האם אור הוא חומר?

[TeaTime]

המשוואה לא מדברת על יעילות התהליך. רק על היחס בין אנרגיה לחומר.

[rikus]

החלקיקים התת אטומים שמרכיבים את גרעין האטום(החלקן הקטן ביותר של החומר) הם גלים בעצמם, אם כולנו מכירים פרוטון וניוטרון, מה שמרכיב אותם הם לדוגמא עבור פרוטון איזשהו מודל של קווארקים, שהם בעלי תכונות גליות לכל דבר, מה שמוביל לקשר האנרגטי שיש בנוסחא של איינשטיין.

זה אומר שאנחנו זה אנרגיה.

[pyosef]

אם הבנתי נכון אז אלקטרון פרוטון ונייטרון מורכבים מחלקים יותר קטנים.

והאור עשוי מפוטונים שהם חלקיקים של פרוטונים (הגרעין של האטום).

1) איך הפוטון (של האור) עובר דרך זכוכית ולא "נבלם" ולעומת זאת דרך חומר עם צבע הוא כן נבלם?

2) "גל" הכוונה היא לחלקיק מסוים שתנועתו נעשית בצורת גלים מעין פרבולה מתמשכת עולה ויורדת?

3) למה מתלבטים בין זה שהאור הוא חלקיק או גל, הרי גל הוא חלקיק שנע בצורה גלית? אז מה הכוונה לחלקיק?

[matteo]

אם הבנתי נכון אז אלקטרון פרוטון ונייטרון מורכבים מחלקים יותר קטנים.

והאור עשוי מפוטונים שהם חלקיקים של פרוטונים (הגרעין של האטום).

1) איך הפוטון (של האור) עובר דרך זכוכית ולא "נבלם" ולעומת זאת דרך חומר עם צבע הוא כן נבלם?

2) "גל" הכוונה היא לחלקיק מסוים שתנועתו נעשית בצורת גלים מעין פרבולה מתמשכת עולה ויורדת?

3) למה מתלבטים בין זה שהאור הוא חלקיק או גל, הרי גל הוא חלקיק שנע בצורה גלית? אז מה הכוונה לחלקיק?

גל הוא ממש לא חלקיק שנע בצורה גלית

חלקיק זה חלקיק וגל זה גל

ולמה מתלבטים? חחחחחחחחחחחחחחח על זה כמעט המדע "מתלבט" מאה שנה מאז בוהר ואיינשטיין

דואליות

תריץ חיפוש

תחקור קצת, קרא על פיזיקת הקוונטים

אני לא מאמין שיש מחלוקת, אני פשוט מאמין במהפכה של פיזיקת הקוונטים

אומנם המושג דואליות הוא מושג שקשה לפיזיקה לקבל, אבל אני מאמין שפשוט זה מושג חדש, שכנראה מתאר בצורה טובה יותר

כה, הבעיה היא בעיה מושגית , אבל אולי כדאי להתחיל להבין שיש דבר שנקרא דואליות ולא לחפש איזה שהם הסברים עקיפים

[rikus]

1) כי הפוטנים עדיין מספיק קטנים בשביל לעבור בגביש הזכוכית-תחשוב על זה כמו הולכת חשמל.

2)גל הוא תיאור של קרינה-מין הד אני חושב של חלקיק קיים.

3)לא מתלבטים בכלל-האור מתנהג גם כחלקיק וגם כגל, ראה ערך האפקט הפוטו אלקטרי, מיסטר איינשטיין הגאון קיבל על זה פרס נובל.

[The Arcane]

אם הבנתי נכון אז אלקטרון פרוטון ונייטרון מורכבים מחלקים יותר קטנים.

והאור עשוי מפוטונים שהם חלקיקים של פרוטונים (הגרעין של האטום).

אין שום קשר בין פוטונים לפרוטונים. פוטון הוא חלקיק יסודי אחד, קוורקים, שמהם מורכבים פרוטונים, הם חלקיקים יסודיים שונים לחלוטין.

1) איך הפוטון (של האור) עובר דרך זכוכית ולא "נבלם" ולעומת זאת דרך חומר עם צבע הוא כן נבלם?

כאן בדיוק באה לידי ביטוי הדואליות של האור. מבחינה קלאסית אנחנו רגילים להתייחס לאור כמו גל, שעושה התאבכויות, החזרות וכדומה. השקיפות של הזכוכית, כמו שהוסבר לנו בכמה הזדמנויות בקורסים שונים, היא תופעה שקשורה דוקא לתכונות החלקיקיות של האור. אם מסתכלים עליו כשטף של חלקיקים - פוטונים, ייתכן מצב שבו פוטון בתדר מסויים ואנרגיה מסויימת פוגע באלקטרון בחומר, נבלע בתוכו לגמרי ומוסר לו את כל האנרגיה שלו, תופעה לא גלית בעליל. התכונות הפיסיקליות של זכוכית לא מאפשרות לאלקטרונים לקבל מנות אנרגיה שנישאות על ידי פוטונים בתדרים של אור נראה, לכן פוטונים בתדרים אלה לא יכולים להיבלע בזכוכית ופשוט עוברים אותה. צביעה זה כבר יותר מסובך ואני לא חושב שאני יודע להסביר את זה.

2) "גל" הכוונה היא לחלקיק מסוים שתנועתו נעשית בצורת גלים מעין פרבולה מתמשכת עולה ויורדת?

כשאומרים שחלקיקים תת-אטומיים מפגינים תכונות גליות, לא מתכוונים לאופן התנועה שלהם. זה מאוד מסובך, אבל בעיקרון ה"גל" מתייחס להסתברות של מציאת החלקיק במקום מסויים בזמן מסויים, כלומר לחלקיק אין מיקום וודאי.

3) למה מתלבטים בין זה שהאור הוא חלקיק או גל, הרי גל הוא חלקיק שנע בצורה גלית? אז מה הכוונה לחלקיק?

קודם כל, ראה את התשובה הנ"ל, זה מסביר בערך מה הכוונה בחלקיק שמפגין תכונות גליות.

שנית, באופן כללי, ההגדרה הרשמית של גל היא תופעה שמתפשטת בזמן ובמרחב. גלי קול הם גלי לחץ - התופעה היא לחץ אוויר והיא מתפשטת בזמן ובמרחב. גלי אור הם גלים אלקטרומגנטיים - התופעה היא שדה חשמלי ושדה מגנטי והיא מתפשטת בזמן ובמרחב.

לעומת זאת, כשאומרים חלקיק מתכוונים לעצם עם מיקום מוגדר, מסה, מהירות וכדומה, בקיצור - תופעה נקודתית. כאן נעוץ ההבדל.

בתחילת המאה ה-20 פתאום התחילו לצוץ ניסויים שהראו שלאור - שהיה ידוע עד אז כגל אלקטרומגנטי, יש בתנאים מסויימים תכונות של חלקיק, של עצם נקודתי, למשל התופעה של בליעת פוטון (תקרא בויקיפדיה על האפקט הפוטואלקטרי).

בניסוי אחר מישהו גילה שאלקטרונים יכולים להתאבך - כלומר, תירה אלקטרון על שני סדקים, והיית מצפה שהוא או יעבור דרך סדק ויפגע במסך בול מהצד השני שלו, או יפגע בתווך ביניהם ולא יעבור בכלל. מסתבר שאם הסדקים מספיק צרים ומספיק קרובים זה לזה, לא רק שהוא עובר תמיד אלא הוא יכול להופיע לך במקומות שלא ציפית להם, כמו בתמונת התאבכות של אור (תחפש התאבכות בויקיפדיה ותראה למה אני מתכוון). זאת דוגמה מצויינת לכך שאלקטרון, שבמובן הקלאסי הוא חלקיק עם מיקום מוגדר, מסה מוגדרת, בעצם מאופיין ע"י גל שמתאר את הסתברות המיקום שלו, והגל הזה עובר התאבכות בסדקים, ופתאום יש לך הסתברות למצוא את האלקטרון הזה על פני שטח ענק (יחסית, כמובן) מהצד השני של הסדקים.

והנה כל ההתלבטות, אלא שבעצם אין כל כך התלבטות. הפיסיקה הקוונטית היא אחת התורות הפיסיקליות הכי מדוייקות שהיו לנו אי פעם. בין השאר היא מסתדרת יפה מאוד עם הפיסיקה הקלאסית בגבולות המתאימים. למשל, מבחינה יסודית, אלקטרון הוא חלקיק בלי מיקום מוגדר שמאופיין ע"י פונקציית גל, אבל אם תלך מספיק אחורה ותסתכל בקנה מידה גדול, אתה יכול להתייחס אליו כאל חלקיק נקודתי רגיל והמתמטיקה תסתדר יפה. הכל זה שאלה של מה בעצם הבעיה שאתה מנסה לפתור. אם תבחר את הכלים המתאימים למימדים ולתנאים שלה, הכל יעבוד כמו שצריך.

מצטער שחפרתי קצת, אבל אני מקווה שהבהרתי לך כמה דברים. אתה מוזמן לשאול עוד ואני אנסה להסביר כמיטב יכולתי.

[pyosef]

לא חפרת, זה מעניין תודה על ההשקעה.

ויש לי שאלה נוספת:

יש דבר שנקרא "כח משיכה" (גרביטציה) שמושך אותנו לכדו"א, וגם כח דחייה כגון: אלקטרון ופרוטון שדוחים אחד את השני,

השאלה היא כזאת, בשני המקרים אין דבר פיזי שמחבר בין הדוחה לנדחה ובין המושך לנמשך. לדוגמא: אם אני רוצה לקרב אליי עצם מרוחק אני צריך חבל או משהו פיזי שמקשר.

מה בדיוק ה"חבל"במקרים אלו?

[The Arcane]

לא חפרת, זה מעניין תודה על ההשקעה.

ויש לי שאלה נוספת:

יש דבר שנקרא "כח משיכה" (גרביטציה) שמושך אותנו לכדו"א, וגם כח דחייה כגון: אלקטרון ופרוטון שדוחים אחד את השני,

השאלה היא כזאת, בשני המקרים אין דבר פיזי שמחבר בין הדוחה לנדחה ובין המושך לנמשך. לדוגמא: אם אני רוצה לקרב אליי עצם מרוחק אני צריך חבל או משהו פיזי שמקשר.

מה בדיוק ה"חבל"במקרים אלו?

כוח הגרביטציה והכוח האלקטרוסטטי הם שניים מארבעת הכוחות היסודיים בטבע (לפחות עד שיגלו עוד, מי יודע). כוח הגרביטציה הוא כוח משיכה בלבד שפועל בין עצמים בעלי מסה. הכוח האלקטרוסטטי פועל בין גופים עם מטען חשמלי. מטענים בעלי סימן זהה נדחים אחד מהשני, מטענים בעלי סימן הפוך נמשכים זה לזה. אלקטרון ופרוטון דוקא נמשכים ולא נדחים.

שני הכוחות האלה הם כוחות שפועלים מרחוק. אני לא יודע מספיק כדי להסביר את הפעולה שלהם, אבל זאת אחת מהתופעות הכי טריביאליות שאנחנו מכירים. הרי, כשאתה קופץ מגובה מסויים, אתה נופל, בלי חיבור פיזי לאדמה. הירח נשאר במסלול שלו מסביב לכדור הארץ בלי חיבור פיזי אליו, וכדומה. כמובן שקיימים לזה הסברים, אבל הם מאוד לא אינטואיטיביים ולא פשוטים. אתה יכול לחפש בויקיפדיה, אבל אני לא רוצה להיכנס לדיון על דברים שאני בעצמי לא כל כך מבין.

מה שכן, לגבי הדוגמא שלך עם החבל, לא סתם אמרתי שהכוחות האלה הם יסודיים. זה אולי לא נראה כך, אבל אתה משתמש בכוח האלקטרוסטטי כשאתה מושך משהו עם חבל - זהו הכוח שאחראי על הרבה מאוד אינטראקציות בין אטומים ומולקולות, במיוחד קשרים כימיים. כשאתה עומד על הרצפה, כדור הארץ מפעיל עליך כוח גרביטציה. מה מונע ממך ליפול דרך הרצפה? הכוח האלקטרוסטטי - האלקטרונים באטומים של הסוליה שלך / של הרגל שלך נדחים מהאלקטרונים באטומים של הרצפה. יש עקרונות פיסיקליים נוספים שעובדים, אבל בגדול זה מה שקורה. אגב, זאת עדות לכך שהכוח האלקטרוסטטי חזק באופן לא פרופורציוני לחלוטין ביחס לכוח הגרביטציה, וזאת אחת מהחידות הגדולות בפיסיקה היום - יש לנו מודלים טובים מאוד שמתארים את הכוח האלקטרוסטטי בכל קנה מידה, אבל הגרביטציה שונה לגמרי, במיוחד בקנה מידה תת אטומי, ומודלים דומים לא תקפים בשבילה. אחד מהדברים שקיוו למצוא במאיץ החדש בג'נבה הוא הגורם המעניק לחלקיקים את תכונת המסה. כרגע המאיץ מושבת בגלל תקלה טכנית, אז נצטרך להמשיך לחכות.

[Jaman]

הכוח האלקטרוסטטי

אתה מתכוון לכוח האלקטרומגנטי.

[pyosef]

בויקיפדיה כתוב שיש חוק "שמסה נמשכת למסה... בלה בלה בלה" אבל לא מסבירים בדיוק מה הגורם.

החוק ידוע אז מהו הגורם?

כשאדם קופץ מה בדיוק מושך אותו למטה, מה מחזיק את הירח קרוב לכדור הארץ?

(אני יודע שזה החוק הנ"ל אבל השאלה היא מה מתרחש פיזית שגורם למשיכה)

[Troubled_Martyr]

התיאוריה הנוכחית שמתארת את החלקיקים והכוחות היסודיים בטבע נקראת "המודל הסטנדרטי" (הכוחות היסודיים הם כבידה, אלקטרומגנטיות, הכוח החזק והכוח החלש). על פי המודל הזה, כל אינטראקציה (כלומר כוח) שפועלת מרחוק, מתרחשת למעשה ע"י החלפת חלקיק המשמש כ"נושא הכוח". כך למשל, שני אלקטרונים שנעים אחד לקראת השני ואז דוחים זה את זה, מחליפים ביניהם פוטון, שהוא החלקיק הנושא את הכוח האלקטרומגנטי. זהו אותו פוטון שהוא גם החלקיק, או "מנת האנרגיה" הבסיסית, של קרינה אלקטרומגנטית, ובפרט אור.

באותו אופן, כבידה פועלת ע"י החלפת חלקיקים הנקראים גרביטונים.

מכיוון שלגרביטונים אין מסה, הם לא עושים אינטראקציה אחד עם השני, ובאותו אופן לפוטונים אין מטען והם לא מתעסקים זה עם זה. מהסיבה הזו, הם יכולים לנוע בחופשיות לטווח רחוק, כך שאנחנו יכולים לראות כבידה וכוח אלקטרומגנטי פועלים מרחוק.

לעומת זאת, לחלקיקים הנושאים את הכוח החזק, הנקראים "גלואונים", יש מטען של אותו כוח (המטען הזה נקרא "צבע"). כמו כן, לחלקיקים הנושאים את הכוח החלש - W ו- Z - יש מטען תחת הכוח הזה. מסיבה זו, הם עושים אינטראקציה אחד עם השני ולא נעים לטווחים רחוקים (למעשה W ו- Z הם גם לא יציבים, ומתפרקים אחרי זמן קצר מאוד). לכן אנחנו רואים ביומיום רק את שני הכוחות הראשונים.

הבעיה היחידה במה שסיפרתי היא שכמו שכבר ציינו כאן , המודל הסטנדרטי לא מתאר למעשה את הכבידה, והגרביטונים אינם חלק מהתיאוריה, ולא נתגלו באופן ניסיוני (בניגוד לכל שאר החלקיקים לעיל). רק בתיאוריות מתקדמות יותר (במסגרת תורת המיתרים) אפשר לתאר אותם בצורה מסודרת. נכון להיום, אין שום עדות ניסיונית שתומכת בתיאוריות כאלה, אז אפשר להגיד שאנחנו לא יודעים להסביר את הכבידה ברמה מלאה, שכוללת גם את פעולתה בטווחים קצרים מאוד.

אבל בכל מקרה, ההסבר המקובל לכוחות שפועלים מרחוק הוא החלפת חלקיקים.

[rikus]

המדע לא מנסה להסביר תופעות - זה עסק של הפילוסופים, המדע עוסק בתיאור מודלים בטבע.

[Singularity]

אחד החלקיקים שיכולים להסביר את תופעת כוח המשיכה הינו זה שמחפשים כיום המאיץ החלקיקים החדש השוויץ, אני לא בדיוק זוכר איך קוראים לו.

בנוגע לשאלה על הזכוכית והצבעים ההסבר הוא כזה:

כולם מכירים את מודל אטום הבסיסי של בוהר בו האלקטרונים יכולים לנוע המסלולים מוגדרים סביב גרעין האטום. מסתבר (מפתירת משוואות שרדינגר) שכאשר אנו לוקחים המון האטומים היחד, כמו למשל בגוש של חומר, אנו מקבלים מצב בו ישנם פסים "רציפים" של אנרגיה בהם יכולים לשהות אלקטרונים (המילה רציפים הינה שגרשיים כיוון שלמעשה ההבדל בין הרמות הסמוכות הוא של 10 בחזקת מינוס 15 אלקטרון-וולט, יחידת מידה השווה ל1 גואל חלקי מטען האלקטרון) אם בוחנים את המשוואות מגלים כי האלקטרונים יכולים לשהות במעין רצועות של אנרגיה כפי שהוסבר למעלה ובין הפסים ישנם אנרגיות בהם אסור שהאלקטרונים יהיו (ההסתברות למצוא אלקטרון באנרגיה זו הינה אפס), אזורים אילו בין הספים נקראים הפס האסור וגודלו תלוי בחומר עצמו ובמידות שלו (במידות התכוונתי לכך שכאשר אנו מגבילים את הגודל של החומר שאנו לוקחים למידות של ננומטרים בודדים התכונות שלהם משתנות אולם זה נושא אחר ).

כעת נזכור (או למי שלא ידע עד כה) כי פוטון יכול להעביר את כל האנרגיה שלו או לא להעביר אותה כלל (הוא לא יכול להעביר רק חלק ממנה). האנרגיה של הפוטון הינה פרופורציונית לתדר שלו (למשל אור לבן מורכת הכל הצבעים ביניהם האדום עם תדר נמוך יותר ולכן אנרגיה יותר נמוכה מאשר כחול שהוא בעל תדר יותר גבוה).

וכעת להסבר מדוע זכוכית שקופה ואיך מקבלים צבעים:

במקרה של זכוכית הכיוון שהיא חומר מבודד יש לנו מצב שבו ישנו פס של אנרגיות שעד לקצהו העליון כל רמות האנרגיה האפשריות תפוסות ע"י אלקטרונים, הפס העליון נקרא גם פס הערכיות, מעליו יש את הפס האסור בכזכור בו אסור לאלקטרונים להיות, ומעליו יש פס נוסף של אנרגיות שנקרא פס ההולכה שהוא פס ריק מאלקטרונים. במקרה של מבודד הפס האסור הוא מאוד גדול כ- 5 אלקטרון וולט (במתכת למשל אין פס אסור ולכן היא מוליכה).

כעת כאשר פוטון פוגע בחומר הדרך בא ה וא יכול להיבלע בחומר היא שהוא יעביר את האנרגיה שלו לאלקטרון מפס הערכיות וסך האנרגיה החדשה של האלקטרון תאפשר לו לשהות בפס ההולכה. אולם כיוון שכפי שהוסבר קודם בזכוכית הפס האסור הוא גדול מאוד נצטרך פוטון בעל אנרגיה מאוד גבוה כדי הוא יוכל להעביר לאלקטרון את האנרגיה שלו כי אם אין לו מספיק אנרגיה להוסיף לאלקטרון כדי שזה יעבור את הפס האסור הוא לא יוכל לתת לו את האנרגיה שלו. בזכוכית למשל כדי שפוטון יוכל להיבלע צריך פוטון בתדר של יותר מ1MHZ (להמחשה באור הנראה הוא בתדר של 600KHZ) אני מקווה שאני לא טועה בחישובים כי השעה כבר קצת מאוחרת ואין לי כוח (עימכם הסליחה ).

וכעת נעבור להספר הצבעים: חומר נראה לנו ככחול כיוון שהאור התדר הכחול הינו מספיק אנרגטי כדי להעלות לאקטרון לפס ההולכה והוא נבלע החומר כאשר העין קולטת את שאר הצבעים שלא נבלעו והוחזרו מהחומר (כמו גל בבריכת גלים שפוגע בקיר וחוזר הזרה) למשל אדום וירוק שהם לא מספיק אנרגטיים לביצוא הפעולה הנ"ל המוח מפרש את הצבע ככחול. וכך הלאה למשל עסור ירוק כל התדרים מירוק ומעלה נבלעים ע"י החומר וכאשר העין מקבלת את התדרים הנמוכים שנשארו (למשל אדום וצהוב) המוח מפרש את הצבע של החומר כירוק.

אני מקווה שלא הצחתי לבלבל את אינלו שהיו מספיק אמיצים להגיע לנקודה הזו של התגובה, ולכן למי שהתמיד נומאר כל הכבוד :yelclap:

[pyosef]

תודה לכם שוב על ההשקעה.

ואני יודה לכם יותר אם תתנו לי קישור או אתר אם הסברים יותר טובים מויקיפדיה,

אני רואה שאתם בקיאים בחומר ולמדתם אותו וזה נורא מעניין.

תודה.

[matteo]

אחי

השאלות שלך כולם מופנות כלפי פיסיקת הקוונטים

פשוט תחפש על פיסיקת/תורת/מכניקת הקוונטים

לא כל כך קשה

ישנם הרבה ספרים בנושא שכדאי שתקרא, פשוט תחפש

אני מציע באנגלית, לא יצא לי למצוא ספר ראוי בעברית