Kvantin olemus ja massan aaltoluonne

Esitys aiheesta: "Kvantin olemus ja massan aaltoluonne"— Esityksen transkriptio:

1 Kvantin olemus ja massan aaltoluonne
Millaisen kuvan todellisuudesta kvanttimekaniikan tulkinnat antavat? Luonnonfilosofian seura, Tieteiden talo Kvantin olemus ja massan aaltoluonne Tuomo Suntola Havaitsijakeskeisestä systeemikeskeiseen todellisuuteen - Havaitsijan asema systeemissä Massan aaltoluonne - Planckin yhtälön viesti - Massa kompleksisuureena (aaltolukuna) Massaobjekti resonaattorina - Liikemäärä massa-aaltona - Interferenssi kaksoisrakokokeessa Mitä postulaatteja tarvitaan – mitä postulaatteja ei tarvita? - Holistisessa teoriassa samat postulaatit pätevät kaikilla osa-alueilla!

2 Havaitsijakeskeisestä systeemikeskeiseen todellisuuteen
Millaisen kuvan todellisuudesta kvanttimekaniikan tulkinnat antavat? Luonnonfilosofian seura, Tieteiden talo Havaitsijakeskeisestä systeemikeskeiseen todellisuuteen Suhteellisuusteoria kuvaa liikkeen vaikutuksen kelloihin ja etäisyyksiin aikadilaation ja pituuskontraktion avulla. Havaitsijakeskeinen mallinnus johti antiikissa planeettojen liikkeen kuvaamiseen episykleinä. Havaintojen mallinnuksesta ilmiöiden mallinnukseen! Kuvaus yksinkertaistui, kun Kopernikus tunnisti havaitsijan paikan ja liikkeen energiasysteeminä kuvatussa aurinkokunnassa. Kuvaus yksinkertaistuu, kun tunnistamme havaitsijan paikan ja liikkeen energiasysteeminä kuvatussa avaruudessa: Saturn Jupiter Mars Earth Venus Mercury Moon Sun m Massaobjektin lepoenergia on avaruuden 4D-laajenemisen liike-energia = avaruuden muun massan synnyttämä gravitaatioenergia. Pallosymmetriasta johtuen kokonaisuuden vaikutus näkyy 4. ulottuvuudessa.

3 Kvantin olemus ja massan aaltoluonne
Tuomo Suntola Dipolin yhteen säteilyjaksoon emittoima energia: Massan m lepoenergia aallonpituusekvivalentin (Compton-aallonpituuden) avulla ilmaistuna:

4 Pelkistetty Planckin vakio ja energian yhtenäinen ilmasu
Säteilyn yksikköjakso Im Re Aineen lepoenergia Im Re m Im Aineen kokonaisenergia Re In the antenna solution of the quantum, we applied a dynamic interpretation of the 4D line element … … which allows the interpretation of the rest energy as the product of velocity and momentum in the 4th dimension … the total energy of mass now becomes a complex quantity comprising momentums in space and in the fourth dimension … 4. Also the Coulomb energy can be expressed in terms of mass equivalence and the velocity of light 5. We may observe, that acceleration of a charges mass object in Coulomb field releases mass equivalence m(c) … looks like giving the relativistic mass increase to the object accelerated … … this may need some further study m Kiihdytys Coulombin kentässä siirtää massan Im Coulombin energia

5 Liikkeen vaikutus lepoliikemäärään
“Relativistinen” massan kasvu ei ole seuraus nopeudesta vaan lisämassa, joka on tarvittu liikkeen aikaansaamiseen. Karakteristiset taajuudet: Im Re Liikkeessä oleva atomikello käy hitaammin ! Im Aineen kokonaisenergia Re The total momentum, now, consists of mv originating from the tiled rest momentum, and delta(m)*c from the Coulomb energy The real component of the momentum (= the momentum in space) gets mv from the tilted rest momentum and delta(m)*c from the Coulomb energy We can conclude, that the “relativistic mass increase” is not a consequence of the velocity but the mass contribution needed to obtain the velocity The price paid for the share mv in the real component is that the imaginary component, the rest energy of the moving object, is reduced This is very interesting, because the characteristic frequencies of atomic oscillators, like atomic clocks, are proportional to the rest momentum Which means reduction of the frequency with the velocity Clocks in motion run slower because part of their energy is used for the motion in space. Kiihdytys Coulombin kentässä siirtää massan Im Coulombin energia

6 Compton-aallonpituudesta de Broglie-aallonpituuteen
Im Havaittavan jäljen varjostimelle synnyttää objektin luovuttama kineettinen energia! Etuaallon liikemäärä kasvaa Havainnot lepokehyksessä Taka-aallon liikemäärä pienenee Doppler-ilmiö: Re Compton “resonaattori” Nettoaalto/liikemäärä havaitaan lepokehyksessä We describe a mass object with a Compton resonator. In the state of rest the momentum in space is zero due to the equal opposite momentums of the opposite waves. When the resonator is put into motion – for observers at rest … the frequency of the front wave is increased … and frequency of the front wave is increased due to the Doppler effect … the resulting sum wave carries the momentum of the object …. When expressed in terms of the de Broglie wave the velocity is fixed to the velocity of light … but applying the intrinsic Planck constant the sum wave follows the moving object … A momentum-wave propagating at the velocity of the mass object was something de Broglie was looking for … such a solution gives a natural explanation to the double-slit interference (the Thomas Yang double slit experiment) Compare to Aristotle’s movent and John Philoponus’s and Jean Buridan’s impetus !

7 Elektronin perustilat vetyatomissa
Kvanttitila ei ole spesifinen energiatila, vaan massa-aallon resonanssiehdon täyttävän energiatilan minimi. Resonanssiehto: Elektronikehän, 2πr, pituus on aallonpituuden monikerta Re Im φ 2 4 6 8 10 12 14 16 r/r0 EZ,n [eV] 13.6 [eV] n=1 n=2 n=3

8 Vaihtoehdot fysikaalisen todellisuuden kuvaamisessa
Millaisen kuvan todellisuudesta kvanttimekaniikan tulkinnat antavat? Luonnonfilosofian seura, Tieteiden talo Vaihtoehdot fysikaalisen todellisuuden kuvaamisessa Jos nollaenergiaperiaate ja pallosymmetrisesti suljettu avaruus postuloidaan, ja aikaa ja etäisyyttä käsitellään koordinaatistosuureina, avaruuden laajeneminen synnyttää ortogonaalikomponentin jokaiseen liikkeeseen avaruudessa. Jos suhteellisuusperiaate ja ekvivalenssiperiaate postuloidaan, ja valon nopeus ja massaobjektien lepomassa oletetaan vakioiksi, koordinaatistosuureista, ajasta ja etäisyydestä tulee funktioita gravitaatiotilasta ja objektin nopeudesta havaitsijaan nähden. Lepotilan käsite hämärtyy. Valon nopeus määräytyy avaruuden laajenemisesta ja paikallisesta gravitaatiotilasta. Lepomassa on funktio objektin liiketilasta. Massa on energian ilmenemismuoto. Aaltofunktio on postuloitu kompleksisuure, jonka itseisarvon neliö kuvaa hiukkasen esiintymisen todennäköisyystiheyttä. Massa on aaltolukuna ilmaistava energian ilmentämisen substanssi (kompleksisuure), massaobjekti kuvataan massa-aaltojen resonanssirakenteina.

9 The tree of the natural sciences
Matter wave, wave function, inderterminism de Broglie Schrödinger The characteristic frequency of atomic oscillators is determined by the energy state – the state of motion and gravitation. Relativity appears as a consequence of the conservation of total energy in space Quantum states are energy minima of the energy states of resonant mass wave structures Planck equation, a quantum of action Max Planck The theory of relativity, FLRW cosmology Albert Einstein Planck’s equation can be derived from dipole emission: Richard Feynman >> the energy of a EM-wave has the form of the rest energy of mass Feynman’s “great mystery” The laws of motion, the balance of forces – deterministic, linear reality Isaac Newton Space as the 3D “surface” of a 4D sphere? The energy of motion is obtained from the energy of gravitation Electromagnetism can be described as interplay of potential energy and the energy of motion. James Maxwell ”The laws of nature are the same in all systems in rectilinear motion. Galileo Galilei ” The total amount of energy in the world is conserved both locally and globally - there is always as much energy in a cause as in its effect.” Local is a mirror of the universe (monadology). Gottfried Leibniz Poincaré: “Everything can be seen as interplay of kinetic energy and potential energy” Tieteellisten väitteiden tulee läpäistä vaatimus julkisesta perusteltavuudesta ja koeteltavuudesta, eli niiden on kestettävä vertailussa todellisuuteen sekä tiedeyhteisössä käytävässä arvostelevassa keskustelussa.[9] Tieteellinen maailmankuva ei koskaan ole täydellinen: aina tulee olemaan kysymyksiä, joihin ei ole vielä löydetty tieteen menetelmien avulla vastauksia. Tieteen arvostelevalla menetelmällä voidaan kuitenkin muodostaa muuttuva ja kehittyvä käsitysjärjestelmä, jossa aikaisempia virheitä poistetaan ja löydetään entistä tarkempia ja paremmin todellisuutta selittäviä käsityksiä. Tieteen tekeminen edellyttää muun muassa rajanvetoa tieteen ja näennäistieteen välillä.[9] Maailmankuva on epätieteellinen silloin, jos se sisältää tieteellisen maailmankuvan kanssa ristiriidassa olevia väitteitä. Vaikka tieteessä ei olekaan ehdottomia takeita totuudesta, on ristiriitatilanteessa järkiperäisempää hyväksyä tieteen tulokset. Näin ei tule menetellä siksi, että ne välttämättä olisivat tosia, vaan siksi, että ne on saavutettu kriittisen ja julkisen menetelmän avulla.[9] Niiniluoto, Ilkka: Tiede, filosofia ja uskonto (1984) Niiniluoto, Ilkka: Tiede, filosofia ja maailmankatsomus: Filosofisia esseitä tiedosta ja sen arvosta. Helsinki: Otava, ISBN Ptolemy astronomy Claudius Ptolemy Eudoxus ”Motions of planets can be described by adding epicycles to circular orbits”. ... sphere is the most perfect form, needing no joint and being a complete whole, ... best suited to enclose and retain all things and parts of the universe like the sun, moon and stars … Nicolaus Copernicus Thales ”Everything in space is united”. The most exact of the sciences are those which deal most with first principles. Changes are driven by entelecheia, the actualization of potentiality. Aristotle

10 Newton-SR&GR-QM-FLRW Dynaaminen Universumi
aika [s] etäisyys [m] massa [kg] varaus [As] aika [s] etäisyys [m] massa [kg] varaus [As] Erest(total) Eg(global) Erest(local) Eg(local) Ekinetic Eel.magn. Eradiation t r m = ħ0∙km e Energian säilyminen kaikissa vuorovaikutuksissa avaruudessa Kosmologia Sähkömagnetismi h0 massa-aalto Massaobjektien kuvaus: Massa-aaltojen resonanssin toteuttavat rakenteet Nolla-energia tasapaino, pallosymmetrisesti suljettu avaruus Taivaanmekaniikka t r m e F=ma Fg= GmM/R2 mi ekvivalenssiperiaate mg suhteellisuusperiaate Taivaanmekaniikka Suhteellisuusperiaate (paikallinen) Postulaatit: - Aika-avaruus - Valon nopeuden vakioisuus - Suhteellisuusperiaate - Ekvivalenssiperiaate - Kosmologinen periaate Ekin gravitaatio metriikan ominaisuus Sähkömagnetismi FLRW -kosmologia Postulaatit: - GR metriikka - Vastaavuusperiaate (SR) - Planckin yhtälö - ”Hubble flow” - Pimeä aine, pimeä energia - Inflaatiohypoteesi - Gravitaatioaallot Kvanttimekaniikka Postulaatit: - aaltofunktio - Planckin yhtälö - Schrödingerin yhtälö - Klein-Gordon yhtälö - Hilbertin avaruuden symmetriat