi energiaksi. Siis, valo elää ikuisesti, koska sen aika on pysähtynyt, mutta fotoni kuolee heti.
Luotan enemmän Einsteinin teoriaan kuin Feynmannin tulkintaan
Ilmoita asiaton viesti
Esittämäsi väittämä näyttää sekoittavan käsitteitä suhteellisuusteoriasta ja kvanttimekaniikasta, eikä se ole täysin tarkka.
Albert Einsteinin kehittämässä erityisessä suhteellisuusteoriassa on todellakin totta, että kun massainen esine lähestyy valonnopeutta, sen suhteellinen aika hidastuu. Tätä ilmiötä kuvaa aikadilataatioteoria. On kuitenkin tärkeää huomata, että tämä vaikutus koskee esineitä, joilla on massaa, ei massattomia hiukkasia, kuten fotoneja.
Fotonit, jotka ovat valon hiukkasia, ovat massattomia ja kulkevat aina valon nopeudella tyhjiössä. Erityisen suhteellisuusteorian mukaan aikadilataatio ei koske niitä. Fotonin näkökulmasta sen matka pisteestä A pisteeseen B on hetkellinen, koska aika ei kulje itse fotonille. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että fotonit ”kuolevat välittömästi”. Fotonit voivat imeytyä aineeseen, muuttua muunlaisiksi energiamuodoiksi tai käydä läpi erilaisia vuorovaikutuksia, mutta fotonien ”omasta näkökulmasta katsottuna”, niiden matka tapahtuu nolla ajassa.
Fotonit eivät koe ajan kulumista omasta viitekehyksestään. Fotonit voivat olla vuorovaikutuksessa aineen kanssa ja absorboitua, sirotella tai muulla tavoin muuttua, mutta tämä ei tarkoita, että ne ”kuolisivat välittömästi”.
Käsite ”valo elää ikuisesti” on tietysti yksinkertaistus ja voi olla harhaanjohtava, jos se otetaan liian kirjaimellisesti. Valo fotonien muodossa voi kulkea pitkiä matkoja maailmankaikkeuden halki, mutta se voi myös absorboitua tai muuttua muunlaisiksi energiamuodoiksi vuorovaikutuksessa aineen kanssa.
Tässä blogissa tuo fotonin lepomassattomuus on oletus.
Voisitko samalla esittää formaaliset eroavuudet, Einsteinin ja Feynmannin tulkinnasta?
Ilmoita asiaton viesti
Pelkkää spekulointia lepomassattomalla fotonilla.
Ilmoita asiaton viesti
Tässä tapauksessa pidetään oletuksena, ettei fotonilla olisi lepomassaa, sillä fotonia on mahdoton saada lepotilaan. Ja se että fotonin lepomassan yläraja on saatu sähkö- ja magneettikentillä tehtyjen kokeiden ansiosta, mikä on 10^-18 eV:iin (10^-54kg). Eli ts. lepomassalla ei sinänsä ole merkitystä.
Mutta tietysti halutessasi voit todistaa, ettei fotonien elinkaari ole tuota 10^18 vuotta, niin anna palaa!
Ilmoita asiaton viesti
Tarkoituksellista ilmaista, että on saatu lepomassan yläraja. Käytännössä se tarkoittaa, että se on sen alle ja pirun paljon eli ei ole lepomassaa.
Kun ei ole lepomassaa, ei ole elinaikaakaan mahdollista osoittaa esittämälläsi tavalla.
Lisäksi edelleen korostan, fotoni pystyy kulkemaan vain suoraan, ei ympyräkaarta. Jo se osoittaa sen olemassa olon atomissa mahdottomaksi.
Ilmoita asiaton viesti
Harhainen käsityksesi jatkuu edelleen. Fotoni ei kulje aina suoraan, se on täysin hölmö toteamus (Einstein yleinen suht. teoria / kenttäyhtälöt). Ja tuo ”fotonin ympyrän kaari” on kyllä Keskisen ihan oma tulkinta. ”Fotonit leikkivät karusellia keskenään”. Kun väität että, ”se on sen alle ja pirun paljon”, niin kerrohan kuinka paljon?
Ilmoita asiaton viesti
Valo taipuu mm. ilmakehässä ja magneettikentässä, joten kyllä fotonin taivalkin voi kaareutua.
Ilmoita asiaton viesti
Kyllä, mutta nyt puhutaan atomin halkaisijan mittasuhteista ja että fotoni kiertäisi kehää elektronien kaltaisesti. Täysin mahdotonta.
Ilmoita asiaton viesti
Oliko tämä tulkintasi Feynmannin tulkinnasta, että fotonit kiertäisivät kehää elektronien kaltaisesti?
Ilmoita asiaton viesti
Se on vain sinun tulkintasi ainoastaan. Jos fotoni ei katoa, on se elektronien mukana ydintä ympäröivässä tilassa ja se taas edellyttää kiertoliikettä.
Ilmoita asiaton viesti
Kyllä minä olen samaa mieltä siitä, miten Feynman kvanttimekaniikkaa tulkitsee. Ei se silloin ole minun tulkintaani Feynmannin tulkinnasta. Se taitaa olla parempi, ettei sinun tarvitse kommentoida, jos et ymmärrä Feynmannin tulkintaa.
Ilmoita asiaton viesti
No jos haluat selittää sen fotonin olemassa olon absorption jälkeen niin ole hyvä vaan. Vaihtoehdot on vain aika vähissä. Monenkohan blogisi aikana on tätä sinulta jo tivattu, mutta sitä vain ei tule.
Et uskokaan miten typerältä selittelysi asian ympärillä näyttää.
Ilmoita asiaton viesti
Täällähän se on selitetty ja vielä graafisena esityksenä:
https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/hannusinivirta/mika-on-klimarealistine-ilmastorealistit-organiaastio/
”Yksi Feynmanin tärkeimmistä panoksista ymmärtääksemme fotonien absorptiota aineessa on hänen selityksensä käyttämällä virtuaalihiukkasten käsitettä ja kvanttimekaniikan polun integraalista muotoilua. Hän esitteli ajatuksen, että kun atomi tai elektroni absorboi fotonin, se ei ole suoraviivainen prosessi, jossa hiukkanen katoaa ja ilmestyy uudelleen. Sen sijaan hän ehdotti, että fotonin voidaan ajatella olevan vuorovaikutuksessa virtuaalihiukkasten kanssa, jotka edustavat vuorovaikutuksen välitiloja.
Feynmanin lähestymistapa fotoniabsorption ymmärtämiseen kvanttimekaniikassa sisältää Feynman-kaavioiden käytön (1948), jotka ovat graafisia esityksiä hiukkasten vuorovaikutuksista. Nämä kaaviot auttavat visualisoimaan ja laskemaan erilaisten kvanttiprosessien todennäköisyyksiä, mukaan lukien fotonien absorptio ja emissio.”
Jollei tämä aukene nyt, niin todennäköisesti se ei aukene milloinkaan.
Ilmoita asiaton viesti
Feynmanin graafeista on selvästi nähtävissä että fotonit (vihreä aaltoviiva) elävät vain tietyn ajan ( y-akseli on aika).
Olet ongelmissa selitystesi kanssa.
Ilmoita asiaton viesti
Huomaan, ettet ole sisäistänyt Faynman – kaavioita ollenkaan, ja sitä vähän odotinkin.
Feynman-kaavioita käytetään usein kvanttikenttäteoriassa hiukkasten vuorovaikutusten visualisointiin, niitä ei ole tarkoitettu edustamaan hiukkasten, mukaan lukien fotonien todellista elinikää. Sen sijaan ne ovat graafinen esitys termeistä kvanttikenttäteorian häiritsevässä laajennuksessa. Jokainen Feynman-kaavion viiva edustaa partikkelin levittäjää, ja kärjet edustavat hiukkasten välisiä vuorovaikutuksia.
Feynman-kaavioiden yhteydessä hiukkasia, kuten fotoneja edustavat viivat, jotka yhdistävät pisteitä, eikä näiden viivojen pituus liity hiukkasen todelliseen elinikään. Erityisesti fotonit ovat massattomia eivätkä hajoa tai niillä olisi rajallinen elinikä samalla tavalla kuin epästabiilit hiukkaset, kuten mesonit tai W- ja Z-bosonit.
Kysymyksessäsi mainitsemasi aaltoileva vihreä viiva edustaa tyypillisesti fotonin levittäjää, eikä se tarkoita, että fotoneilla olisi rajallinen elinikä. Fotonit ovat vakaita ja kulkevat valon nopeudella, mikä tarkoittaa, että ne säilyvät käytännössä ikuisesti, elleivät ne absorboidu varautuneeseen hiukkaseen tai ole jollain tavalla vuorovaikutuksessa toisen hiukkasen kanssa.
Vihreä aaltoviiva Feynman-kaaviossa on vain matemaattinen esitys fotonin roolista tietyssä vuorovaikutuksessa, eikä sitä pidä tulkita ajallisena esityksenä fotonin olemassaolosta.
Ilmoita asiaton viesti
Osoita missä Feynman väittää fotonien olevan kuolemattomia.
En minä sitä löydä mistään. Useassa kohtaa, kyllä puhuu fotonien syntymästä.
Ilmoita asiaton viesti
Fotonit ovat hiukkasia, joilla ei ole massaa ja jotka kulkevat valonnopeudella tyhjiössä. Fotonit eivät vanhene eivätkä kulu ajan myötä samalla tavalla kuin elolliset organismit, joten niitä voitaisiin pitää ”kuolemattomina” tietyssä mielessä. Ne eivät kuitenkaan ole immuuneja vuorovaikutuksille ja voivat esimerkiksi absorboitua tai hajota tietyissä olosuhteissa.
Energia säilyy!
Ilmoita asiaton viesti
En kysynyt sinun mielipidettäsi, vaan missä Feynman esittää tämän väittämän.
Ilmoita asiaton viesti
Ei se taida valjeta koskaan. Sanooko Feynman jossakin, että kun fotoni absorboituu, niin se katoaa totaalisesti ja lopullisesti kuin pieru saharaan? Kun hän nimenomaan käsittelee fotonien ja elektronien vuorovaikutusta. Mistä se fotoni Feynman kaavioihin tulee ja minne se niistä poistuu on täysin sivuseikka. Kun muotoilee ajatuksia, silloin tulisi muotoilla ne oikein. Nimittäin ei ole olemassa fotonin ”kuolemaa” sen varsinaisessa merkityksessä, sillä kukaan ei pysty identifioimaan, mikä fotoni on missäkin ja minne se katoaa, eli ikään kuin olisi olemassa jokin ”erottelija” joka kertoo, että nyt tuossa on fotoni γ ja tuossa fotoni β, joista β yllättäen katosi sinne pierujen saharaan.
Ilmoita asiaton viesti
Edelleenkin se on harvinaisen yksinkertaista, kun lepomassaton fotoni absorboi energiansa, siitä ei jää mitään jäljelle. Se on pakko mennä näin, kun aineen häviämättömyys ja energian häviämättömyys määrittelee yhtälöt. Kun molekyyli emittoi energiansa syntyy uusi fotoni joka ei omaa mitään ominaisuuksia edeltävästä absorbtiosta.
Ilmoita asiaton viesti
Kun on se energian häviämättömyyden laki, niin mitä ihmeen merkitystä sillä on, jos kyseessä on ”vanha” IR- fotoni tai ”uusi” IR-fotoni, joka syntyy välittömästi ”vanhan” IR-fotonin tilalle ”uudeksi” IR-fotoniksi, kuten nyt esimerkiksi siinä CO2-molekyylin absorbtiossa ja emissiossa. Kysymyksessä on vuorovaikutus-ilmiö, eli IR-fotonin energian ja liikemäärän muunnos. IR-fotonit eivät perusominaisuuksiltaan ole erilaisia, paitsi niiden taajuuksien eli energian osalta, mikä vaikuttaa niiden kykyyn absoboida. Ne ovat kaikki valokvantteja, ainoastaan niiden liikemäärä ja energia ovat muunnoksessa.
Ilmoita asiaton viesti
Kaikki tämä vääntö vain koska sinun on niin vaikea myöntää olevasi väärässä.
Niin kuin jo niin monta kertaa aiemminkin monessa muussa asiassa.
Ilmoita asiaton viesti
Väärässä missä, siinäkö, että Feynman oli väärässä tai siinä, että näkyvä aallonpituusfotoni on stabiili ainakin 10^18 :n vuoden ajan?
Voi voi, kun tätä asiaa pitää jauhaa blogista toiseen..!
Väittämä siis oli, ”kun fotoni absorboituu, niin se katoaa totaalisesti ja lopullisesti”.
Ihan ensiksi tuo väittämä on muotoiltu vajavaisesti, sillä siinä ei ole kerrottu, että mihin se fotoni absorboituu? Mutta oletukseni alun perin oli, että se absorboituu atomiin. Ja niinkuin varmasti tiedossa on, myös molekyyleissä on atomeja. Ja jos tuo väittämä tarkoitti fotonin absorbtiota molekyyliin eli paljon puhuttuun CO2 -molekyyliin, on tietysti luonnollista, että silloin se fotoni luovuttaa energiansa siihen CO2 -molekyyliin, mikäli sillä fotonilla on riittävästi energiaa, joka riippuu hyvin yksinkertaisesta kaavasta:
E = h (c/λ)
Ja tuostahan se heti näkyy, että ainoa joka fotonin energiaan vaikuttaa on λ, eli aallonpituus. Kun λ pienenee, energia kasvaa ja päinvastoin.
CO2 -molekyylissä on seuraava määrä atomeja ja elektroneja:
2 hiiliatomia
2 happiatomia
Kun tiedämme, että jokaisessa hiiliatomissa on 6 elektronia ja happiatomissa 8 elektronia, voimme laskea kokonaislukumäärän elektroneille:
Hiiliatomien määrä: 2 hiiliatomia x 6 elektronia / hiiliatomi = 12 elektronia
Happiatomien määrä: 2 happiatomia x 8 elektronia / happiatomi = 16 elektronia
Siten CO2 -molekyylissä on yhteensä 12 elektronia hiiliatomeista ja 16 elektronia happiatomeista, mikä tekee yhteensä 28 elektronia.
Kun fotoni absorboituu CO2 -molekyyliin, mihin se lopulta katoaa?!?
CO2 ei absorboi IR-fotonia kiertoradalla hyppäävien elektronien toimesta. Kasvihuonekaasut absorboivat IR-fotoneja lisäämällä niiden potentiaalienergian sidoksia, jotka venyvät ja värähtelevät. Tyypillisillä kasvihuonekaasuilla, kuten CO2 :lla on resonanssitaajuudet IR-alueella, joten ne ovat erityisesti viritetty maasta tulevaan säteilyyn, eikä auringosta säteileviin korkeataajuisiin fotoneihin.
Kuitenkin, jos hiili tai happi vangitsisi fotonin energian kiertävässä elektronissa, elektroni saattaisi lähettää saman energisen fotonin, tai sitten ei. En tiedä näiden kahden atomin erityisiä kiertoradan energioita, mutta jos elektroni hyppää tasolta X tasolle Z, se voisi joko hypätä takaisin alas X-tasolle suoraan lähettäen identtisen fotonin kuin se, jonka se absorboi, tai se voisi hypätä alas Y:hyn, sitten X:ään vapauttaen 2 fotonia, joiden energiat yhteensä ovat yhtä suuret kuin absorboidun fotonin fotoni. Jokainen näistä fotoneista olisi todennäköisimmin IR:n alapuolella.
Yritän tässä kuvailla prosessia, joka liittyy atomin tai molekyylin elektronien siirtymiseen energiatasoilla ja fotoneiden emissioon.
Kun elektroni absorboi fotonin ja siirtyy korkeammalle energiatasolle, se voi palata takaisin alempaan energiatasoon ja emittoida fotonin. Tällä emittoituneella fotonilla voi olla sama energia kuin absorboituneella fotonilla tai se voi olla eri, riippuen siitä, mille energiatasolle elektroni palaa.
Jos elektroni hyppää suoraan takaisin samaan energiatasoon, se voi emittoida fotonin, jonka energia on identtinen absorboituneen fotonin kanssa. Tämä on yksi mahdollinen emissioprosessi.
Toinen mahdollinen emissioprosessi on se, että elektroni hyppää ensin alempaan energiatasoon (esimerkiksi X-tasolta Y-tasolle) ja sitten palaa takaisin alkuperäiseen energiatasoon (Y-tasolta X-tasolle). Tässä tapauksessa kaksi fotonia voi emittoitua. Yhden fotonin energia olisi yhtä suuri kuin elektronin absorboiman fotonin energia, ja toisen fotonin energia olisi erotus näiden kahden energiatason välillä.
Kumpi näistä emissioprosesseista tapahtuu, riippuu atomin tai molekyylin tarkasta energiatasorakenteesta ja siitä, mille energiatasoille elektronit voivat siirtyä. Emissioprosessin energiataso vaikuttaa myös emittoituvan fotonin energiaan. Näin ollen, ei voida yleisesti sanoa, että emittoitujen fotonien energiat olisivat todennäköisimmin IR-alueella, koska se riippuu täysin kyseisen atomin tai molekyylin ominaisuuksista ja energiatasoista.
Tämä prosessi on kuitenkin perusta monille ilmiöille, kuten valon absorptiolle ja emissiolle atomien ja molekyylien kanssa, ja se on tärkeä kvanttimekaniikan ilmiö. Energian tarkka kvantittuminen ja emissioprosessien yksityiskohdat ovat riippuvaisia kvanttimekaniikan matemaattisista yhtälöistä ja tietyn järjestelmän ominaisuuksista.
Sama ilmiö tai periaate pätee myös molekyyleissä (CO2): kun IR -fotoni absorboituu CO2 molekyyliin, se luovuttaa energiansa ja jos IR- fotonin energia (E = h x (λ / c)) ts. λ eli aallonpituus on sitä luokkaa että fotonin energia riittää, niin CO2 -molekyyli alkaa värähtelemään. Tämän seurauksena, CO2 -molekyyli luovuttaa välittömästi uuden IR-fotonin, minkä se hetki aikaisemmin absorboi. Eli kun sanotaan, että tuleva IR- fotoni ”kuolee” tai ”katoaa lopullisesti”, vaikka CO2 -molekyyli luovuttaa välittömästi uuden IR-fotonin, me emme voi sanoa, että tämä fotoni-pari voitaisiin jollakin tavalla identifioida γ ja β fotoneiksi. Tämä ehkä saattaisi onnistua laboratorio-olosuhteissa, mutta luonnossa eli tässä tapauksessa ilmakehässä on IR-fotoneja ja CO2 -molekyylejä sellainen määrä, että jo pelkästään niiden törmäily keskenään saa aikaan sellaisen sekamelskan, ettei siitä alkuperäisestä IR-fotonista ole enää tietoakaan.
Ilmoita asiaton viesti
Ei fotonien ”kuoleminen” ja muodostuminen tarvitse identifiointia. Eihän atomeja ja molekyylejäkään identifioida. Fotonilla on tietty energia, ja se ei muutu, se riittää ”identifioimiseksi”.
Tuolla inttämiselläsi yrität vain puolustaa, sitä ettei esimerkiksi kasvihuoneilmiössä tapahdu kyllästymistä, vaan absorbtio-emissio voi toistu ja toistua samalle fotonille lukemattomia kertoja. Se ei ole tästä maailmasta. Jos näin olisi, ei maapallolla olisi elämän edellytyksiä auringon gammasäteily pommituksessa.
Ilmoita asiaton viesti
Sanonpahan tämän nyt vielä kertaalleen, että opettele ne fysiikan alkeet ja sitten vasta kvanttimekaniikkaa. Fotonilla ei ole tiettyä energiaa vaan se vaihtelee riippuen sen λ:sta. Tuollaiset väitteet, että minä olisin väittänyt, että samalle fotonille absorbtio ja emissio tapahtuu toistuvasti, se tulee jälleen sieltä Keskisen vilkkaasta mielikuvituksesta. Kun fotoni absorboituu molekyyliin, sen energia voi muuttua, ja liikemäärä voi myös muuttua riippuen useista tekijöistä, kuten fotonin energiasta ja molekyylin ominaisuuksista. Ja siitä voit väitellä ikuisesti (mutta et minun kanssani enää), mihin se yksi poloinen fotoni katosi – piste!
Ilmoita asiaton viesti
Sinun selitykset kuvaavat fotonin häviävän, mutta et sitä silti myönnä.
Tietenkin jokaisella fotonilla on omansa energiatase. Takerrut typeriin itsestään selvyyksiin, kun et muuhun pysty.
Ei jaksa kaikkia lauseita niin taiten muotoilla, etteikö sen tahallaan voisi väärin ymmärtää. Väärinymmärryksen maailmanmestari Sinivirta.
Ilmoita asiaton viesti
Voit ihan vapaasti ymmärtää fotonin absorboitumisen ja katoamisen miten sen ymmärrät, ei se itse asiassa ole kovinkaan kiinnostavaa. Mutta fotonin lepomassan yläraja on sitäkin mielenkiintoisempi, tai vaikkapa Edward Wittenin supersäikeet.
Ilmoita asiaton viesti
Mitenkä ne elektronit kirtävät?
Ilmoita asiaton viesti
Elektronit kulkevat ydintä ympäröivässä tilassa. Elektronikuoret kuvaavat eri energiatasoja. Siellä se Sinivirran fotoni on nyt sitten sähläämässä seassa.
Ilmoita asiaton viesti
Ei ole olemassa käytännön reaalista fyysistä tulkintaa sellaisille matemaattisille rajatapauksille kuin täydellinen massattomuus tai absoluuttinen alku.
Vallitsevan gravitaatioteorian maailmankuvassa ilman alkuräjähdystä ei ole aikaakaan, joten pohditaan sitä edeltäviä asioita joskus paremmalla ajalla, pun intended.
Nykyään kaikki sanomme huolettomasti, että pimeä energia ja pimeä aine ovat 93%–95% maailmankaikkeudesta ja toistaiseksi ”hukassa”, kun ei ole yksimielisyyttä niiden koostumuksesta.
Mutta jos ne eivät olisi jollakin tapaa massaa eli energiaa, emme voisi puhua prosenteistakaan.
Ilmoita asiaton viesti
Kyllä juuri näin.
Ilmoita asiaton viesti
”Ei ole olemassa käytännön reaalista fyysistä tulkintaa sellaisille matemaattisille rajatapauksille kuin täydellinen massattomuus tai absoluuttinen alku.”
Ei tämän pitäisi olla näin vaikeaa. Nolla on nolla, sekä matematiikassa, että fysiikassa. Ja absoluuttinen alku on siinä, kun ensimmäinen asia tapahtui. Aika ei kulu, jos mitään ei tapahdu. Eli, aika on paikoillaan, tapahtumat tapahtuu.
Ilmoita asiaton viesti
Suhtaudun tähän huumorina, tietenkin 🙂 Vaikeatahan tämä ei ole. Reaalifysiikassa ei ole sellaisia asioita kuin nolla, ei mitään ja paikoillaan. Mutta niistä on ollut kovasti hyötyä asioiden selittämisessä. Koskee keskiajan tiedettä, Newtonia ja Leibnizia, kvanttielektrodynamiikkaa ja suhteellisuusteoriaa.
Ehkä vanhin (!) fysiikan kysymys on, voiko olla aikaa, jos mitään ei tapahdu.
Ilmoita asiaton viesti
Joo, ja kreikkalaiset matemaatikot olivat myös sitä mieltä, että nolla ei ole numero. Onko tämä nyt sitä kvanttimekaniikan filosofiaa mitä Feynman piti tuottamattomana turhuutena?
Ilmoita asiaton viesti
Eivät he sitä mieltä olleet. Nollaa ei vain ollut keksitty, kun se on nimenomaan vain numero. Todellisuudessa ei ole sen kummemmin tyhjää tilaa kuin differentiaalejakaan, mutta onneksi matematiikassa on.
Ilmoita asiaton viesti
Tästä kyllä kinaan vastaan. Kreikkalaiset tiesivä, että nolla on olemassa, mutta eivät pitäneet sitä kelvollisena numerona. Aristoteles väitti, että nollalla ei voi jakaa.
Ilmoita asiaton viesti
”Esittämäsi väittämä näyttää sekoittavan käsitteitä suhteellisuusteoriasta ja kvanttimekaniikasta”
Joo pitää paikkansa, mutta Einsteinillä oli sama ongelma. Siksi hän kirjoitti erityisen suhteellisuusteorian ja valosähköisen ilmiön eri artikkelina, vaikka ne julkaistiin samassa lehdessä vuonna 1905
Ilmoita asiaton viesti
Selvää on, että seuraava standardimalli yhdistää jollakin tavalla kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian. Jos sinulla on se jo taskussa, kerro ihmeessä vaikka kvanttisilmukkagravitaation etsijöille 🙂
Ilmoita asiaton viesti
”Voisitko samalla esittää formaaliset eroavuudet, Einsteinin ja Feynmannin tulkinnasta?”
Eikös tuo ole niin, että Feynman jatkaa siitä, mikä Einsteinillä jäi kesken. Einstein selvitti valon luonteen perusasiat. Feynman pohtii nyansseja, joihin kuuluu fotonin mahdollinen elinaika. Sitä tosin ei ole vielä todistettu kokeellisesti kuten Einsteinin väittämät.
Ilmoita asiaton viesti
Piti vastata tuonne ylemmäksi, mutta tulikin vahingossa tähän kohtaan.
Ilmoita asiaton viesti
No sattuuhan sitä. Eiköhän ne kaikki kvanttifyysikot lähteneet kehittämään Einsteinin ajatuksia.
Minulle on tullut sellainen käsitys, että Richard Feynmanilla oli ainutlaatuinen ja hieman epätavallinen tulkinta kvanttimekaniikasta, jota usein kutsutaan ”hiljaa ja laske” -lähestymistavaksi. Vaikka hän ei ehdottanut uutta tulkintaa kvanttimekaniikasta samalla tavalla kuin muut, kuten Niels Bohr tai Hugh Everett, Feynmanin näkökulma korosti kvanttimekaniikan pragmaattista käyttöä sen sijaan, että olisi sukeltanut syviin filosofisiin kysymyksiin sen merkityksestä.
Feynmanin näkemys voidaan tiivistää seuraavasti:
Feynman uskoi, että kvanttimekaniikan ensisijainen tarkoitus oli tehdä tarkkoja ennusteita ja laskelmia fyysisten järjestelmien käyttäytymisestä. Hän ajatteli, että liian paljon aikaa ja vaivaa oli käytetty yritettäessä ymmärtää kvanttimekaniikan filosofisia vaikutuksia, joita hän piti tuottamattomana.
Feynman esitteli kvanttimekaniikan polun integraaliformuloinnin, joka on erilainen matemaattinen lähestymistapa kvanttiongelmien ratkaisemiseen verrattuna perinteisempään aaltofunktiopohjaiseen Schrödingerin yhtälöön. Polkuintegraali lähestymistapa sisältää kaikkien mahdollisten polkujen summaamisen, jonka hiukkanen voi kulkea laskeakseen tietyn tuloksen todennäköisyyden. Feynman havaitsi tämän muotoilun olevan intuitiivisempi ja käytännöllisempi tapa ratkaista kvanttiongelmia.
Hän kritisoi usein yrityksiä tulkita kvanttimekaniikkaa klassisten käsitteiden kannalta. Hän sanoi kuuluisasti: ”Luulen, että voin turvallisesti sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa.” Sen sijaan, että takertuisi keskusteluihin siitä, mitä kvanttimekaniikka ”tarkoittaa”, hän rohkaisi fyysikoita käyttämään sitä työkaluna ennusteiden tekemiseen ja tulosten laskemiseen.
Pohjimmiltaan Feynmanin tulkinta, jos sitä voi sellaiseksi kutsua, oli enemmän kvanttimekaniikan hyödyllisyyden korostamista matemaattisena viitekehyksenä ennusteiden tekemiselle sen sijaan, että yritettiin tarjota filosofista tai ontologista ymmärrystä kvanttimaailmasta. Hänen lähestymistapansa on vaikuttanut kvanttikenttäteorian ja kvanttielektrodynamiikan kehittämiseen muiden fysiikan alueiden ohella, ja se on edelleen käytännön opas monille fyysikoille nykyään.
Vielä tuohon nollaan, absoluuttiseen ja äärettömään. Ne ovat periaatteessa kaikki käsitteitä, joita voitaisiin kuvata ”asymptoottisiksi”.
Ilmoita asiaton viesti
” Hän ajatteli, että liian paljon aikaa ja vaivaa oli käytetty yritettäessä ymmärtää kvanttimekaniikan filosofisia vaikutuksia, joita hän piti tuottamattomana.”
Kvanttimekaniikan filosofia on kaikkien harrastelijafyysikoiden suosikkiaihe, koska hienoja teorioita voi synnyttää omassa päässä, ja matematiikkaa ei tarvitse osata. Itsekin tähän syyllistynyt.
Ilmoita asiaton viesti
Because a photon doesn’t experience time its life can’t be long nor short.
Ilmoita asiaton viesti
Tottakait suhtaudun tämän kaltaisiin blogeihin vakavasti. Hyvä ihan oikeasti. Kuitenkin loppupeleissä, mietin universumia, no sanotaan turhanpäiväisenä juttuna. Siellä se on varmaan hyvä, jossain. Univrsumi versus minä itse. Sillä ei ole merkitystä. Universumi jää kakkoseksi.
Ilmoita asiaton viesti
Vaikka fotonit itse eivät ”koe” ajan kulumista ja niiden ”elinikä” on nolla omasta näkökulmastaan, ne voivat joutua vuorovaikutuksille ja muunnoksille aineen ja kenttien läsnäollessa, joten niillä ei ole äärettömät elinajat koko maailmankaikkeuden kontekstissa. Et kai niin väittänytkään, mut tuli vaan yxkaks mieleen.
Ilmoita asiaton viesti
Ei olisi kiva olla fotoni. Kun se menee valon nopeutta, se ei näe, että aika kuluu. Kun se pysähtyy, se huomaa ajan ja kuolee heti.
Ilmoita asiaton viesti
Ihan niinku tää ihmisen elo, ohi on ennen kuin huomaakaan ;O
Ilmoita asiaton viesti
Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan maailmankaikkeus ei ole konservatiivinen, eli energian säilymisen lait eivät suuressa mittakaava ole voimassa. Siis valon energia voi haihtua, tai voi olla haihtumatta!
Jos maailmankaikkeus laajenee laajenemistaan, jostain taivaallisesta objektista lähtenyt valo väljähtyy, eli muuttuu yhä vähemmän tiheäksi 1/r^2 lain mukaisesti.
Ilmoita asiaton viesti