Luonnonfilosofian seura 4.3. 2014 Tarja Kallio-Tamminen.

Esitys aiheesta: "Luonnonfilosofian seura 4.3. 2014 Tarja Kallio-Tamminen."— Esityksen transkriptio:

1 Luonnonfilosofian seura 4.3. 2014 Tarja Kallio-Tamminen

2 Lähtökohta Kvantin olemuksen valottaminen avaa uuden näkökulman kvanttimekaniikan tulkintaan. Kvantin käsite syntyi yritettäessä ymmärtää kokeellisesti havaittua mustan kappaleen säteilyn aallonpituusjakautumaa. – Planckin säteilykvantti oli epähavainnollinen ’kompromissi’ Wienin ja Rayleightin lähestymistavoista Säteily syntyy kvantteina, postulaatti pienin energia-annos E=hf, (h luonnonvakio [kgm²/s]) Aalto-hiukkas –dualismi – Suntola on johtanut Planckin kvantin Maxwellin yhtälöistä ja paljastanut sen osatekijät (c, e, μ₀) Kvantti on pienin energiamäärä, jonka (dipoli)antenni voi lähettää Säteilyjakson energia E = hf = h₀cf = h₀/λc² = mc², (h₀ vakio [kgm]) Voidaanko kaikki palauttaa aaltoihin?

3 Historiaa Klassisesti aine koostui hiukkasista ja säteily aalloista – Massahiukkanen on lokaali objekti – Energiaa kuljettava aalto leviää laajalle avaruuteen 1905 Säteilyyn liitettiin hiukkasominaisuuksia (Planck, Einsteinin valosähköinen ilmiö..) 1924 Hiukkasiin liitettiin aalto-ominaisuuksia (de Broglie) 1926 Kvanttimekaniikka (Schrödingerin aaltomekaniikka, Heisenbergin matriisimekaniikka) Abstrakti matemaattinen teoria, jonka tulkinnasta ei vieläkään yksimielisyyttä – Schrödinger pyrki aluksi aaltotulkintaan » mutta kompleksisia ja moniulotteisia aaltoja, jotka riippuivat esitykseksi valitusta observaabelijoukosta ei voinut tulkita 3-ul. fysikaalisen avaruuden aalloiksi. 1926 Bornin todennäköisyystulkinta: aaltofunktion neliö antaa todennäköisyyden, jolla hiukkanen on tietyssä paikassa – Nykyisin mainstream hyväksyy aalto-hiukkasdualismin Paras selitys havainnoille (käytännön pakko) – Vaihtoehtoja: – sekä hiukkanen että aalto ovat todellisia (de Broglie ja Bohm, pilottiaalto) – Vain aallot todellisia – Ei aaltoja eikä hiukkasia – pelkkä semanttinen ongelma

4 Mitä aalto-hiukkasdualismilla tarkoitetaan? SM-säteilyllä ja aineella havaitaan sekä aaltoliikkeen että hiukkasten ominaisuuksia. Klassiset käsitteet “hiukkanen” ja “aalto” eivät kykene täysin kuvaamaan kvanttitason objekteja. Kööpenhaminan tulkinnassa aalto-hiukkasdualismi tukee komplementaarisuutta. » Ristiriitaisilta vaikuttavat kuvaukset täydentävät toisiaan » yritämme makrotason käsitteillä ymmärtää ykseyttä, jossa olemme itse mukana. – Metafysiikkaa uudistettava: luovuttava reduktionismin, determinismin ja syrjässä olevan objektiivisen havaitsijan ideoista.

5 Aineaallot De Broglie pyrki väitöskirjassaan 1924 yleistämään säteilylle havaitun aalto- hiukkasdualismin myös ”aineellisille” hiukkasille: – “When I conceived the first basic ideas of wave mechanics in 1923–24, I was guided by the aim to perform a real physical synthesis, valid for all particles, of the coexistence of the wave and of the corpuscular aspects...” – De Broglien yhtälöt λ=h/p ja f=E/h liittivät hiukkasiin aallonpituuden ja taajuuden De Broglien aalto ei vastaa lokaalin hiukkasen kulkua, eikä se sellaisenaan sovi kvanttimekaniikkaan tai aaltofunktion todennäköisyystulkintaan – Aaltopaketti hajoaa Hiukkasta vastaavan aallon ryhmänopeus on hiukkasen nopeus vain ”non-dispersive” aineessa. Ongelma seuraa Planckin vakioon sisältyvästä c:stä. Jos hiukkaseen liitetään λ=h₀/m ja f=E/h₀c (= c/λ) aine-aalto liikkuu kappaleen nopeudella. – Suntola toteuttaa de Broglien unelman! Varsinaiseksi aineaalloksi osoittautuu Compton aalto λ = h/mc = h₀/m

6 Aineaallot De Broglie pyrki väitöskirjassaan 1924 yleistämään säteilylle havaitun aalto- hiukkasdualismin myös ”aineellisille” hiukkasille: – “When I conceived the first basic ideas of wave mechanics in 1923–24, I was guided by the aim to perform a real physical synthesis, valid for all particles, of the coexistence of the wave and of the corpuscular aspects...” – De Broglien yhtälöt λ=h/p ja f=E/h liittivät hiukkasiin aallonpituuden ja taajuuden De Broglien aalto ei vastaa lokaalin hiukkasen kulkua, eikä se sellaisenaan sovi kvanttimekaniikkaan tai aaltofunktion todennäköisyystulkintaan – Aaltopaketti hajoaa Hiukkasta vastaavan aallon ryhmänopeus on hiukkasen nopeus vain ”non-dispersive” aineessa. Ongelma seuraa Planckin vakioon sisältyvästä c:stä. Jos hiukkaseen liitetään λ=h₀/m ja f=E/h₀c (= c/λ) aine-aalto liikkuu kappaleen nopeudella. – Suntola toteuttaa de Broglien unelman! Varsinaiseksi aineaalloksi osoittautuu Compton aalto λ = h/mc = h₀/m

7 Mitä muuta selkiytyy? Kun valon nopeus irrotetaan Planckin vakiosta nähdään, että – Planckin vakiolla on sisäistä rakennetta. Se sisältää valonnopeuden lisäksi sähkö- ja magneettivakiot e ja μ₀ h = numerovakio  e²μ₀  c = h₀c Päästään ”syvemmälle” todellisuuteen – Hiukkasen ja aallon energialle saadaan yhtenäinen ilmaisu. Säteilyn energia ja aineen lepoenergia voidaan laskea samasta yhtälöstä – Ne ovat yhtä suuria ja ilmaistavissa toistensa avulla – Aineaallosta tulee aikaisempaa ”todellisempi” abstrakti formalismi on ollut kvanttimekaniikan tulkinnan pääongelma Hiukkanen voisi olla aalto, jolla on sulkeutuva energiarakenne (resonaattori) – Vetyatomin ”diskreetit” energiatilat ovat elektronien resonanssiaaltojen energian minimikohtia. – Epätarkkuusperiaate liittyy aallonpituuden ”havaintotarkkuuteen”. – Todennäköisyys on kuvattavissa energiaperiaatteen kautta kuten termodynamiikassa.

8 Mitä muuta selkiytyy? Kun valon nopeus irrotetaan Planckin vakiosta nähdään, että – Planckin vakiolla on sisäistä rakennetta. Se sisältää valonnopeuden lisäksi sähkö- ja magneettivakiot e ja μ₀ h = numerovakio  e²μ₀  c = h₀c Päästään ”syvemmälle” todellisuuteen – Hiukkasen ja aallon energialle saadaan yhtenäinen ilmaisu. Säteilyn energia ja aineen lepoenergia voidaan laskea samasta yhtälöstä – Ne ovat yhtä suuria ja ilmaistavissa toistensa avulla – Aineaallosta tulee aikaisempaa ”todellisempi” abstrakti formalismi on ollut kvanttimekaniikan tulkinnan pääongelma Hiukkanen voisi olla aalto, jolla on sulkeutuva energiarakenne (resonaattori) – Vetyatomin ”diskreetit” energiatilat ovat elektronien resonanssiaaltojen energian minimikohtia. – Epätarkkuusperiaate liittyy aallonpituuden ”havaintotarkkuuteen”. – Todennäköisyys on kuvattavissa energiaperiaatteen kautta, kuten termodynamiikassa.

9 Mitä muuta selkiytyy? Antennimalli valottaa myös aineen ja säteilyn vuorovaikutusta Aallonpituuden jakamattomuuden myötä se antaa ”luonnollisen” selityksen, miksi mielivaltaisen pieniä säteilykvantteja tai energiamääriä ei voi syntyä. Planckin luoma valon hiukkasteoria oli postulaatti vailla perustaa. – Säteilyn synnyttävät kokonaislukumääräiset värähtelijät ovat nyt h₀c:n ”monikertoja” – Nämä oskillaattorit luovuttavat säteilyjaksolle koko energiansa, koska vuorovaikutus edellyttää aina kokonaisia aallonpituuksia. Mustan kappaleen emissiossa on kyse samasta ilmiöstä kuin antenniemissiossa. – sekä lokaalin ja ei-lokaalin yhteyttä Planckin kvantti oli lokaali, säteilyn sisäinen ominaisuus. Radioinsinöörin kvantti on lokaali tai epälokaali riippuen siitä onko emitteri suuntaava vai ei-suuntaava. – Kun massa ja aallonpituus ovat ilmaistavissa toistensa avulla, ”käännettävissä toisikseen”, massan luonne valottuu uudella tavalla Avaruudessa eteneviin aaltoihin ja niistä muodostuviin hiukkasiin liittyy aina massa. Massa ja aallonpituus voisivat olla seurausta energiavärähtelystä, joka ilmenee 3-ul. tilassa – tai energiasta joka ilmenee ajassa taajuutena ja tilassa ”aaltomassana” ?

10 Mitä muuta selkiytyy? Antennimalli valottaa myös aineen ja säteilyn vuorovaikutusta Aallonpituuden jakamattomuuden myötä se antaa ”luonnollisen” selityksen, miksi mielivaltaisen pieniä säteilykvantteja tai energiamääriä ei voi syntyä. Planckin luoma valon hiukkasteoria oli postulaatti vailla perustaa. – Säteilyn synnyttävät kokonaislukumääräiset värähtelijät ovat nyt h₀c:n ”monikertoja” – Nämä oskillaattorit luovuttavat säteilyjaksolle koko energiansa, koska vuorovaikutus edellyttää aina kokonaisia aallonpituuksia. Mustan kappaleen emissiossa on kyse samasta ilmiöstä kuin antenniemissiossa. – sekä lokaalin ja ei-lokaalin yhteyttä Planckin kvantti oli lokaali, säteilyn sisäinen ominaisuus. Radioinsinöörin kvantti on lokaali tai epälokaali riippuen siitä onko emitteri suuntaava vai ei-suuntaava. – Kun massa ja aallonpituus ovat ilmaistavissa toistensa avulla, ”käännettävissä toisikseen”, massan luonne valottuu uudella tavalla Avaruudessa eteneviin aaltoihin ja niistä muodostuviin hiukkasiin liittyy aina massa. Massa ja aallonpituus voisivat olla seurausta energiavärähtelystä, joka ilmenee 3-ul. tilassa – tai energiasta joka ilmenee ajassa taajuutena ja tilassa ”aaltomassana” ?

11 Mitä jää vielä selittämättä? Kvanttimekaniikan tulkintakeskustelun myötä heränneet todellisuuden syvempää luonnetta koskevat kysymykset kuten – Osan ja kokonaisuuden suhde Holismi ja epälokaalit korrelaatiot – Objektien ja ominaisuuksien luonne – Havaitsijan rooli Mittausongelma, mahdollisuuksien aktualisoituminen? – Kuvauksen ja todellisuuden suhde Kielen ja matematiikan rooli – Komplementaarisuus Suntolan Dynaaminen Universumi on holistinen kokonaisteoria, jossa fysiikan eri osa-alueet voidaan yhdistää. – Osa filosofisistakin ongelmista voi uudessa viitekehyksessä osoittautua näennäisiksi, tai niitä voidaan lähestyä uudella tavalla

12 Mitä jää vielä selittämättä? Kvanttimekaniikan tulkintakeskustelun myötä heränneet todellisuuden syvempää luonnetta koskevat kysymykset kuten – Osan ja kokonaisuuden suhde Holismi ja epälokaalit korrelaatiot – Objektien ja ominaisuuksien luonne – Havaitsijan rooli Mittausongelma, mahdollisuuksien aktualisoituminen? – Kuvauksen ja todellisuuden suhde Kielen ja matematiikan rooli – Komplementaarisuus Suntolan Dynaaminen Universumi on holistinen kokonaisteoria, jossa fysiikan eri osa-alueet voidaan yhdistää. – Osa filosofisistakin ongelmista voi uudessa viitekehyksessä osoittautua näennäisiksi, tai niitä voidaan lähestyä uudella tavalla

13 this exposition