3. ENERGIA. E o =mv 2 = 4, J (3.1)

Transkriptio

1 3. NRGIA Hiukkasfysiikan energiat ovat aivan eri asioita ja erilaisia iliöitä kuin akroskooppisen fysiikan energiat. Siten esierkiksi äänihiukkaset ja valohiukkaset saavat nopeutensa ypäröivistä kentistä eikä niitä itenkään voida heittää kuten tennispalloa. Kun tennispallo laitetaan kulkeaan kohden liikkuvan peilin väliä, niin sen nopeus ja sen luovuttaa liikeäärä vähenevät nopeasti. Kun fotoni laitetaan kulkeaan kohden liikkuvan peilin väliä, niin sen nopeus säilyy aina ennallaan ja se luovuttaa saan liikeäärän yhä uudelleen, äärettöästi. Nobel-fyysikko Richard Feynan on todennut, ettei energialla ole fysiikan todellisuutta, ikä tarkoittaa sitä, että energia on vain fysiikan ateaattinen abstraktio. Kun on oleassa vain assan ateaattista energiaa, niin tään takia ei tietenkään ole oleassa inkäänlaista assan uuttuista energiaksi tai päinvastoin. Näin olen yärtänyt insteininkin asiaa käsitelleen, istä kuitenkin on tullut yllättävän oneen paikkaan päinvastainen väännös. Tää fysiikan ateaattinen abstraktio, jota kutsutaan energiaksi, on onin tavoin hyödyllinen käsite. Kun yksinkertaisiillaan ekaniikassa sillä voidaan käsitellä heiluria ja sähköopissa uuntajia, niin hiukkasfysiikassa se on aivan verraton työkalu. Tää johtuu siitä, että on oleassa kaikille säännöllisille hiukkasille saansuuruinen ateaattinen energiavakio o v 4, J (3.) issä nopeus v on nienoaisesti hiukkasen oinaiskentän nopeus, ikä voi olla saa tai eri suuri kuin hiukkasen liikenopeus. Tään yhteys tunnettuihin elektronien ja vetyatoien energioihin löydetään seuraavasti. Kun peruselektroni on e o 8, kg ja laboratorioelektroni e 9 9,. 0-3 kg on näistä rakennettu kokonaisolio e 9. (5e o +4. q o ) 0,7795. e o 9,. 0-3 kg, niin tällainen 5 elektronin e o erillinen joukko antaa ateaattiselle energialle tuloksen /. 0,7. 4,6. 0-9, J (3.) 3, ev ikä on tunnettu vetyatoin perustilan energia. Tulos 3. on universaali ateaattinen energiavakio. Mateaattisen energiavakion o v 4, J avulla voidaan ratkaista ja selvittää onia asioita, esierkiksi yhtälöiden c ja hf todellisuus ja pätevyys. nsiäiseksi on kuitenkin aihetta todeta se avaintärkeä asia, että säännöllisillä vapailla hiukkasilla Planckin energia hf on käänteinen uille energioille. Pieni hiukkanen värähtää useain kuin suuri ja kun tätä ei ole huoattu, niin assat ja energiat ovat kääntyneet ylösalaisin suuressa osassa hiukkasfysiikkaa. Tältä vakavalta tosiasialta ei fysiikkaa pelasta ikään. sierkiksi Coptonin sirontakaavasta saadaan ω ω ÿω + c ( cosθ ) (3.3) ( cosθ ) hf f hf i c o (3.4)

2 + i c f (3.5) Tästä tulee näin, kun huoataan, että o c 8,. 0-4 Jh. f c ja valitaan θ π/. Lopputulos on siis käänteisten energioiden yhteenlaskuja kyllä se vain niin on, että hiukkasfysiikalle keskeinen energia hf on ylösalaisin uihin todellisiin energioihin nähden. Täsälleen saaan lopputulokseen ja päätelään tullaan tutkialla hiukkasfysiikalle keskeisiä käsitteitä redusoidusta assasta ja assakeskipisteestä. Kääntäen tään asian voi sanoa, että suuresta osasta hiukkasfysiikkaa ei tule yhtään itään, jollei näitä käsitteitä käytetä alkaen yksinkertaisiillaan vetyatoin käsittelystä. Tää ei kuitenkaan ole itään uuta kuin laskeista ylösalaisin olevilla energioilla, sillä redusoidusta assasta saadaan M red + M (3.6) M + red (3.7) + Mc c red c (3.8) + red M (3.9) Yhtälö 3.8 ei kuitenkaan todellisuudessa ole pätevä, vaan virheellinen ajattelu on tehtävä kahdesti ja siksi joudutaan asettaaan c h. f, joka viieksi ainittu tekijä sijoitetaan yhtälöön 3.9 ja sitten lasketaan käänteisillä energioilla. Planckin vakio h ei ole universaalivakio, vaan se on tarkalleen yhden ainoan äärätyn elektronin oinaisuus, kuten kohdassa tarkein selvitetään ja jokaisella hiukkasella on oa h, ikä 0 kun 0. Jos nyt tehdään ateaattista väkivaltaa ja laitetaan h vakioksi kaikille hiukkasille, niin saadaan ylösalaisin olevat energiat. Alkuperäinen syy tähän erkilliseen ylösalaisin kääntyiseen on todennäköisesti hiukkasen kentän käänteisalkiot, sillä kun asiat käännetään kahdesti ylösalaisin, niin ne luonnollisesti ovatkin taas oikein päin, utta tällöin on lisäksi huoattava /37 n -kertainen pilkkoutuinen. Vetyatoin H kentän toinen kondensoituispiste on elektronien e o uodostaa ryhä 0,77. e o e 9 9,. 0-3 kg. lektronin e o käänteiskentän alkioryhä on valohiukkanen γ o 9, n, josta saadaan energiatulos hf λ hc 8 o,798 0 J (3.0) 3,6 ev ja γ o on se perushiukkanen, jota vetyatoi lähettää eräässä tilassa ypäristöönsä. Fysiikka on siis tehnyt tuloksen 3.0 ukaisen keinotekoisen ja voiakkaan kiinnityksen fotonin γ 0 ja energian 3,6 ev välille. Fotonin γ 0 oikea energia on kuitenkin tietysti tulos 3. saoin kuin elektronin e 0 ja kaikkien säännöllisten hiukkasten. Tään takia Planckin energiat ovat yleisesti, utta eivät aina, 0.7/ kertaa liian suuria sen lisäksi, että ne ovat ylösalaisin (vrt. kohta ). Vaikka Planckin energia hf on yhtä yksittäistä hiukkasta koskevana yksiselitteisesti ylösalaisin energiaan c nähden, niin tää suhde ei ole täysin lineaarinen. Tää johtuu siitä, että taajuus

3 f syntyy hiukkasen sähköjakeista, utta assa on luonnollisesti agneettijae + sähköjae, itä on valohiukkasten osalta yksityiskohtaisein selvitetty kohdassa. Tään takia sitten fysiikassa esiintyy energiassa hf yleisesti kertoiet N+ tai N+/. rikoisesti nyt on huoattava, että kun energia hf valitaan vakiotaajudella perusenergiaksi, niin tähän verrannolliset energiat hf (N + /) ovatkin nyt suhteellisina oikeinpäin energiaan c nähden. Valinta hf vakio vastaa sitä kohdassa esille tulevaa todellisuutta, että kullakin hiukkasella on oa h ja h 0 kun f, elkein lineaarisesti. Lisäksi on aihetta todeta, että kun on oleassa hiukkanen ja sille pilkkoutuneiden ja kääntyneiden kenttien joukko, niin kokonaisenergia saattaa olla joko suoraan verrannollinen tai kääntäen verrannollinen näiden kenttien alkioryhien taajuuteen. Tällaisesta suorasta verrannollisuudesta voidaan ottaa kaksi esierkkiä. Kun rautaliettä kuuennetaan, niin saalla kun sen tilavuus, läpötila ja energiasisältö atoia kohden kasvavat, niin kasvaa yöskin siitä lähtevän säteilyn taajuus, jolloin liesi uuttuu ensiksi punaiseksi ja sitten keltaisen kautta siniseksi, joten lähtevät hiukkaset pienenevät.. Kun voltin alkioryhä on 3,6. γ 0 f 3,6 f 0 / 3,6, /s ja jännite on kääntäen verrannollinen tähän alkioryhään, niin 9 voltin kentän alkioryhä on 3,6. γ 0 /9 f 9 9. f 3,6, /s. Toisin sanoen jännitteen ja erään kenttäalkion pienentyessä, niihin liittyvien eräiden käänteisalkioryhien taajuus yös kasvaa. Tästä saasta asiasta tulee ei-spesifinen röntgensäteilyn alaraja aallonpituudelle röntgenputkilla ja ns. Duane-Hunt sääntö λ 39 n / U säteilyn aallonpituuksille. Näistä kuassakin tapauksessa energian siirtyinen suureasta energiatilasta pienepään tapahtuu taas siksi, että edellä ainittujen alkioryhien kenttien alkioryhät ovat uudelleen kääntyneitä ja sekä läpötilassa että jännitteessä siirtyinen tapahtuu aina tasauksena saantapaisesti suureista alkioryhistä pienepiin. Näitä asioita on selitetty yksityiskohtaisein kohdissa A ja 4. Bohrin taajuusehtoon hf i - f liittyvät ylösalaisin olevat energiat ja näihin puolestaan liittyvät ateaattiset konstruktiot on selitetty kohdassa. Tässä yhteydessä on kuitenkin aihetta todeta, että yleisessä tapauksessa ei atoeilla ole itään elektronia e 9 9,. 0-3 kg, vaan kullakin atoilla on oanlaisensa elektronit ja että ei ole oleassa itään elektroneiden energiatasohyppyjä, joista syntyisi tunteatonta energiana. Kun noraaliolosuhteissa vetyolekyylin H yksi kenttä on rakenteeltaan uotoa / agneettijae (3.) / + 3 / + 5 / + 7 / sähköjae (3.B) niin elektroni ei hyppele tilojen /, 3/, 5/ ja 7/ välillä vaan koko ajan on oleassa elektronit e 0 /, 3e 0 /, 5e 0 / ja 7e 0 / sekä näiden kentät. Viieksi ainituilla kentillä on sitten vielä vastaava sisäinen jaollisuus ja kun kenttä on suuresta äärästä fotonialkioryhiä rakennettu, niin tällainen fotoniryhä voi irrota kentästä silloin, kun syntyy fotonipari tai kolen fotonialkioryhän yhdistelä. Tällainen eri syistä tapahtuva parin uodostus saattaa olla yleinen syy sähkökenttien säteilyyn ukaan luettuna auringon kroosfääristä syntyvä c:n säteily. Kun säännöllisillä hiukkasilla assa ja niiden kentän oinaisnopeus v on yhtälöllä 3. sidottu toisiinsa, niin yhtälö 0 c (3.)

4 pätee ainoastaan yhdessä ainoassa pisteessä ja tää päteispiste on perusfotonin γ o assa. Jos nyt asetetaan tää päteään ielivaltaiselle M assaiselle hiukkaselle M Mc N. c (3.3) niin vastaukseksi saadaan N-luku. Tää tarkoittaa fysiikan todellisuudessa vain, että hiukkanen M on jaettu N kappaleeseen erillisiä perusfotoneja γ o ja että tällöin syntynyt ateaattinen energia on luonnollisesti N kertaa yhtälö 3.. Tällä tavalla on hyvin yksinkertaista yärtää yhtälön M Mc sisältö, ikä siis vielä toistettuna tarkoittaa, että ateaattinen energia M on sillä hetkellä oleassa, kun assa M on pilkottu erillisiksi fotoneiksi γ o. Periaatteessa vertailuhiukkaseksi voidaan vastaavasti valita ikä tahansa perushiukkanen ja fotonin γ 0 valitseinen ja siis c:n valitseinen yhtälöön 3.3 on huonosti perusteltu, itse asiassa sitä ei ole perusteltu ollenkaan. insteinin idea siitä, että kysyyksessä olisi yleinen liike-energia c on virheellinen ja jos ahdollista, niin vielä virheellisepää on liittää tää akroskooppisten kappaleiden tai hiukkasten liikkeeseen. Kysyyksessä on yksinkertaisesti hiukkasfysiikan eräs perusyhtälö 3. eli 0 v ja sitten asettaalla nopeudelle v ikä tahansa vakioarvo, niin tällä yhtälöllä voi aloittaa laskeisen perustuen pohjiiltaan N-lukuihin. Tällä ajattelutavalla on selvä analogisuus Avogadronin lukuun ja yhtälöön pv. Pilkotaan eräs säännöllinen hiukkanen N-osaan, jolloin pätee N. o (3.5) Vastaavasti olkoon oleassa oniatoinen kaasu, joka yös voidaan pilkkoa N-osaan ja tehdään tää, tällöin pätee pv p. NV (3.6) pv N. pv (3.7) N. (3.8) Tulevaisuudessa voidaan huoata tää yhteys entistä syvälliseäksi, vaikkakin pv on vain likiarvoyhtälö eräille säännöllisille kaasuille noraaliolosuhteiden läheisyydessä. Aivan erikoisesti vielä kertauksena, että N-kertainen pilkkoutuinen johtaa N-kertaiseen ateaattiseen kokonaisenergiaan hiukkasfysiikassa ja että tää on yhtälön c perusidea, jolla on uodollinen analogisuus kaasuatoin N-kertaiseen pilkkoutuiseen. Mutta onko einsteinilaisen energian c ateaattinen pilkkoutuistulos N. γ o käytännössä lopputulos ja päätepiste? Vastaus on ehdottoan kielteinen jo hiukkasfysiikan nykytulosten valossa. Maapallon päällisissä oloissa voidaan olettaa, että pilkkoutuista voidaan jatkaa vähintään gravitaatiokentän kokoon teroni r o. Coptonin elektroni e c ja todennäköisesti pideällekin, kuten kiihdytinlaboratorien hiukkas-töräyskokeet osoittavat 400 MeV MeV (energioiden ylösalaisuus!) eli b-kvarkkiryhä esiintyy näissä poikkeavan runsaslukuisena ja kannattaa huoioida, että nää ovat yös eräitä näkyvän valon fotonien alkioita γ N /37 4 b N. Miten sitten yhtälö 3.3 voidaan käytännössä yärtää. Koska c vakio, niin jollain oikealla vakion asettelulla voidaan aina sanoa, että M ja N, ikä tarkoittaa, että energia on näin ajateltuna saa asia kuin assa ja saa asia kuin eräs hiukkaslukuäärä N. Tää ei selvästikään

5 enää ole ateaattinen abstraktio fysiikassa ja energian käsittäinen tällä tavalla on ajatuksellisesti aivan eri asia kuin ateaattinen abstraktio yhtälö 3.3. Mielenkiintoista on, että yhtälössä M N ja yhtälössä 3.3 ei kuassakaan ole väliä sillä, issä uodossa M ja N ovat. Tää on vastoin intuitiivisia käsityksiäe ja useita kokeellisen fysiikan todellisia tuloksia. Tää on kuitenkin yksinkertainen tosiasia fysiikassa ja lukua N voidaan kutsua energia-potentiaaliksi, illä on erilainen vaikutus erilaisissa fysiikan iliöissä. Tätä lukua N ei tule sekoittaa edellä Planckin energian hf. (N+) yhteydessä esiintyneeseen sähkökentän lukuun N. Se N istä nyt puhutaan sisältää kaikki jonkin joukon tai alkioryhän hiukkaset yhteensä N kappaletta. Tää äärittelynoainen N on aina vielä sisältä rakenteinen ja N A. B alkioryhien lukuäärä A x alkioryhien koko B. hkä liiankin yksinkertaisena esierkki tällaisista joukoista on sähköteho P I. U alkioryhien lukuäärä I x alkioryhien koko U. Tässä I vastaa agneettijakeita ja U vastaa sähköjakeita, jolloin eräs yksi jännitekvantti I + U + (N - ) N. Sähkökentän vahvuus on siis N, ikä on saa asia toisin päin kuin edellä Planckin energian yhteydessä oleva N +. ro on vain siinä, iten N ääritellään. Kun nyt yhtälön 3.3 energia yärretään energiaksi N hiukkaslukuäärä, niin onet fysiikan iliöt on helppo yärtää. Läpötila T N T eräs alkioryhän koko ja läpötilan tasaantuinen sekä läönsiirto ovat N T -luvun tasaantuista. Kun jännitekenttien käänteiskentissä pätee 3,6. γ 0 V (3.9) ja jännite U volttia tulee jännitekentissä yhtälöstä 3,6. γ 0 /U U volttia (3.0) niin näyttää, että tässä asia onkin nurinpäin. Näin ei kuitenkaan ole, sillä käänteiskentässä ne ovatkin fotoniryhän 3. γ 0 / U käänteisalkioryhät b-kvarkkiryhät, jotka reagoivat joka värähdyksessä. Tällöin tapahtuu N-luvun tasaantuinen alkioryhissä saantapaisesti kuin läpötilan tapauksessa. Vastaava tilanne on valosähköisessä iliössä, issä säteilyn rajataajuutta suureilla taajuuksilla pieneillä fotoniryhillä saadaan iliö aikaiseksi. Tässä tapauksessa ne ovat fotonien käänteiskentän alkioryhät, jotka reagoivat atoin elektronikenttien alkioryhien kanssa siten, että tässäkin tapauksessa siirtyä on suureista N-luvuista pienepiin N-lukuihin. dellä esitetyissä tapauksissa on helppo yärtää, iten N toiii fysiikan todellisena energiana eikä ateaattisena abstraktiona. Kuitenkin N todettiin edellä energiapotentiaaliksi, ikä ei äärittele, issä uodossa N on, joten sen tulee toiia yös toisin päin toisin sanoen suurepien N-rakenteiden luoisen tulee olla yös ahdollista. Näin tapahtuukin esierkiksi silloin, kun elektroni luo fotoneja jännitekentästä tai kun kvarkin puolikas luo itselleen uuden puolikkaan gravitaatiokentästä tai kun suurten taivaankappaleiden sisällä ϕ-kentästä uodostuu uusia alkuaineita. Mahdoton ajatus ei ole sekään, että kentissä 00 kappaletta ykkösiä yhtyy spontaanisti ja uodostaa kentän, jonka koko on 00. Tää ielessä lukua N voidaan kutsua energiapotentiaaliksi aina ja sen konkretisoituinen on siten erillinen fysiikan iliöihin liittyvä asia. Yhtälöt 3. ja 3.3 saattavat antaa yärtää, että valohiukkanen γ 0 ja valohiukkasten oinaisnopeus c aapallolla on jotenkin erikoisen tärkeässä aseassa. Tää on väärin ja tulon c tilalle voidaan kirjoittaa ikä tahansa säännöllisen hiukkasen tulo x v x 0. Kun ajatellaan ydinvoiaa tai edellä esitettyjä esierkkejä, niin käytännössä energiasiirtyät N tapahtuvatkin Coptonin elektroniryhissä tai näistä rakennetuissa fononiryhissä ellei vielä sittenkin pieneässä ittakaavassa b-kvarkkien x x -tyyppiset alkioryhät. dellä esitetty N on siis vain

6 eräs alkioryhien lukuäärä ja tää alkioryhäkoko ja siten N voidaan valita ielivaltaisesti säännöllisistä hiukkasista, kunhan vain iloitetaan, iten ne on valittu. Hiukkasfysiikassa on voiassa N-lukujen häviäättöyyden laki, ikä tietyssä ielessä vastaa energian häviäättöyyden lakia sekä yhtälöitä o M v M ja c, utta akroskooppisen energian säilyislait eivät ole ollenkaan voiassa. Tätä näkökantaa esitti ensiäisenä tiettävästi Bohr 90-luvulla ja ainakin vielä 930-luvun alkupuolella, utta hänet tyrättiin. Tää asia on hiukkasfysiikalle todella ongelallinen ja nyt voidaan vielä aivan aiheellisesti kysyä, että illä tepuilla hiukkasfysiikka on saanut energian säilyislait pysyään voiassa, kun assat ja energiat ovat ylösalaisin? Pienellä ajattelulla voi laittaa fotonin kulkeaan kahden liikkuvaisen peilin välillä äärettöän kauan ja vähän eneällä ajattelulla voi todeta, ettei sen enepää eloton kuin elollinen luonto ole ahdollista, jos ne perustuvat tavanoaisiin energian säilyislakeihin. Tää johtaa toteaukseen, että on oleassa periäinen hiukkanen tai hiukkasryhiä, joilla on ihiskunnalle toistaiseksi tunteattoia oinaisuuksia, joilla ei edes ole niiä, lukuun ottaatta hiukkasfysiikassa yleisesti käytettyä sanaa itseisenergia. Tää assojen ja energioiden ylösalaisin olo, ikä on hallitseva hiukkasfysiikassa, koskee käytännössä erikoisesti atoivoialoita, joiden energia ei ole itse ytiistä peräisin vaan ytien ulkopuolisista kentistä. Tää on tarkein selvitetty kohdassa 0, utta todetaan tässä yhteydessä, että atoivoialoiden väärä energiaateatiikka ei selvästikään itenkään ole haitannut niiden toiintaa.