Sähkömagneettisen aallon olemus

[QS]

Tai no oikeestaan, seinässä valonnopeuella liikkuva valopläntti kutistuu juuri samoin kuin valon aallonpituus, observaattorin mielessä, kun observaattori muuttaa itsensä nopeutta. Vaikka ko. pläntti ei liiku oikeasti.

Itse asiassa valon Doppler ja pituuskontraktio eivät ole samoja. Kun havaitsija \(K'\) lähestyy valoa, joka on lähetetty aallonpituudella \(\lambda\), niin \(K'\) havaitsee aallonpituuden

\(\displaystyle \lambda' = \frac{\sqrt{1-v}}{\sqrt{1+v}}\)

Pituuskontraktio sen sijaan on

\(\displaystyle L' = L\sqrt{1-v^2}\)

Kun K':n nopeus on esimerkiksi \(v=0.6\), niin aallonpituus lyhenee kertoimella 0.5, mutta pituuskontraktio tapahtuu kertoimella 0.8. Valonsäteelle ei voida määritellä pituuskontraktiota, vaan kyseessä on Doppler.

[Aadolf]

Itse asiassa valon Doppler ja pituuskontraktio eivät ole samoja.

Kepin kutistuminen ja valoaallon kutistiminen ovat mielivaltaisen lähellä samaa, kun kepin nopeus on mielivaltaisen lähellä valoaallon nopeutta.


Liikkuvan kepin kutistumisliikken nopeus on suoraan verranollinen kepin pituuteen ja kepin nopeuteen ja observaattorin kiihtyvyyteen. Siis sen kiihtyvän observaatorin mielestä sen kepin hetkellinen kutistumisnopeus on verrannollinen mainittuihin asioihin.

Tää on siis tämmönen yleinen kaava: kiihtyvyys * pituus * nopeus Siitä kun vaan integroi ajan suhteen niin saa kutistumamatkan ajan funktiona.

Täähän tulee painovoima potantiaali aikadilataatiosta joka on kepin päiden välillä g*h. (siis kiihtyvyys * pituus, siis observaattorin mielestä ).

[pähkäilijä]

Jos ajatellaan GPS-systeemiä, niin ajan muutokset näkyy molemmista koordinaatistoista. Maasta satelliitin aika nopeutuu ja satelliitista maan aika hidastuu. Nyt tulee itse ongelma:
1) maasta satelliitin valo ylittää c:n ja satelliitista maan valo alittaa c:n (Shapiro-viive)
2) maasta satelliitin etäisyys lyhenee ja satelliitista maan etäisyys kasvaa

1) lienee yleinen käsitys mutta 2) on ehkä myös mahdollinen selitys?

[pähkäilijä]

Keksin kysyä googlelta, muuttuuko fotonin energia kiihdytysradan kiihdytyksen rajuuden mukaan. Tuli Wikin vastaus: "Fotoni" ja sieltä lainaus:
---------
Fotoni eli valokvantti tai valohiukkanen on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen (mittabosoni). Tyhjiössä fotoni kulkee vakionopeudella c = 299 792 458 m/s, eli noin 300 000 km sekunnissa. Fotonilla ei ole lepomassaa eikä sähkövarausta (tai varaus on ainakin alle 10−46 kertaa alkeisvaraus). Sen kuljettama energia ja liikemäärä ovat verrannollisia säteilyn taajuuteen. Aineen kohdatessaan fotoni hidastuu tai absorboituu. Fotoneilla on sekä aaltoliikkeen että hiukkasten ominaisuuksia. Fotonin spin on 1.

Näkyvä valo koostuu fotoneista, kuten kaikki sähkömagneettinen säteily: radioaallot, infrapuna- ja ultraviolettivalo sekä röntgen- ja gammasäteily. Fotoneilla on erilaisia aalto- ja hiukkasluonteen yhteisiä ominaisuuksia. Niitä ovat mm. emissio, absorptio, taittuminen ja heijastuminen.

Modernin fotonin mallin kehitti Albert Einstein vuosien 1905 ja 1917 välillä selittämään kokeiden tuloksia, jotka eivät käyneet yhteen perinteisen valon aaltomallin kanssa. Erityisesti fotoniteoria sisälsi energian riippuvuuden valon aallonpituudesta ja selitti aineen ja säteilyn kyvyn olla termodynaamisessa tasapainossa. Muut fyysikot yrittivät selittää näitä puoliklassisilla malleilla, joissa valoa kuvattiin edelleen Maxwellin yhtälöillä, mutta valoa emittoivat tai absorboivat esineet oli kvantisoitu. Vaikka puoliklassiset mallit edistivät kvanttimekaniikan kehitystä, kokeet osoittivat todeksi Einsteinin hypoteesin valon hiukkasluonteesta.

Fotoniteorian keksiminen mahdollisti teoreettisen ja kokeellisen fysiikan edistysaskeleet kuten laserin, Bosen–Einsteinin kondensaatin, kvanttikenttäteorian ja kvanttimekaniikan todennäköisyystulkinnan. Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan fotonit tuottavat kaikki sähkö- ja magneettikentät ja ovat itse tulosta aika-avaruuden symmetrian vaatimuksesta. Fotonien ominaisuudet – varauksen, massan ja spinin – määrittää mittasymmetria.
--------------

Ja tässä on fotonin luokittelu:
-----------
Symboli γ {\displaystyle \gamma }
Rakenne Alkeishiukkanen
Perhe Bosoni
Ryhmä Mittabosoni
Vuorovaikutus Sähkömagneettinen vuorovaikutus
Löydetty teoreettisesti Albert Einstein
Elinaika Stabiili
Sähkövaraus 0
Spin 1
--------------
Tarkoittaako tuo "mittabosoni" sitä että se siirtää (välittäjähiukkanen) saman määrän energiaa aina? Vertaa litran vesimittaan, se on voimassa kaikkialla minne se siirretään.

[QS]

Tarkoittaako tuo "mittabosoni" sitä että se siirtää (välittäjähiukkanen) saman määrän energiaa aina? Vertaa litran vesimittaan, se on voimassa kaikkialla minne se siirretään.

Mitta- etuliite on harmillinen kieliongelma jostain 1800-1900 luvun vaihteesta. Englannin kieleen ilmestyi gauge field ja gauge boson (kai saksan kielestä), jotka kääntyvät suomeksi mittakenttä ja -bosoni. Mittakenttä ja mittabosoni eivät kuitenkaan liity mittaamiseen. Ne ovat vuorovaikutusteorian osasia, jotka pitävät huolen eräistä symmetrioista. Tuo etuliite on kuitenkin kulkenut mukana yli vuosisadan, ja vakiintunut.

[pähkäilijä]

Tarkoittaako tuo "mittabosoni" sitä että se siirtää (välittäjähiukkanen) saman määrän energiaa aina? Vertaa litran vesimittaan, se on voimassa kaikkialla minne se siirretään.

Mitta- etuliite on harmillinen kieliongelma jostain 1800-1900 luvun vaihteesta. Englannin kieleen ilmestyi gauge field ja gauge boson (kai saksan kielestä), jotka kääntyvät suomeksi mittakenttä ja -bosoni. Mittakenttä ja mittabosoni eivät kuitenkaan liity mittaamiseen. Ne ovat vuorovaikutusteorian osasia, jotka pitävät huolen eräistä symmetrioista. Tuo etuliite on kuitenkin kulkenut mukana yli vuosisadan, ja vakiintunut.

Kummallista jos mittarilla pystytään näkemään klassisen aaltoteorian aaltojen yksityiskohdat, silloin ne on oikeasti olemassa. Toisaalta jos fotonit ei ole niitä yksityiskohtia, tarkoitan aallonharjoja ja -pohjia, niin silloin fotonit sijaitsee jossain aaltojen seassa missä sattuu. Onko olemassa mittareita jotka löytää vain fotoneita (ilman aallonharjoja)?
Eli onko aaltomittareita jotka ei näe fotoneita ja fotonimittareita jotka ei näe aaltoja? Tulee vaan mieleen säilymislaki, jos on sekä aaltoja että fotoneita, niin niiden summa rikkoisi säilymislakia.

[QS]

Kummallista jos mittarilla pystytään näkemään klassisen aaltoteorian aaltojen yksityiskohdat, silloin ne on oikeasti olemassa.

Vaan kun ei pystytä. E- ja B-komponenteille ei ole olemassa mittaria. Se mitä mitataan, on varatun hiukkasen liikerata sähkömagneettisessa kentässä. Suhteellisuusteorian mukaisesti liikeradan perusteella 'lasketut' komponentit ovat havaitsijasta riippuvia, ja niillä ei ole absoluuttista arvoa.

Arkipäivässä on helppo ajatella, että esim perinteinen radiovastaanotin mittaa E- tai B-komponentteja, mutta näin ei ole. Radiovastaanotin perustuu antennin varausten liikkeeseen sähkömagneettisessa vuorovaikutuksessa, ei E- ja B-komponenttien 'mittaamiseen' tai 'näkemiseen'.

[pähkäilijä]

Kummallista jos mittarilla pystytään näkemään klassisen aaltoteorian aaltojen yksityiskohdat, silloin ne on oikeasti olemassa.

Vaan kun ei pystytä. E- ja B-komponenteille ei ole olemassa mittaria. Se mitä mitataan, on varatun hiukkasen liikerata sähkömagneettisessa kentässä. Suhteellisuusteorian mukaisesti liikeradan perusteella 'lasketut' komponentit ovat havaitsijasta riippuvia, ja niillä ei ole absoluuttista arvoa.

Arkipäivässä on helppo ajatella, että esim perinteinen radiovastaanotin mittaa E- tai B-komponentteja, mutta näin ei ole. Radiovastaanotin perustuu antennin varausten liikkeeseen sähkömagneettisessa vuorovaikutuksessa, ei E- ja B-komponenttien 'mittaamiseen' tai 'näkemiseen'.

Aha, ajattelin että oskilloskoopissa näkyvä aalto olisi jotenkin mitattu. Onko kuitenkin tehomaksimit aallonharjalla ja -pohjassa? Ajattelin että jos tehomaksimit 'nähdään' klassisessa teoriassa eri kohdissa kuin fotonit, niin silloin löytyisi "ylimääräistä" tehoa, siis summa ylittäisi todellisen tehon. Tai olisi parempi puhua energiasta, säilymislaki olisi kriisissä.

[QS]

Aha, ajattelin että oskilloskoopissa näkyvä aalto olisi jotenkin mitattu.

Näytön aalto on jännite ajan funktiona, ja vaihtovirrassa jännitteen kuvaaja on aalto.

Onko kuitenkin tehomaksimit aallonharjalla ja -pohjassa?

Kun puhut oskilloskoopista, niin puhutko vaihtovirran tehosta? Vaihtovirralle voidaan määritellä hetkellinen teho, kaava löytyy netistä.

[pähkäilijä]

Aha, ajattelin että oskilloskoopissa näkyvä aalto olisi jotenkin mitattu.

Näytön aalto on jännite ajan funktiona, ja vaihtovirrassa jännitteen kuvaaja on aalto.

Onko kuitenkin tehomaksimit aallonharjalla ja -pohjassa?

Kun puhut oskilloskoopista, niin puhutko vaihtovirran tehosta? Vaihtovirralle voidaan määritellä hetkellinen teho, kaava löytyy netistä.

Otin oskilloskoopin vain siksi että olen nähnyt aallon muodon siinä, en tiennyt ettei sillä pääse sm-aaltoihin käsiksi. Peruutan monta askelta taaksepäin.
Klassinen teoria vissiin näkee suoran yhteyden kiihdytysradalla joka emittoi, ja absorbtio"radalla" joka on säteilyn päätepiste. Ymmärrän että emissiossa ja absorbtiossa on jotain hyvin samanlaista koska aikasymmetrialla ne voidaan "vaihtaa" keskenään.

Kun zoomataan kiihdytysrataa, ajattelen että se ei ole tasavoimainen. Otan pallon kuvaamaan tilannetta, sen kimpoaminen ei ole tasavoimainen. Kun kahden vanerin väliin laitetaan pallo pomppimaan (100% hyötysuhteella), sen kiihdytysrata on:

max puristus --> 100% voima
60% puristus --> 60% voima
10% --> 10%

ja jarrutus:

10% --> 10%
60%--> 60%
100% --> 100%

Ajattelen että luonnossa on sama asteittainen voima. Siksi sen kuvaaja olisi aallon muotoinen. Ja sitten itse pointti: Oletan että suurin voima olisi aallonharjalla ja -pohjassa. Ja 0% voima olisi x-akselin kohdalla.

Toinen vaihtoehto olisi ajatella että suurin voima olisi x-akselin kohdalla ja aallonharjalla olisi suurin liike-energia mutta se on vissiin väärä käsitys.

Tämä aaltoteoria on hyvin selkeä kuvaus verrattuna kvanttiteoriaan. Paradoksaalista on sitten että kvanttiteoria on mielestäni paljon uskottavampi. Paradoksaalista on se että fotonien paikat ei olisi aallonharjojen paikoilla vaan mielivaltaisissa paikoissa. Eli vaikka kvanttiteoria on parempi, sen käsittäminen on vaikeampaa. Ei voida esim kuvata kvanttiteoriaa pallolla 2 vanerin välissä vai voidaanko?