Materia w temp. bezwzględnego zera.

[Gość: .]

Nie jestem fizykiem!
Załóżmy, że mam kawałek metalu.
Ochłodzę go dokładnie do temp. bezwzględnego zera.
Jak się będzie zachowywał.
jak będzie wyglądał?

[madcio]

Po pierwsze, nie mamy arma... ups, to nie tu.
Jeszcze raz.

Po pierwsze, obnizenie temperatury do DOKŁADNIE zera absolutnego jest
NIEMOŻLIWE. Dziękuję za uwagę.

[Gość: .]

No dobrze, jeśli temp. absolutnego zera moze być tylko w teorii, to jak
teoretycznie zachowywałby się w niej kawałek metalu o który pytam.
A czym charakteryzyją się ciała w temp osiągalnej maksymalnie zbliżonej do tego
stanu?

to tak...

[Gość: ferrum]

> No dobrze, jeśli temp. absolutnego zera moze być tylko w teorii, to jak
> teoretycznie zachowywałby się w niej kawałek metalu o który pytam.

co do tego pytania to sytuacja jest podobna do tej gdybys pytał o to co by było
jakbyśmy rozpedzili coś do prędkości światła... nie da sie tego zrobić i ciezko
na ten temat teoretyzować....

> A czym charakteryzyją się ciała w temp osiągalnej maksymalnie zbliżonej do tego
>
> stanu?
co do drugiego pytania to nie wiem :)

[madcio]

> No dobrze, jeśli temp. absolutnego zera moze być tylko w teorii, to jak
> teoretycznie zachowywałby się w niej kawałek metalu o który pytam.
Ile to, teoretycznie, według ciebie zero dzielone przez zero?

> A czym charakteryzyją się ciała w temp osiągalnej maksymalnie zbliżonej do
> tego stanu?
Makroskopowe ciała to nie wiem. Co do atomów - się robi taki fajny kondensacik
Bosego-Einsteina.

en.wikipedia.org/wiki/Bose%E2%80%93Einstein_condensate

[losiu4]

madcio napisał:

> Ile to, teoretycznie, według ciebie zero dzielone przez zero?

a to już zależy od tego, jakie zero stoi w liczniku, a jakie w mianowniku ;)

Pozdrawiam

Losiu

[Gość: leonard3]

to9 jest niestety zwyklym rzemieslnikiem nauki. Dalem mu szanse wykazania sie
mysleniem. Ale biedak jak cos nie wygoogluje , to pomyslec samodzielnie
nie potrafi. Nic dziwnego , ze ta polska nauka to wszystko miernota.

[Gość: moveyourbody]

Co się z Tobą stało się ?
To forum jest smutne bez Ciebie :(

[losiu4]

Gość portalu: . napisał(a):

> No dobrze, jeśli temp. absolutnego zera moze być tylko w teorii

widzisz, chodzi o to, że własnie z samej _teorii_ wynika, iż tego sie nie da
zrobić :) no chyba że udałoby Ci sie _praktycznie_ zero bezwzględne osiągnąć...
wtedy możnaby coś powiedzieć :)

Pozdrawiam

Losiu

[t09]

nie jest to równiez stan, którego istnienie fizyka wyklucza. Wystarczy wziać
jakikolwiek podręcznik mechaniki statystycznej (dla niefachowców: "mechanika
statystyczna", "fizyka statystyczna" i "termodynamika statystyczna" to są
zasadniczo synonimy), i tam wiele razy mozna sie natknac na stwierdzenuia typu:
"w temperaturze absolutnego zera dany układ zachowywałby sie tak a tak...".
Przykład? Moge łatwo podać, bo własnie w przysżłym tygodniu będę przerabiała
takie zagadnienie. Mianowicie, teoria gazu elektronowego (często nazywanego też
"gazem Fermiego") w metalach. Rozważania zaczynamy od zachowania tego gazu w
temperaturze absolutnego zera.

Purysci beda sie stawiać, że nie w T=0, a przy T --> 0, co nie jest dokładnie
tym samym - ale w danym przypadku nie ma podstaw do przypuszczania, że pomiedzy
stanami w T=0 i T tylko nieslkończenie małym, ale jednak niezerowym, będzie
jakaś istotna róznica.

Co zaś do systemu bozonów, to można dokładnie powiedzieć, jak będzie sie on
zachowywał w temperatyurze zera bezwzględnego.

Zera bezwzglednego nie mozna osiagnąć, to jest dość powszecnie znana rzecz.
Mniej znaną rzecząjednak jest, że istnieją UJEMNE temperatury bezwględne. I nie
jest to wcale w dzisiejszych czasach taki znów bardzo egzotyczny stan.
Niewykluczone nawet, że ktoś z czytających te słowa będzie miał w kieszeni
układ, który może znaleźc sie w stanie ujemnej temperatury bezwględnej w wyniku
bardzo prostej czynnosci (prosze nie podejrzewać mnie o robienie tutaj głupawych
dowcipów).

[ciekawski11]

Czy przy tym stanie ustaje ruch w atomach?

Jeżeli tak, to dlaczego ujemne elektrony nie spadają na dodatnie jądra ?
Czy dlatego, że ustaje (jest zabroniony)ruch ?

[t09]

ciekawski11 napisał:

> Czy przy tym stanie ustaje ruch w atomach?
>

Nie, to nieporozumienie. W mikroświecie żaden ruch nigdy nie ustaje. Rzecz
polega na tym, że w temperaturze bezwzglednego zera wszyskie mikroobiekty
wchodzace w skład danego układu sa W STANIE PODSTAWOWYM (ground state), który
jednak nie jest w żadnym wypadku jednoznaczny z BEZRUCHEM.

W okolicach zera bezwzglednego totalnie juz zawodzi myslenie kategoriami fizyki
klasycznej.

Jeśli chodzi o zjawiska cieplne, to nie trzeba nawet jechać bardzo nisko z
temperaturą, żeby zobaczyć, jak fizyka klasyczna sie "wykłada". Manifestację
kwantowych praw mozna już dostrzec w zachowaniu tak z pozoru prostej cechy ciał,
jak ciepło właściwe.

Tak ca. 150 lat temu panowie Dulong i Petite odkryli takie empiryczne prawo, że
ciepło własciwe ciał stałych z duża dokładnością wynosi 3R/mol niezaleznie od
substancji (R to tzw. "stała gazowa" wystepująca w równaniu stanu gazu
doskonałego i wynoszaca 8.314 Joula/Kelvin dla jednego mola gazu). Jakis czas
pózniej udało się tę regularnosc wytłumaczyc na gruncie fizyki klasycznej, w
oparciu o tzw. "zasade ekwipartycji energii". Z zasady tej - wyprowadzonej
teoretycznie - wynika właśnie ta wartosć 3R. Dodatkowo, zasada ekwipartycji
energii przewiduje, że wartosc ta powinna byc stała w całym zakresie temperatur,
począwszy od najniższych.

No, ale w pewnym momencie dwaj Polacy, Olszewski i Wróblewski, dokonali
pierwszego w historii skroplenia powietrza, azotu i tlenu, co otworzyło drogę do
fizyki niskich temperatur. No i ludzie zaczęli mierzyć ciepło własciwe ciał w
zakresie az do temperatury ciekłego azotu (78 K) i zrobiła sie konsternacja, bo
sie okazało, ze w tym zakresie ciepło własciwe zdrowo odchyla sie w dół od
reguły Dulonga-Petite'a. Jak nauczono się uzyskiwac jeszcze niższe temperatury z
początkiem XX wieku, to już zobaczono, ze ciepło właściwe moze być dziesiątki,
setki razy niższe od wartosci 3R. I to wciąz jeszcze w zakresie teperatur nie
"podchodzącym" pod zero bezwzgledne.

Okazalo się, że to dziwne zachowanie ciepła własciwego w niskich (ale wcale
jeszcze nie tych "ultraniskich"!) temperaturach to nic innego, jak przejaw
kwantowej natury materii. Wytłumaczenie, podane przez Einsteina w roku chyba
1905, jest prościutkie i dzis wzór na zaleznośc ciepła własciwego od temperatury
wyprowadza sie zaraz na początku typowego kursu termodynamiki statystycznej, bo
jest to bardzo dobry przykład na zastosowanie metod tzw. "formalizmu
kanonicznego", który jest "koniem roboczym" we wspólczesnej fizyce zjawisk
cieplnych.

[ciekawski11]

> Nie, to nieporozumienie. W mikroświecie żaden ruch nigdy nie ustaje. Rzecz
> polega na tym, że w temperaturze bezwzglednego zera wszyskie mikroobiekty
> wchodzace w skład danego układu sa W STANIE PODSTAWOWYM (ground state), który
> jednak nie jest w żadnym wypadku jednoznaczny z BEZRUCHEM.

To wytłumaczenie mi się podoba i przypadkowo (chyba) pasuje do róznych
symulacji na gruncie fizyki klasycznej.

A dlaczego elektrony nie spadają na jądra ?

[t09]

ciekawski11 napisał:


> A dlaczego elektrony nie spadają na jądra ?

Z tej samej przyczyny, dla której nie spadaja na jadra i w temperaturze
pokojowej, i w temperaturze 1000 stopni. Bo nie mogą.

Gdyby mogły, to by spadały w każdej temperaturze.

Niestety o zjawiskach cieplnych źle uczą, stąd wiele nieporozumień i naiwnych
wyobrażeń.

Dam taki przykład. Wyobrażmy sobie układ fizyczny, składający sie z
"mikroobiektów", z których każdy moze przyjmować szereg stanów energetycznych.
Przypiszmy tym stanom numerki, według wzrastającej wartości energi:
E0, E1, E2, E3,... . Stan E0 to ten o najniższej możliwej energii, stan E1 to
stan o wyższej energii niz E0, ale niższej od E2, i tak dalej.

W teperaturze zera bezwzglednego wszystkie te mikroobiekty znajda sie w stanie
E0, a żaden z nich nie będzie w stanie E1, E2, i tak dalej.

Procent mikroobjektów, które znajdują sie w danym stanie, w jezyku zawodowym
nazywa się "obsadzeniem" lub "populacją" tego stanu. Zatem w temperaturze zera
bezwzglednego obsadzenie stanu E0 wynosi 100%, a każdego pozostałego stanu
wynosi 0%.

Teraz podnieśmy temperaturę naszego układu. Co sie dzieje? W układzie pojawiają
sie "wzbudzenia", tzn. mikroobjekty zaczynają przechodzić do wyższych stanów
energetycznych. Innymi słowy, obsadzenie stanów E1, E2, E3 zaczyna wzrastać.
Oczywiście, automatycznie obsadzenie stanu E0 musi maleć.

No i tutaj właśnie łatwo jest zrobić bład w rozumowaniu. Mianowicie, skoro
mikroobjekty stopniowo przechodzą do coraz wyzszych stanów energetycznych, to w
końcu satn E0 zostanie całkiem pusty - jego obsadzenie zmniejszy sie do zera.

No wiec, takie rozumowanie nie jest poprawne. Otóz obsadzenie stanów podlega
prawu, które stanowi, ze obsadzenie stanu o niższej energii zawsze musi byc
wyższe od obsadzenia stanu o energii wyższej. Matematycznie wyraża to tzw.
"czynnik Boltzmanna", czyli słynna funkcja exp(-E/kT). Jest to funkcja malejąca
- innymi słowy, im wyzsza energia, tym obsadzenie stanu jest niższe. I jest to
słuszne w KAŻDEJ temperaturze powyżej zera bezwzglednego.

Tak więc, sposród wszystkich mozliwych stanów, STAN PODSTAWOWY zawsze będzie tym
o NAJWIĘKSZYM OBSADZENIU.

Zatem - gdyby najniższy możliwy stan energetyczny atomu polegał na tym, ze
elektrony by pospadały na jądra, to w każdej temperaturze znaczna liczba atomów
by jeszcze pozostawała w takim stanie.



Innymi słowy,

[Gość: w++]

t09 napisała:

> Niestety o zjawiskach cieplnych źle uczą, stąd wiele nieporozumień i naiwnych
> wyobrażeń.

No właśnie. Też mam z tym problem, choć jakoś egzystuję. Tak mnie nurtuje, jakie
jest obrazowe "przejście" od skwantowanych stanów energetycznych do klasycznego
prostego modelu gdzie temperatura to średnia energia kinetyczna (prędkość ruchu)
atomów czy cząsteczek i jak się ma do tego stan eletronów w atomach . To tak a
propos tych ujemnych temperatur, które wspomniałeś ale jak widzę dotyczą raczej
elektronów.

[t09]

Gość portalu: w++ napisał(a):

> t09 napisała:
>
> > Niestety o zjawiskach cieplnych źle uczą, stąd wiele nieporozumień i naiw
> nych
> > wyobrażeń.
>
> No właśnie. Też mam z tym problem, choć jakoś egzystuję. Tak mnie nurtuje, jaki
> e
> jest obrazowe "przejście" od skwantowanych stanów energetycznych do klasycznego
> prostego modelu gdzie temperatura to średnia energia kinetyczna (prędkość ruchu
> )
> atomów czy cząsteczek...

To nie jest zupełnie tak. Z temperaturą sprawa jest bardziej złozona. Średnia
energia kinetyczna jako miara temperatury - owszem, takie cos wynika z tzw.
"kinetycznego modelu gazów", ale to nie jest zbyt ogólna teoria i odnosi sie ona
tylko do specyficznych układów (tzn. do gazów w pewnym zakresie temperatur i
koncentracji). Jeśli podchodzic ogólnie do zagadnienia temperatury, to trzeba ja
definiować w bardziej "wyrafinowany" sposób - jako pochodną energii danego
systemu wzgledem jego entropii. Jest w tym jednak już spora doza abstrakcji, bo
entropia to pojęcie wcale abstrakcyjne, nie?

Średnia energia molekuł jako miara temperatury zawodzi wszędzie tam, gdzie
zaczyna dominować kwantowa natura zjawisk. Chocby w przytoczonym przez mnie
przykładzie ciepła właściwego ciał stałych. Tak jak napisałem, ciepło to zaczyna
malec w niskich temperaturach.

Co powyższe oznacza w tłumaczeniu na zwykły "ludzki jezyk"? Ano, ciepło
właściwe, ujmując najprościej, to jest ilość energii, którą trzeba dodać do
układu, żeby jego temperatura wzrosła o jedna jednostkę (na przykład, żeby
podniesc temperaturę jednego mola substancji o jeden stopień Kelvina, trzeba
dodać do niego 25 Jouli energii).

Gdyby średnia energia molekuł była "dobrą" miarą temperatury, to dodanie takiej
samej "porcji" energii zawsze, w każdych warunkach, by podnosiło temperature o
tyle samo. Tymczasem, fakt, że ciepło własciwe w niskich temperaturach maleje
oznacza, że w takim wypadku potrzeba MNIEJ energii na podniesienie temperatury o
tyle samo! Wiec ten model po prostu tu zawodzi.

Żeby móc dobrze opisać temperature w zakresie, gdzie ona jest niska, nie mozna
juz tylko rozpatrywać samej energii - trzeba przyjrzeć sie tez entropii. Teoria
robi sie dużo bardziej skomplikowana. Ale nie aż tak bardzo skomplikowana, żeby
sie nie dawała "ugryźć". Prawdę powiedziawszy, duza częsc moich zawodowych
obowiazków polega na wprowadzaniu młodych adeptów fizyki własnie w zawiłosci tej
teorii. Nie jest to moze zajęcie, które jest "pasja mojego zycia" - wolałbym móc
sie zajmowac nieco innymi rzeczami. Ale na chlebus i masełko do niego trzeba
jakoś zarobić, więc człowiek musi robic to, co mu Szefowstwo nakazuje...


i jak się ma do tego stan eletronów w atomach .

Tu dotnałes waznego w wcale nie tak prostego zagadnienia. Najprostsza odpowiedź
jest taka: fizyka zjawisk cieplnych zawsze zajmuje się układami złozonymi z N
atomów, i naogół chodzi o duze N.

Pojedynczy atom znajduje sie wiec w otoczeniu znacznej liczby innych atomów
(najprostsza sytuacja jest taka, że wszystkie one sa jednakowe). Cały ten układ
N atomów ma jakąs tam temperaturę. No i teraz "pojedynczego członka tej
zbiorowości", czyli indywidualny atom, mozna uważac za "mikroukład" będący w
termicznej równowadze z całą tą resztą.

Dalej traktując sprawę według tej samej "linii ideologicznej", mozemy obliczyc
srednia energię indywidualnego atomu. Na którą bedzie sie skadać jego energia
kinetyczna, oraz energia jego "wewnetrznych stanów". Czyli własnie energia
wzbudzonych elektronów.

Jeśli takim "indywidualnym członkiem zbiorowosci" nie bedzie atom, tylko np.
molekuła (jak w przypadku chociażby wielu znanych gazów, które składaja sie z
dwu- lub wiecej atomowych cząsteczek - np. H2, O2, czy CO2), to te ich
"wewnętrzne" stany energetyczne pochodza nie tylko ze wzbudzeń elektronów
wzgledem jadra. Dużo ważnioejsze okazuja sie tzw. "stany rotacyjne" (cząsteczka
to jakby wirujaca "hantla", która ma pewien moment bezwładnosci), jak równiez
"stany wibracyjne". Te ostatnie biorą się z tego, że czasteczka to jakby kulki
połaczone sprezynkami i moga drgać, z czym wiaze siepewna energia. Stany
wibracyjne i rotacyjne mają dużo większy wpływ na własności gazów w "zwykłaych"
temperaturach, niz wzbudzenia poziomów elektronowych. Bo żeby np. w zwykłym
wodorze uzyskać znaczne "obsadzenie" PIERWSZEGO wzbudzonego poziomu
elektronowego (jego energia wynosi, o ile pamiętam, cos 10.6 eV powyżej stanu
podstawowego, czyli "najnizszego"), to trzeba by ten wodór ogrzać do temperatury
kiludziesięciu tysiecy stopni! Z tego m. in. powdu w widmie swiatła słonecznego
nie występuja wyrażne linie EMISYJNE wodoru, choć wodoru jest na powierzchni
Słońca pod dostatkiem. Ale teperatura powierzchni Slońca to "zaledwie" 6000
stopni, czyli jeszcze wciaz za mało, zeby uzyskać istotne wzbudzenie atomowych
poziomów wodoru - no, a żeby wodór wysyłał fotony odpowiadajace "opadaniu"
elektronów z tych wzbudzonych poziomów (czyli własnie owe "linie" czy "prążki
emisyjne"), to trzeba najperw te poziomy wzbudzić, nie?


To tak a
> propos tych ujemnych temperatur, które wspomniałeś ale jak widzę dotyczą raczej
> elektronów.


Niekoniecznie. Akurat pojęcie ujemnej temperatury bezwglednej pojawiło sie po
raz pierwszy w ramach badania magnetycznego rezonanu JĄDROWEGO. Wiele jąder
atomowych jest takimi mikroskopowymi "magnesikami". Maja bowiem spin, a spin
zawsze powoduje, ze cząstka posiada dipolowy moment magnetyczny, czyli własnie
zachowuje się jak malutki magnesik, czy malutka igiełka kompasowa.

Normalnie w rezultacie cieplnych fluktuacji w układzie z takimi jadrami beda one
ustaione choaotycznie, czyli połowa igiełek będzie "wskazywac pólnoc", a połowa
będzie "wskazywac południe". Jeśli jednak przyłozymy zewnetrzne pole
magnetyczne, to WIEKSZOSC igiełek sie ustawi w kierunku tego pola (im silniejsze
pole, tym więcej). No i jeśli teraz pole wyłaczymy, to co sie stanie? Ano,
system wróci do poczatkowego stanu fifty-fifty. Ale okazuje sie, że często wraca
nader POWOLI. Bo nie ma niczego, co daje tym jadrom od razu solidnego "kopa".

No i o takim układzie, w którym po wyłaczeniu pola wciaz trwa nierównowaga,
mozna powiedzieć, ze ma on UJEMNĄ temperature bezwzgledną.

Do tego jednak trzeba sie posłuzyc definicja temperatury, która podałem na
poczatku - ze jest to pochodna energii po entropii. Inaczej nie da sie tego
zrozumieć. A wiec, jest to pojecie jednak dosc abstrakcyjne.

Sa jednak "bliższe życiu" systemy o ujemnej tempreaturze bezwzględnej.
Zasadniczo takim systemem jest każdy pracujacy laser. Jednak tak sie złozyło, ze
fizycy laserowi wywodza sie z innej "szkoły", niz ci od jadrowego rezonansu
magnetycznego. No i zamiast używania pojecia "ujemnej temperatury bezwzględnej",
woleli wprowadzic swoje własne i intuicyjnie prostsze - mianowicie "odwróconego
obsadzenia stanów", czy "odwróconej populacji". Jednak z punktu widzenia fizyki
jest to dokładnie to samo, co "układ o ujemnej temperaturze bezwzględnej".

Żeby dodac jeszcze abrakadabry, zapytam: czy układ znajdujący sie w stanie
ujemnej temperatury bezwzglednej jest ZIMNIEJSZY od bezwzglednego zera? Otóz
nie! Prawidłowa odpowiedż jest: nie, układ u ujemnej temperaturze bezwzgłednej
jest GORĘTSZY od nieskończonosci! Nic nie bujam, stwierdzenie takie jest
absolutnie poprawne.

[Gość: w++]

t09 napisała:

> To nie jest zupełnie tak. Z temperaturą sprawa jest bardziej złozona.

Wielkie dzięki t09 że poświęciłeś czas i pomogłeś mi sobie "pozbierać do kupy"
zagadnienie temperatury, które w pewnych obszarach rzeczywiście bazuje na
uproszczeniach i to jakoś wystarcza.

> definiować w bardziej "wyrafinowany" sposób - jako pochodną energii danego
> systemu wzgledem jego entropii. Jest w tym jednak już spora doza abstrakcji, bo
> entropia to pojęcie wcale abstrakcyjne, nie?

No, fakt.
Co prawda mając już choćby śladowe pojęcie o entropii, to akurat udział entropii
w definicji temperatury pomaga w zrozumieniu skąd się bierze minus przy
temperaturach bezwzględnych związanych z ośrodkami w których zachodzi inwersja
obsadzeń.
Co prawda nie mam dalej pojęcia jak fakt ujemnej temperatury zgrać z drugą
zasadą termodynamiki a ściślej przy jej prostej definicji pochodzącej od
Clausiusa, co uznać w takim wypadku za temperaturę wyższą a co niższą.
Czy na przykład jaki wpływ ma ujemna bezwzględna temperatura atomów ośrodka w
konkretnym przypadku n.p. diody laserowej, z którą pod względem temperatury nic
się nie dzieje oprócz tego że się nagrzewa. Ale podejrzewam że podobnie jak
przytoczyłeś w przykładzie z wodorem, udział stanów energetycznych atomów w
wypadkowej temperaturze ośrodka lasera, będzie i tak będzie pomijalnie mały.


> To nie jest zupełnie tak. Z temperaturą sprawa jest bardziej złozona. Średnia
> energia kinetyczna jako miara temperatury - owszem, takie cos wynika z tzw.
> "kinetycznego modelu gazów", ale to nie jest zbyt ogólna teoria i odnosi sie on
> a
> tylko do specyficznych układów (tzn. do gazów w pewnym zakresie temperatur i
> koncentracji).

Tak mi się coś przypadkiem skojarzyło z neutronami, nie pytaj dlaczego ;).
I zaintrygowało mnie jak to jest w ich przypadku. Nie mają swoich elektronów,
nie sklejają się w cząstki itp. . Trochę pamiętałem sprawę neutronów termicznych
ale zwykle ten temat jest traktowany bardzo pobieżnie jako część innych zagadnień.

Pogrzebałem trochę i napotkałem zaskakującą jak dla mnie informację. Energia
kinetyczna atomów czy cząstek, jak to tutaj obrazowo wyłożyłeś, jako funkcja
temperatury dla materii złożonej z atomów jest tylko pewnym przybliżeniem,
słusznym w praktyce w pewnym zakresie warunków. Ale nie dla neutronów,
przechodzących przez pewne (złożone z lekkich jąder) ośrodki, gdzie zależność
jest super dokładna (chyba?) a wzór na zależność prędkości średniej od
temperatury tego ośrodka jest fascynująco prosty i nie powikłany jakimiś innymi
zależnościami.
Tak sobie myślę, że badanie widma prędkości neutronów w takim układzie było by
chyba jedyną praktycznie bezpośrednią i też może dokładną metodą pomiaru
temperatury bezwzlędnej. No tyle że chyba złożoność aparatury do tego rodzaju
badań raczej przesądza o tym że taki "termometr" jest bez sensu.

[ciekawski11]

Dziękuję za interesujący wykład na zbliżony temat.

Dalej jednak nie wiem dlaczego elektony nie spadają na jądra, niezależnie od
temperatury. "Bo nie mogą" wydaje mi się zbyt ogólną odpowiedzią.

Co równoważy przyciąganie mas z przeciwnymi ładunkami?

[t09]

ciekawski11 napisał:


> Dalej jednak nie wiem dlaczego elektony nie spadają na jądra, niezależnie od
> temperatury. "Bo nie mogą" wydaje mi się zbyt ogólną odpowiedzią.
>
> Co równoważy przyciąganie mas z przeciwnymi ładunkami?

Można by prawdopodobnie wyliczyć kilka powodów - ja podam pierwszy, który mi w
tej chwili przychodzi do głowy. Weźmy atom wodoru, najprostszy ze wszystkich.
Elektron nie moze "opaść" na proton, bo zabrania tego zasada zachowania momentu
pędu. Elektron ma spin ("wewnętrzny" moment pędu) 1/2 i proton też ma spin 1/2.
Gdyby sie miały połaczyć, to musiałaby powstać cząstka o spinie zero albo 1. A
takiej cząstki nie ma - neutron też ma spin 1/2.

Chociaż to nie jest może dobry argument może, bo odwrotny proces (rozpad
neutronu na elektron i proton) zachodzi - bilans momentu pędu sie wtedy zgadza,
bo w takim rozpadzie powstaje jeszcze neutrino.

Inna próba znalezienia szybkiego wyjaśnienia - no, ja powołałbym sie na Równanie
Schroedingara, wyrażające prawo fizyczne, któremu podlega wzajemny ruch protonu
i elektronu. Przez rozwiązanie R. S. otrzymuje się m. in. energie skwantowanych
stanów atomu wodoru, no i "elektron opadnięty na proton" nie jest jednym z tych
możliwych rozwiązań. Obawiam sie jednak, że ta odpowiedź też Pana nie zadowoli,
bo jest jakoś "mało poglądowa".

Muszę pomyśleć, może jednak coś "bardziej pogladowego" mi przyjdzie na myśl.

hipoteza + 0 -

[ciekawski11]

t09 napisał:
(...)
> Muszę pomyśleć, może jednak coś "bardziej pogladowego" mi przyjdzie na myśl.

Nie wykluczone, że wspólnie podejrzewamy to,
że ta hipoteza może być trafna:
forum.gazeta.pl/forum/72,2.html?f=32&w=48929234&a=48929234

Oczywiście gryzie się z Kanonami współczesnej fizyki.
Za to bardzo ładnie i poglądowo tłumaczy
np. dlaczego elektrony nie spadają na jądra.

Pozdrawiam.

[t09]

Czuje sie nieco zaambarasowany, że nie ptrafie udzielic "z marszu" prostej
odpowiedzi na pytanie, czemu takie zjawisko nie występuje.

Czuje więc potrzebę złozenia pewnych wyjasnień. Otoz, ja sie zajmuje zasadniczo
fizyka doswiadczalną dotyczącą pewnej wąskiej grupy zagadnień - no i głownie
uwage skupiam na nich i nie próbuję objac swoim niedoskonałym umyslem CAŁEJ
fizyki. Co do pewnych faktów leżących poza moja dziedziną, to przyjmuje je na
zasadzie "jest, jak jest", i nie próbuję ich dalej zgłebiać.

Na studiach fizycznych uczono mnie, jak każdego, najpierw mechaniki klasycznej.
Jeśli "po linii" tej mechaniki podejsc do atomu, to, oczywiście, należy
oczekiwać, ze elektrony opadna na jądra. No, ale wiedziałem już, ze to nie
następuje. I ze powodów, dlaczego nie następuje, trzeba juz szukac na gruncie
fizyki kwantowej.

Kiedy przyszła z kolei pora na zgłebianie tej ostatniej na studiach, to
dowiedziałem sie o prawch rządzącym ruchem cząstek w mikroswiecie. Pierwsza
podstawowa prawda, której nas uczono, było, ze prawa mechniki klasycznej na tym
poziomie juz nie obowiązuja. Niektóre pojecia z mechaniki klasycznej, np. toru,
traca w ogóle ważnosc. Czy miało to oznaczać, ze między mechanika klasyczna i
kwantową zachodzi sprzecznosc? Nie, absolutnie nie! Po prostu prawa rzadzące
ruchem mikrocząstek, gdy je "przenosic" na obiekty duże, czyli makroskopowe,
PŁYNNIE PRZECHODZĄ w prawa mechaniki klasycznej.

Do rozważań dotyczących zjawisk zachodzacych w mikroswiecie trzeba jednak uzywac
wyłacznie tych "praw mikro". No i nauczono mnie tych podstawowych praw,
podstawowego równania, czyli Równania Schroedingera, które "zastępuje" równania
dynamiki Newtona, gdy schodzimy na poziom mikroświata. No i też musaiłem sie
nauczyć całego tego skomplikowanego formalizmu matematycznego, którym człowiek
sie musi posługiwać, jeśli chce to równanie Schroedingera uzyć do rozwiazywania
konkretnych problemów.

Jednym z przykładów zastosowania Równania schroedingera, który każdy student
fizyki musi poznać, jest rozwiazywanie atomu wodoru. No i ja przeszełem przez te
"tortury" (żartuje, ale jednak zrozumienie teorii atomu wodoru oparta na
równaniu Schroedingera wymaga "przegryzienia sie" przez kolosalna ilosc
matematyki!). Poznałem wiec podstawowe tajniki tego rozwiazania. No i teraz co
do najnizszego mozliwego poziomu energetycznego elektronu w atomie wodoru:
otóz, wynika on precyzyjnie z tej teorii. Wartość energii elektronu w stanie,
gdy jest ona najniższa, mozna zmierzyć z niebywała dokładnoscia - no i wartosc
uzyskiwana z rozwiazania Równania Schroedingera zgadza sie z ta wartościa "jak
ulal", z dokładnoscią do zadziwiającej liczby pozycji dziesietnych. Fakt ten
więc niesłychanie mocno "uwiarygodnia" cała tą teorię.

Przy tym, z teorii tej równiez jasno wynika, ze najnizszy mozliwy stan
energetyczny elektronu absolutnie nie polega na tym, ze elektron ten "opada" na
jadro.

No więc, wszystko to, czego się dowiedziałem, mozna by zwieźle streścić w dwoch
punktach:

1) Z teorii kwantowej opartej na równaniu Schroedingera wynika, że elektron w
atomie wodoru ma pewien stan o najnizszej energii, i stan ten jest STANEM
ORBITALNYM - podobnie, jak wszystkie inne stany o energiach wyższych.

2) Szereg ilosciowych przepowiedni wynikających z teorii opartej na Równaniu
Schroedingera można skonfrontowac z wynikami pomiarów, no i każdym bez wyjatku
przypadku zdodnosc okazuje sie znakomita.

W takiej sytuacji, ja uznałem, ze mogę uwierzyć w słusznosc tej teorii i
dalszych pytań juz nie musze zadawać. Co zas do pytania, czemu elektron nie
opada na jadro, znalazlem sobie taka krótka odpowiedź: "nie opada, bo po prostu
prawa rządzące mikroswiatem na tego rodzaju zjawisko nie zezwalają". A dlaczego
nie pozwalają? Ano, dlatego, ze są takie, jakie są. DLACZEGO zaś sa takie, a nie
inne? No cóz, tego jeszcze dokładnie nie rozumiemy - na razie wiemy tylko, że
są, jakie są. Kiedys moze odkryjemy prawa jeszcz bardziej podstawowe i z nich
dopiero wyniknie, dlaczego te znane w obecnej chwili prawa są takie, a nie inne.

Co zas do "sprzecznosci" z wnioskiem, który wynika z rozumowania opartego ma
dynamice Newtona: trzeba sie po prostu pogodzić z faktem, ze równań Newtona nie
mozna stosować do opisu zjawisk zachodzących w mikroswiecie. Ponieważ prowadzą
do całego szeregu wniosków, które okazują sie byc w jawnej sprzeczności z
doświadczeniem. Mozliwosc "opadniecia" elektronu na jądro to tylko jeden z tych
fałszywych wniosków, które wynikaja z prób opisu przy pomocy mechaniki klasycznej.

Takich przykładów zjawisk, w przypadku których wszelkie interpretacje oparte na
mechanice Newtona totalnie zawodzą, mógłbym podać znacznie więcej - chociażby z
tego poletka fizyki, które sam uprawiam, czyli badania materii skondensowanej
przy pomocy rozpraszania neutronów. O mechanice newtonowskiej trzeba w ogóle
zapomnieć, gdy sie robi takie badania. Dosłownie NICZEGO by sie nie udało na jej
gruncie wytłumaczyć.

Nie wiem, czy ten mój długi wywód Pana zadowoli - ale przynajmniej starałem sie
"zrobić co w mojej mocy", by choc troche rozjaśnic sprawy (o ile ich nie
rozjasniłem, tylko raczej zaciemniłem, to sie sumituje - ale zapewniam, że
przynajmnie kierowały mną szlachetne pobudki, a nie chec zagmatwania spraw).

[ciekawski11]

Biorąc pod uwagę uwarunkowania i okoliczności, które Pan wskazałeś
- pozostaję pod wielkim wrażeniem pańskiej otwartości i życzliwości
w stosunku do autora niekonwencjonalnych, alternatywnych propozycji
opisu rzeczywistości.

Ryszard ;)

[Gość: leonard3]

Kolego to9, Ja mam dla kolegi propozycje rozwazenia pewnej intelektualnej
prowokacji. Zaluzmy ,ze w ALTERNATYWNYM kosmosie grawitacja jest jednym z
podstawowych i pierwotnych elementow kosmosu. Na skutek zapadania sie masywnych
gwiazd tworza sie kolapsary ,ktore sa grawitacja czysta (niezwiazana z materia)
i dlatego
nie wytwarzajaca ani czasu ani przestrzeni w punkcie geomerycznym zwanym
osobliwoscia.
W kosmosie tym grawitacja istnieje rowniez z formie zwiazanej z materia.
Grawitacja (niezwiazana z materia) = grawitacja (zwiazana z materia) + materia
Czyli materia = grawitacja (niezwiazana z materia) - grawitacja
(zwiazana z materia)
W kolapsarze zachodzi subdivision (fragmentacja materi) dajac w wyniku
wylacznie grawitacje niezwiazana stanowiaca osobliwosc kolapsara.
Uzywajac analogii do wody i lodu materia to tylko forma "zamrozonej"grawitacji.
A teraz czas na moje pytanie:
Czy ziemska materia poddana brutalnej fragmentacji w kolapsarze mogla by
dac w efekcie czysta grawitacje ( w sensie w jakim grawitacja istnieje w
osobliwosci kolapsara alternatywnego Kosmosu, a nie Einsteinowskie zakrzywienie
czaso-przestrzeni)?

Elektron opadł, ale kwantowo:)

[kanarek2]

W pewnym sensie, czyli w sensie kwantowym - by zostać przy przykładzie atomu
wodoru - stan 1s to właśnie elektron który opadł na jądro.

Klasycznie: elektron to cząstka punktowa i naładowana, jądro atomowe też. W
stanie podstawowym elektron 'opadł' na jądro, czyli elektron i proton są 'bardzo
blisko siebie'.

Kwantowo: elektron podlega zasadzie nieoznaczoności Heisenberga. Zgodnie z nią
elektron *nigdy* nie jest całkowicie zlokalizowany w jedym punkcie, np. na
jądrze atomu. Owszem, prawdopodobienstwo znalezienia elektronu na jądrze jest
największe, a ze wzrostem odległości od jądra prawdopodobienstwo znalezienia
elektronu szybko maleje. Elektron w atomie wodoru jest niemal całkowicie
zlokalizowany w kuli o promieniu okolo 10^(-8) cm (jest to tzw. promień Bohra).

Uwaga dla t09: 1 Ry to energia wynikająca z lokalizacji Dx=aBohr, co daje
odpowiednie Dp=h/Dx, czyli energie kinetyczną, którą dalej zrównujesz z Epot
zgodnie z zasada ekwipartycji.

Pozdrawiam,
k.

[Gość: t0g]

Drogi Kanarku,

Masz świeta rację we wszystkim, co piszesz.

Z Twojego postu od razu widać, że ma się do czynienia z fachowcem. Wiec obawiam
się, że moje dywagacje w tym wątku odebrałeś jako bełkot. Ale zaraz postaram sie
usprawiedliwić.

Mechanike kwantową to ja znam co nieco, nawet przyszło mi parę razy wykładać
kurs na podobnym poziomie, co "Pierwsze Kwanty", które sam z kolei brałem przed
laty na Wydziale Fizyki UW. Ja niby nie jestem teoretykiem, ale na amerykańskich
uczelniach obowiązuje zasada, ze każdy "faculty member" musi umiec poprowadzic
dowolny kurs z zakresu, że tak powiem, "podstawowej paczki". Wiec pare razy
akurat tak sie złozyło, że na mnie padło i musiałem tego uczyć, choc uczenie
kwantów to nie moje ulubione zajecie.

No dobrze, więc na pewno już zdażyłes pomylec - skoro facet twierdzi, ze zna
mechanike kwantowa, to czemu taki bełkot uprawia? Czemu od razu nie wytłumaczy
wszystkiego w stosownym jezyku, czyli jezyku funkcji falowej? (tak ja Ty to de
facto robisz).

No więc, ja juz na tym forum bywam (z przerwami) od trzech lat i mam pewne
doświadczenia. No i naiczyłem sie, żeby jak ognia w ogóle unikać jezyka funkcji
falowej, bo na Forum mechanika kwantowa ma paru zaprzysięgłych wrogów, którzy
maja dosłownie alergie na jej punkcie i jak tylko usłyszą, że człowiek wdaje sie
w interpretacje na jej gruncie, to sie rzucaja z kłami i pazurami i dyskusja
natychmiast zamienia sie w pyskówę.

No wiec w niniejszym wątku ja próbowałem jakoś kunktatorzyć, "mówic ogródkami".
Oczywiście, na dobra sprawę należało by zacząć od tego , żeby twardo oswiadczyć:
"W swietle dzisiejszej fizyki, przy stanie teorii na dzień dzisiejszy, pytanie
, czemu elektorny nie 'opadną' na jadra jest całkowicie pozbawione sensu". I
dalej wyjasnić, że współczesma fizyka całkowicie odrzuca myślenie o elektronie
jako małej twardej kulce, która zachowuje się tak jak kula bilardowa i jedyna
różnica polega na tym, że jest od niej dużo, duzo mniejsza.

Zjawiska w mikroświecie sa straszliwie wręcz sprzeczne z naszą intuicją i
dlatego znalezinie jakiegos dobrego sposobu, żeby wytłumaczyć rzeczy ludziom
obeznanym najwyżej tylko z mechanika newtonowską, to jest bardzo wielka sztuka.
Ja sie obawiam, że nie jestem w tym przypadku najlepszym nauczycielem.

[kanarek2]

Drogi T0g,

pracujemy w podobnej dziedzinie, i - jak sądzę - znam i cenię Twoje prace.

Bywam tu bardzo rzadko, a to dlatego że admin moderuje to forum w sposób bardzo
umiarkowany, mówiąc eufemistycznie. I oczywiście rozumiem kłopoty z dialogiem z
częścią piszących tu.

Pozdrawiam,
k.

[winoman]

> Bywam tu bardzo rzadko, a to dlatego że admin moderuje to forum w sposób bardzo
> umiarkowany, mówiąc eufemistycznie. I oczywiście rozumiem kłopoty z dialogiem z
> częścią piszących tu.

No a ja dopiero teraz skojarzyłem z bywalcem forum MK :-)

Kłopoty z dialogiem? Czasem tak, ale da się wytrzymać.

Pozdrawiam!

[kanarek2]

> Kłopoty z dialogiem? Czasem tak, ale da się wytrzymać.
> Pozdrawiam!

Odpozdrawiam!
k.

[t09]

na początku wątek zamienił się z "think-tank" w "septic tank" (septic tank to po
angielsku tyleż, co szambo) i nam, zawodowcom, drogi Kanarku, nie pozostaje nic
innego, jak dyskretnie sie oddalić.

Intryguje mnie, "ktoś Ty zacz", skoro, jak piszesz, pracujesz w podobnej, jak
ja, tematyce - więc zajrzyj, prosze, do e-mailu.

[leonard3]

to9, ales tys mistrz formy i bon-ton. Jak fryzjer na Titanicu.
Niestety oprocz formy nie ma tresci, jestes miernota i ignorancik.

[t09]

by moja miernota i ignoranctwo nie kłuły Szanownego Mistrza w oczy.

Porównanie

[ciekawski11]

leonard3 napisał:

> ...Jak fryzjer na Titanicu.
> ...

Masz Pan jakieś przesłanki uzasadniające
przywołanie Titanica ?
Jeżeli tak, to jakie ?

[Gość: leonard3]

To forum to Titanic nudy na medialnym oceanie.

[ciekawski11]

Gość portalu: leonard3 napisał(a):

> To forum to Titanic nudy na medialnym oceanie.

Mnie Titanic kojarzy się z Fizyką na oceanie niewiedzy.

[ ... ]

[Gość: Jasiu (nie gupi)]

Wiadomość zostaua przesunięta ze wz(ędu na hipokryzję.

Tytu:
"Do 2 kanarków i t69"
szukaj.gazeta.pl/szukaj/0,52001.html?VE_szukaj_a=Jasiu+%28nie+gupi%29&ile=20&sort=data_desc&spojnik=and&forum=32&poz=0&A_szukaj=autor&zywe=2&x=9&y=
5

[llukiz]

> Czy przy tym stanie ustaje ruch w atomach?

Bo to jest tak. Im wolniej atomy się poruszają tym niższa temperatura. W końcu
stają i wtedy mamy zero. A potem zaczynają chodzić do tyłu i wtedy mamy temp ujemną.

Taki dowcip...

[Gość: J_n_g]

llukiz napisał:

> Bo to jest tak. Im wolniej atomy się poruszają tym niższa temperatura. W końcu
> stają i wtedy mamy zero...
> Taki dowcip...

To się chyba zgadza z tym, że nie atomy tylko elektropozytony. W końcu prawie
stają i mamy prawie zero.
To nie jest dowcip...

[leonard3]

Jedynym miejscem w kosmosie gdzie istnieje dokladnie temperatura bezwzglednego
zera jest punkt geometryczny osobliwosci kolapsara. Nigdzie tego nie
wygooglujecie, nigdzie tego nie wyczytacie. Zeby to zrozumiec , trzebz miec
IQ 162. Dlatego nie spodziewam sie od was zadnej odpowiedzi prostaczki.

IQ = 162 [ cm2 ;]

[Gość: pies_na_teorie]

>Nigdzie tego nie wygooglujecie, nigdzie tego nie wyczytacie. Zeby to
>zrozumiec , trzebz miec IQ 162. Dlatego nie spodziewam sie od was zadnej
>odpowiedzi prostaczki.

Przy założeniu ok. 3 - 4 cm średnicy - wychodzi długość ok. 13 - 17 cm.
Czyli nic szczególnego, nieprawdaż ?


> Jedynym miejscem w kosmosie gdzie istnieje dokladnie temperatura
>bezwzglednego zera jest punkt geometryczny osobliwosci kolapsara.

Radziłbym nie podniecać się wyłącznie tą temperaturą. Podobnie jak czas -
temperatura nie jest realną wielkością fizyczną. Są to zastępcze wielkości
(wynikające z pomieszania pojęć) prowadzące do bałaganiarskich układów
jednostek i konieczności stosowania różnych stałych fizycznych (tzn.
przeliczników).

[leonard3]

Pies, te przeliczniki cie gubia, bo dlugosc jest 48 a srednica 5

[Gość: pies]

leonard3 napisał:

> Pies, te przeliczniki cie gubia, bo dlugosc jest 48 a srednica 5

...chyba u konia, wtedy Ajkju byłoby ok. 754.
Co prawda koń ma duży łeb, ale bez przesady ...