Efectul de observator si principiul incertitudinii

Eu nu-mi bat capul să mă întreb de ce natura funcţionează aşa, asta e o întrebare care mă depăşeşte. Îmi place însă să mă joc, dacă asta este regula jocului.

virgil a scris:
Mi-ai dat exemplu cu dezintegrarea beta a neutronului, care este un ansamblu de 3 quarci, nici un electron, nici un neutrino. Dar iata ca prin dezintegrare, un quark down devine up, rezultand un proton si restul un electron si un antineutrino. Dar nici electronul, si nici antineutrino nu erau acolo, sau poate ca erau intr-o forma latenta, pe care noi nu o vedem, dar cum este posibil acest lucru?

Particulele nu erau ”într-o formă latentă”, ele nu existau de dinainte sub nici un aspect, ele pur și simplu au fost create.  

Este exact situația pe care o ai la dezexcitarea atomului. Inițial ai un atom într-o stare excitată, la final ai un atom pe o stare mai joasă (sau chiar pe starea fundamentală), și un foton. Fotonul acela a fost creat.

virgil a scris:Intr-adevar, fizica ne arata cum functioneaza natura, nu de ce functioneaza asa. Numai ca noi ne intrebam, de ce functioneaza asa. Adevarul este ca noi nu stapanim tot ce se cunoaste, dar ne intrebam deseori, de ce este asa, si mereu mai largim putin sfera cunoasterii.
Mi-ai dat exemplu cu dezintegrarea beta a neutronului, care este un ansamblu de 3 quarci, nici un electron, nici un neutrino. Dar iata ca prin dezintegrare, un quark down devine up, rezultand un proton si restul un electron si un antineutrino. Dar nici electronul, si nici antineutrino nu erau acolo, sau poate ca erau intr-o forma latenta, pe care noi nu o vedem, dar cum este posibil acest lucru? este posibil daca admitem ca in stare latenta, in natura exista perechi de particule si antiparticule legate intre ele ca o haltera, si numai in anumite cazuri se rupe legatura halterei, punandu-se in libertate una din particule, in timp ce cealalta participa la o noua combinatie. ..... Cred ca in mod normal particulele sunt raspandite peste tot, fiind in stare latenta in cupluri de particule-antiparticule sau cum ii numesc eu, dubleti-zero activi, iar aceste cupluri participa la reactiile de dezintegrare, prin a caror descompunere rezulta rezidurile dezintegrarii, care constau in jumatati de perechi de particule, sau antiparticule. Astfel la mezonul initial unul din quarci se transorma in antiquarcul celuilalt, impreuna formand un dublet zero activ, adica din punct de vedere fizic este transparent sau inexistent, deoarece nu poate fi pus in evidenta, amestecandu-se in oceanul de particule al spatiului. Odata cu transformarea quarcului are loc si o rupere de alti dubleti precum (e,+e); (ve,~ve); si (vmiu,~vmiu); din a caror combinatie cu quarcul down va rezulta quarcul up, ramanand desperecheati un electron, un neutrino electronic si un neutrino miuonic, care sunt pusi in libertate. In felul acesta in urma oricarei reactii de dezintegrare se justifica aparitia particulelor sau antiparticulelor reziduale. Acest mod de a privi lucrurile ne ajuta sa intelegem in ce consta structura quarcilor, care de fapt nu sunt particule elementare precum electronul sau neutrino. Insasi mezonul miu nu este o particula elementara, el fiind o combinatie de doi quarci.

virgil a scris: Desigur atomul este mai complex, si faptul ca el se afla in spatiul electromagnetic in care energia este discreta, si caracterul emisiei de energie capata un caracter discret, favorizand ideia de nastere a fotonului, ....

Dar nici electronul, si nici antineutrino nu erau acolo, sau poate ca erau intr-o forma latenta, pe care noi nu o vedem, dar cum este posibil acest lucru? este posibil daca admitem ca in stare latenta, in natura exista perechi de particule si antiparticule legate intre ele ca o haltera, si numai in anumite cazuri se rupe legatura halterei, punandu-se in libertate una din particule, in timp ce cealalta participa la o noua combinatie. ..... Cred ca in mod normal particulele sunt raspandite peste tot, fiind in stare latenta in cupluri de particule-antiparticule sau cum ii numesc eu, dubleti-zero activi, iar aceste cupluri participa la reactiile de dezintegrare, prin a caror descompunere rezulta rezidurile dezintegrarii, care constau in jumatati de perechi de particule, sau antiparticule.

Nu cred că în spatiul atomic energia este discretă. Această caracteristică e dată de existenta unui număr natural de particule, cu o anumită energie, ce determină "straturi" de intensităti de cîmp electromagnetic. În interiorul orbitei sale, un electron îsi face de cap, luînd o infinitate de pozitii si stări, într-un spatiu determinat de cîmpuri de o oarecare intensitate.  

omuldinluna a scris:În fizică, cuantificarea energiei pentru stările legate rezultă din condiţiile de frontieră pe care trebuie să le satisfacă soluţia ecuaţiei Schrodinger pentru a avea sesns fizic.

virgil a scris:

Nu cred că în spatiul atomic energia este discretă. Această caracteristică e dată de existenta unui număr natural de particule, cu o anumită energie, ce determină "straturi" de intensităti de cîmp electromagnetic. În interiorul orbitei sale, un electron îsi face de cap, luînd o infinitate de pozitii si stări, într-un spatiu determinat de cîmpuri de o oarecare intensitate.  

Statistica Fermi-Dirac nu permite doi electroni cu aceiasi stare energetica sa se afle pe o orbita, iar acest lucru s-ar traduce, asemanand atomul cu o vioara, ca nu pot exista doua strune identice la o vioara. Iar cea mai mica diferenta de energie intre doi electroni este de 1/2h, adica cel putin spinul care trebuie sa fie diferit. Normal sa ne intrebam, de ce asa? pentru ca in caz contrar electronii s-ar comporta conform statisticii Bose-Einstein, in care toti electronii ar cadea pe nucleu si atomul s-ar autodistruge.

negativ a scris:
"pentru ca atomul să existe, electronul nu trebuie să cadă pe nucleu şi nici să fie infinit de departe faţă de acesta" Dar conform cărei legi fizice ? Am tot zis că lucrez la formula asta pentru a o explica, dar spre rusinea mea nu m-am prea ocupat în ultimul timp .Orice fizician foarte bun, poate stabili postulate care să explice fenomene pe care nu le întelege.
Trebuie cumva scăpat de postulatele astea si găsită explicatia reală, bazată exclusiv pe principii si postulate universal valabile, si nu pe unele cu domeniu de aplicabilitate restrîns.

O sarcină electrică accelerată pierde energie prin radiaţie, şi în cazul unui atom timpul de viaţă până la căderea pe nucleu ar fi de ordinul nanosecundei, ori aceştia ţin o veşnicie. Rămâne adevărat faptul că electronul şi nucleul interacţionează prin intermediul câmpului coulombian, dar legea fizicii nu mai este dată de ecuaţia lui Newton, ci de cea a lui Schrodinger.

omuldinluna a scris:Dacă aplici formula aceea şi păstrezi mecanica clasică, atomul nu mai există. 

O sarcină electrică accelerată pierde energie prin radiaţie, şi în cazul unui atom timpul de viaţă până la căderea pe nucleu ar fi de ordinul nanosecundei, ori aceştia ţin o veşnicie. Rămâne adevărat faptul că electronul şi nucleul interacţionează prin intermediul câmpului coulombian, dar legea fizicii nu mai este dată de ecuaţia lui Newton, ci de cea a lui Schrodinger.

omuldinluna a scris:Păi nu e nici undă, virgil, asta e problema. Vedeţi bine că dacă ne batem capul cu ceea ce e, sau nu e, nu ajungem nicăieri. Din punct de vedere fizic nu avem cum să spunem ce este electronul, putem doar să observăm ce face şi să ne dăm cu părerea pe marginea subiectului.

Până la urmă, gândirea ar fi următoarea: indiferent ce e, electronul (atomic să zicem) ca sistem fizic există într-o stare determinată de anumiţi parametri (energie, moment cinetic orbital, spin) care pot fi măsuraţi. Mai departe, ca să învâţ ceva despre natură trebuie să aflu ce anume îl face să treacă dintr-o stare în alta, şi cam asta-i toată şmecheria cu mecanica cuantică. Unii oameni calculează cum se schimbă starea electronului când i se întâmplă diverse lucruri, iar alţii construiesc diverse jucării pe baza acestor socoteli.

De ce factori crezi ca este determinata sarcina unei particule ?

Sunt o mie şi una de rezultate şi aplicaţii ale acestui fenomen, un lucru interesant pe care ţi-l menţionez acum e că particula emite radiaţie perpendicular pe direcţia de accelerare.

omuldinluna a scris: ... Ai o mică scăpare în raţionament. Dacă energia totală este negativă nu înseamnă neapărat că viteza e imaginară. Energia e negativă atunci când energia potenţială este mai mare decât energia cinetică, lucru care este valabil în orice sistem legat. Viteza devine imaginară doar când energia cinetică este negativă, lucru ce este considerat a fi din punct de vedere fizic un nonsens.

omuldinluna a scris:CAdi, mişcarea este în câmp central, pentru că forţa dintre cele două particule (chiar formula dată de tine acum câteva mesaje) este centrală. După cum vezi, depinde numai de distanţa dintre ele. Hai să fiu mai explicit.

Forţa este , unde e este sarcina electronului. Ea este orientata radial si in consecinta campul este central (independent de directie). La o analiza clasica, daca neglijezi emisia de radiatie ai o analogie perfecta cu ce am scris pe topicul meu. Astfel, in cazul clasic rezulta ca atomul poate avea orice energie intre si 0, iar daca iei in calcul emisia de radiatie, rezulta ca sistemul are si un timp de viata finit. Energia il paraseste sub forma de unde electromagnetice, iar electronul cade pe nucleu. In formula aceea, m e masa particulei, k e o constanta a potentialului ce depinde de sistemul de unitati ales si de interactie (poti sa pui gravitatie, interactie electrostatica sau altceva daca vrei), iar l este momentul cinetic.

Noi observam insa ca atomul de hidrogen este stabil in timp, si ca spectrul energetic este foarte diferit de predictia clasica. Energiile sale sunt , unde k este iarasi o constanta ce tine de sistemul de unitati ales (S.I., unitati gauss sau altceva), e este sarcina electronului, me masa acestuia, hbar e constanta lui Planck si apare si numarul intreg si pozitiv n care cuantifica energia. Interesant e ca energia nu depinde de momentul cinetic, iar pentru fiecare stare energetica gasesti (daca te uiti prin socoteli) ca exista n configuratii de moment cinetic ce impart aceeasi energie.

Lucrurile astea sunt validate de experienta. Pana la urma, ceea ce observi este cam asa ceva pentru un atom de hidrogen.



In concluzie predictia clasica e ca sistemul poate avea orice energie negativa, ca radiaza continuu si ca are un timp de viata finit, pe cand predictia cuantica este ca sistemul este stabil si ca are o energie discreta. Mai mult, reproduce cu mare acuratete valorile experimentale, mai putin structura fina a spectrului pentru care trebuie sa treci in regim relativist. Ce nu poate sa faca mecanica cuantica in forma aceasta e sa-ti spuna de ce au loc tranzitii spontane in atom; pentru asta trebuie sa iei in calcul interactia sa cu vidul.

.

P.S. Vezi ca formula ta este gresita caci sarcina electrica a protonului este diferita de sarcina
electrica a electronului si atunci nu mai ai e^2 !

Intai trebuie sa determinam ce este electronul unda sau corpuscul ?
Pentru ca daca este o unda ,cum poti sa-I gasesti centrul de masa avand in vedere ca unda este distribuita uniform peste tot ?

De la experientele lui Young incoace s-a constatat ca particulele care se considerau niste corpusculi sunt mai mult de atat si se deplaseaza in spatiu ca o unda !

In timp ce o particula-luata ca si corpuscul se poate localiza foarte usor aplicand mecanica newtoniana- clasica stiind masa ,vectorul de pozitie al particulei in spatiu si vectorul viteza, atunci cand intervine caracterul de unda ,localizarea sa nu mai este asa de simpla si aici intervin relatiile de incertitudine ale lui Heisenberg ! Multi matematicieni si fizicieni renumiti, Louis de Broglie aliat cu Erwin Schrodinger ,Fourier, au incercat sa ordoneze sau sa localizeze acest character dublu unda- corpuscul dar ecuatiile lor se impotmolesc toate in final, ei reusind sa descrie starea particulei, dar nu sa localizeze in spatiu pozitia.

Pentru ca daca ai face acest lucru ,multi savanti spun ca ai gasi cheia evolutiei Universului si ai putea prezice evolutia si cursul evenimentelor viitoare!

De ce nu poti sa gasesti pozitia undei ? hai sa-ti explic:
Pentru ca alaturi de factorii de mai sus mai intervine si cantitatea de miscare respective impulsul unei particule P=mv.Atunci cand aceste valori ; m,v,r, P saunt cunoscute, pentru o particula la un moment dat ,sa zicem ,,moment initial '' si cand se cunoaste de asemenea si campul de forte care actioneaza asupra sa (faimoasele ecuatii ale lui Maxwell) legile si formulele mecanicii clasice permit sa se determine marimile fundamentale ale centrului de masa : adica pozitia si vectorul viteza al cuantei pentru orice moment ulterior, adica o anticipare a miscarii….
Dar din nenumarate experiente de laborator, s-a constatat ca nu se pot determina cu certitudine aceste marimi ! Adica daca se cunoaste pozitia, nu se poate determina viteza, si daca cunoastem viteza ,nu putem determina pozitia !

Sa-ti dau un exemplu :
Pozitia electronului de Hidrogen este considerate a fi o sfera (ca fiind volumul minim ocupat ) in jurul nucleului de Hidrogen.
Pornind de la aceste constatari, Heisenberg a aratat ca este imposibil sa se cunoasca in acelasi timp aceste doua date cu o precizie desavarsita si ca masurarea precisa a unei marimi , atrage imprecizia masurarii celeilalte si in acest sens a devenit faimos Principiul de Incertitudine a lui Heisenberg. Ori noi cunoastem acum prin functiile de unda de Broglie si Schrodinger, probabilitatea localizarii pachetului de unde atasat unui corpuscul atunci cand evolueaza intr-un camp, tinand insa cont de : viteza experimentala a corpusculului (care devine viteza pachetului de unde ), a masei sale si de impuls P. Nu vom cunoaste insa niciodata pozitia sa :ti-am mai spus din ce considerente ….

Daca tu vei localiza insa in cadrul miscarii in camp central, pozitia viitoare a acestor particule (correlate cu viteza si impulsul) vei fi peste Schrodinger ,De Broglie si Heisenberg si vei fi la fel de celebru ca Einstein dar lasa-ma sa ma indoiesc…