om solen försvann, liten fråga

[meanman]

Tore/
Intressant att ta del av ditt kunnande. Jag har flera följdfrågor men begränsar mig idag pga vinter-OS etc.
Jag undrar bl.a om du svarar utifrån flera delvis konkurerande teorier, eller utifrån något slags rådande konsensus.
Här följer två saker som du kanske vill göra klarare för mig?

Nej, en partikel behöver inte ha någon massa, i varje fall inte som begreppet används inom partikelfysiken. Fotonen betraktas alltså som en masslös partikel.

Vardagsmänniskan undrar då: Hur fungerar tankemodellen givet det du säger ovan och givet Einstens välkända E = mc²
Om m = 0, så 'noll' energi. I fotonens fall så visar ju experiment att den äger energi. Hur kan man då föreställa sig en masslös parikel?

De befinner sig ju aldrig i vila, så jag vet inte riktigt vad du menar med frågan. Även om fotoner saknar massa så har de ju både energi och rörelsemängd som de kan överföra till andra partiklar, exempelvis elektronerna i en metall.

Vardagsmänniskan kanske må tillåta sig ett tankeexperiment. Einstein hade flera; om 'kosmologiska hissar' och tunnlar genom jordens medelpunkt, eller?
Alltså hur fungerar tankemodellen för en foton i vila? Hur man skulle försöka bekräfta analogin mellan modell och fysikalisk verklighet är en annan sak. (kanske genom att bromsa ljuset i ett medium?)

[Tore]

Vardagsmänniskan undrar då: Hur fungerar tankemodellen givet det du säger ovan och givet Einstens välkända E = mc²
Om m = 0, så 'noll' energi. I fotonens fall så visar ju experiment att den äger energi. Hur kan man då föreställa sig en masslös parikel?

Bra, jag skall försöka bringa lite klarhet i detta. Till att börja med några ord om ordet "massa". I vissa populärvetenskapliga framställningar av relativitetsteorin används ordet "massa" i betydelsen "relativistisk massa", vilket är lite olyckligt eftersom man i nästan alla andra sammanhang avser den s.k. vilomassan (vilket också är vad jag har gjort i den här diskussionen).

Svaret på din fråga beror således på vilken betydelse man lägger i m:et i E = mc². Låter vi m stå för den relativistiska massan hos en partikel så är E = mc² ett mått på partikelns totala energi. I den meningen kan alltså fotonen sägas ha en slags massa, en relativistisk massa, men det är inte det vi brukar mena med ordet "massa". För att undvika missförstånd kan vi beteckna den relativistiska massan med stora M. Formeln blir då E = Mc².

Låter vi istället m stå för vilomassan, alltså det vi normalt sett menar med "massa", så kommer E = mc² bara att ange energin för ett föremål i vila, den s.k. viloenergin. Jag gav tidigare den allmänna formeln för totala energin: E = √((mc²)² + (pc)²). Detta uttryck gäller för alla partiklar, masslösa eller ej. För en partikel i vila är rörelsemängden p = 0 och formeln reduceras till E = mc². För en masslös partikel, t.ex. en foton, reduceras formeln istället till E = pc, vilket ju är den energi jag angav för fotonen i ett tidigare inlägg. Så allt hänger ihop, det gäller bara att ha klart för sig vad de olika symbolerna betecknar i det aktuella sammanhanget.

Sammanfattningsvis har vi alltså att E = Mc² = √((mc²)² + (pc)²) för totala energin, och E = mc² för viloenergin.

[meanman]

Svaret på din fråga beror således på vilken betydelse man lägger i m:et i E = mc². Låter vi m stå för den relativistiska massan hos en partikel så är E = mc² ett mått på partikelns totala energi. I den meningen kan alltså fotonen sägas ha en slags massa, en relativistisk massa, men det är inte det vi brukar mena med ordet "massa". För att undvika missförstånd kan vi beteckna den relativistiska massan med stora M. Formeln blir då E = Mc².

Bra, jag har uppmärksammat den skillnaden. Men jag vet inte om det löser upp min undran? Vi får se.

Jag gav tidigare den allmänna formeln för totala energin: E = ?((mc²)² + (pc)²). Detta uttryck gäller för alla partiklar, masslösa eller ej. För en partikel i vila är rörelsemängden p = 0 och formeln reduceras till E = mc². För en masslös partikel, t.ex. en foton, reduceras formeln istället till E = pc, vilket ju är den energi jag angav för fotonen i ett tidigare inlägg.

Sammanfattningsvis har vi alltså att E = Mc² = ?((mc²)² + (pc)²) för totala energin, och E = mc² för viloenergin.

Min fråga blir då: Är begreppet 'foton', ett 'energipaket' vars energi är E = pc, i teoribildningen låst till en masslös partikel i rörelse?
Jag menar; om vi i ett tankeexperiment inom teorin tänker oss fotonen i vila, tänker man sig då i teorin att den masslösa partikeln omvandlas från energi uttryckt E = pc, till en partikel med massa uttryckt E = mc².
Och är det då konvention att inte längre kalla det foton?
Jag söker en begriplig analogi mellan teori och fysikalisk verklighet.
(det verkar inte vara något liknande att en person än kan vara resande, än vilande?)

[Tore]

Jag menar; om vi i ett tankeexperiment inom teorin tänker oss fotonen i vila, tänker man sig då i teorin att den masslösa partikeln omvandlas från energi uttryckt E = pc, till en partikel med massa uttryckt E = mc².

Problemet är att jag inte ser hur du skall kunna göra det tankeexperimentet "inom" teorin. Går du å andra sidan "utanför" teorin kan du ju välja vilket svar du önskar. Kanske har jag bara inte förstått din fråga.

[Enfero]

En foton i vila har varken massa eller energi, så det hela blir 'meningslöst'. Fotonen har vilomassan noll, så mc² försvinner helt. Har den rörelsemängd p noll, så försvinner även pc.

En foton kan inte existera i vila. Man har aldrig observerat en sådan. Orsaken till att man spekulerar i sådant är troligen att man inte riktigt förstått begreppet 'foton'. Iallafall såvitt jag vet.

[meanman]

Problemet är att jag inte ser hur du skall kunna göra det tankeexperimentet "inom" teorin. Går du å andra sidan "utanför" teorin kan du ju välja vilket svar du önskar. Kanske har jag bara inte förstått din fråga.

Ja det är kanske något otydligt hos oss båda ang. 'teori'. Jag har fattat dig som att du dels anknyter till Einsteins förslag ang. fotonen men även att du ansluter till vidareutvecklingen av Bohrs atommodell.
Om vi säger så här då:
Jag ansluter till vad Wittgenstein sade i Tractatus om att världsbeskrivning kan ske med olika 'begreppsnät'. Det ena eller andra kan vara lämpligare, noggrannare för ett speciellt ändamål.
Vad jag intresserar mig för är det jag kallar 'begreppsglapp' då man skiftar från en tankemodell(teori) till en annan tankemodell.
Jag vet inte om det finns ett begreppsglapp i fråga om beskrivningen av fotonen(ett ljuskvanta). Huruvida; det hoppades jag skulle framgå under mitt samtal med dig.

Inom en teori är det enkelt att abstrahera ut energivärdet i matematiska operationer. Som Eddington sade: Vi talar om energi som om vi visste vad det var.
Energivärdet kan väl sägas bli mätt i form utav 'utfört arbete'.
Tankemodellens formler ger funktioner som i sin tur ger underlag för analogier i den fysiska världen. Man kan förutsäga framtida erfarenheter, som genom experiment konfirmeras om tankemodellen stämmer.

När det gäller fotonen säger du att man inte i teorin(vad var det nu) kan tänka sig en foton i vila.
Jag känner till det där med emitterade ljuskvanta, partikelliknande energipaket och Plancs konstant som även framträder i atommodellens teori.
Som vardagsmänniska känner jag även till att då arbete utförs, så utförs det av någon eller något. Även om jag skulle få se golvet bli 'sopat' utan att någon 'agent' syntes till, så skulle jag forska efter en orsak till gratisstädningen.
Så inte, verkar det, med ljuskvanta.
Ingen 'bärare' av energin föreslås, eller?
Ljusetern övergavs...
Partikelströmmen övergavs....
Materievågor...?

Experimentellt kan konstateras att dessa 'energipaket' kan absorberas av elekroner i atomen och att då elektronen laddas upp tillräckligt för att momentant 'hoppa', göra sitt kvantsprång till en yttre, mer energikrävande bana. Och då elektronen återtar en inre bana emitterar den just en foton bestående av överskottsenergin pga tillbakahoppet.
Alternativt kan energipaketet stöta ut 'lämpligt' belägna elektroner från atomen. Slarvigt uttryckt har fotonens energi adderats till en partikels energivärde, eller använts för att 'frigöra' en partikel från sin atom.
Ungefär så har jag fattat det man vet om fotonens funktion.
Energi kan 'materialiseras'? Är det riktigt?
Om så, är det då uteslutet att det kan råda eller skapas förhållanden så att ett energipaket materialiseras. Av vilka skäl? Per definition?

Det här inlägget var lite oredigerat, men kanske kan ge lite bakgrund till mina frågor.

När jag somnar kan jag nästan se sådant som uttryck 'förmåga att utföra arbete' flyga kors och tvärs i rymden.

De här omtalade teorierna verkar ha föreställnigar (före de matematiska operationerna) som innebär att man opererar med egenskaper fria från bärare av egenskaper. När det gäller hur ljusfenomenet fungerar.

Och då är det fråga om platonska idéer igen, vilket väl inte är något av vetenskapens objektivt vissa grundvalar?
En 'hädisk' tanke: Var Einstein mer en naturfilosof, än en naturvetenskapare?

[Tore]

Ja det är kanske något otydligt hos oss båda ang. 'teori'. Jag har fattat dig som att du dels anknyter till Einsteins förslag ang. fotonen men även att du ansluter till vidareutvecklingen av Bohrs atommodell.

Nja, jag har väl försökt utgå från det moderna fotonbegreppet, i den mån jag nu behärskar det. Har dock inte sett någon anledning att gå på djupet vad gäller den teoretiska beskrivningen. Dels är jag ingen expert på det, dels misstänker jag att vi skulle fastna i matematiska detaljer som inte gagnar diskussionen.

Jag ansluter till vad Wittgenstein sade i Tractatus om att världsbeskrivning kan ske med olika 'begreppsnät'. Det ena eller andra kan vara lämpligare, noggrannare för ett speciellt ändamål.
Vad jag intresserar mig för är det jag kallar 'begreppsglapp' då man skiftar från en tankemodell(teori) till en annan tankemodell.
Jag vet inte om det finns ett begreppsglapp i fråga om beskrivningen av fotonen(ett ljuskvanta). Huruvida; det hoppades jag skulle framgå under mitt samtal med dig.

Jag har inte läst Wittgenstein, men jag uppfattar det alltså inte som att jag har växlat mellan olika teorier beträffande fotonen. Däremot är det ju erkänt svårt att göra sig en intuitiv bild av kvantmekaniska fenomen. De analogier vi har tillgång till från vardagslivet verkar inte riktigt räcka till.

Som vardagsmänniska känner jag även till att då arbete utförs, så utförs det av någon eller något. Även om jag skulle få se golvet bli 'sopat' utan att någon 'agent' syntes till, så skulle jag forska efter en orsak till gratisstädningen.
Så inte, verkar det, med ljuskvanta.
Ingen 'bärare' av energin föreslås, eller?

Fotonen är väl just en sådan bärare, eller vad menar du?

[meanman]

En foton i vila har varken massa eller energi, så det hela blir 'meningslöst'. Fotonen har vilomassan noll, så mc² försvinner helt. Har den rörelsemängd p noll, så försvinner även pc.

En foton kan inte existera i vila. Man har aldrig observerat en sådan.

Ja enligt devisen 'det man inte kan mäta, finns inte(fysikaliskt).

Orsaken till att man spekulerar i sådant är troligen att man inte riktigt förstått begreppet 'foton'. Iallafall såvitt jag vet.

Eller hellre tycks det mig, 'inte riktigt menat'. Begreppet 'foton' förefaller mig poröst, alltså inte avgränsat åt alla håll.

[meanman]

Jag skrev: Ingen 'bärare' av energin föreslås, eller?

Fotonen är väl just en sådan bärare, eller vad menar du?

Ja du Tore, jag har ägnat lite tid åt att 'forska' kring fysikernas modeller av hur ljuset fungerar, och har några A4 med citat och egna tankar.
Men jag skall välja en kortare variant.

Jag skall backa till ett läge som jag nog tycker är en förutsättning för naturvetenskap.
1. Det finns fysiska föremål.
2. Det finns fysiska företeelser.
3. Fysiska föremål är involverade i fysiska företeelser.

Det sista överensstämmer väl med det Russel sa om elektriciteten: " Elektriciteten är inget föremål som t.ex. Nôtre Dame, elektricitet är ett beteendemönster. Om vi anger hur föremålen beter sig, hurudant 'elektriskt laddade' de är, så har vi definierat elektriciteten."

Om man ser fotonen som bestämd genom dess effekt, energi, alltå Plancks konstant 'h'(6,62*1/10³?) ggr det inkomna ljusets frekvens 'n', så har man inte sagt något om denna energis 'bärare'. Jag menar inte något naturfilosofiskt 'vad är..', utan ett 'hur transporteras energin i 'rymden'?
Efter fantasin om ett allt genomträngande 'utbredningsmedium' typ Etern, har vi nu det elektromagnetiska spektrat och bilden av vågor.
När det gäller elektricitet verkar bilden av millimetersvängande elektroner logiskt sammanhängande. Man åskådliggör en 'impuls' kraft som sprider sig med hastigheten 'c'.(detta skulle jag vilja veta om det är experimentellt fastlagt, eller bara hänvisar till STR).
När det gäller ett elektromagnetiskt växelfält är det inte tal om några 'pendelsvängningar' hos atomer, molekyler, joner...
Så hur beskriver man närmare transporten av, vågstrukturen hos, det synliga ljuset? Stannar det här vid att det är en 'kraft'? Effektlinjer?
Är det en applicering av Schrödingers vågmekanik för materien utgående från de Broglies dualitetsprincip för materiell strålning som är mest intressant, eller..?


Ps
en annan sak: att ljuset är en hastighetsgräns implicerar inte vad jag förstår att en kropp med 'försvinnande' liten massa inte kan färdas upp till denna gräns, bara att den inte kan färdas, accelereras utöver denna.
'att en kurva i en differentialekvation går mot noll, innebär inte att den når noll, eller?'

[Tore]

1. Det finns fysiska föremål.
2. Det finns fysiska företeelser.
3. Fysiska föremål är involverade i fysiska företeelser.

Det sista överensstämmer väl med det Russel sa om elektriciteten: " Elektriciteten är inget föremål som t.ex. Nôtre Dame, elektricitet är ett beteendemönster. Om vi anger hur föremålen beter sig, hurudant 'elektriskt laddade' de är, så har vi definierat elektriciteten."

Ok, tänk dig då fotonen som ett "föremål" med en viss "energiladdning".

Om man ser fotonen som bestämd genom dess effekt, energi, alltå Plancks konstant 'h'(6,62*1/10³?) ggr det inkomna ljusets frekvens 'n', så har man inte sagt något om denna energis 'bärare'. Jag menar inte något naturfilosofiskt 'vad är..', utan ett 'hur transporteras energin i 'rymden'?

Om du inte har problem med att tänka dig att elektroner och andra partiklar rör sig i rummet och bär energi med sig, så förstår jag inte vad problemet är med fotonen.

När det gäller elektricitet verkar bilden av millimetersvängande elektroner logiskt sammanhängande. Man åskådliggör en 'impuls' kraft som sprider sig med hastigheten 'c'.(detta skulle jag vilja veta om det är experimentellt fastlagt, eller bara hänvisar till STR).

Jag förstår dessvärre inte frågan.

När det gäller ett elektromagnetiskt växelfält är det inte tal om några 'pendelsvängningar' hos atomer, molekyler, joner...
Så hur beskriver man närmare transporten av, vågstrukturen hos, det synliga ljuset? Stannar det här vid att det är en 'kraft'? Effektlinjer?
Är det en applicering av Schrödingers vågmekanik för materien utgående från de Broglies dualitetsprincip för materiell strålning som är mest intressant, eller..?

Den moderna beskrivningen av ljus hittar du inom kvantfältteori (QFT), eller mer specifikt, kvantelektrodynamik (QED). Mycket förenklat kan du tänka dig det som en utveckling av Schrödingers vågmekanik. QFT beskriver all växelverkan i termer av partikelutbyten. Ett fält eller en kraft mellan två partiklar uppstår genom att de utväxlar förmedlarpartiklar med varandra, vilka överför energi, rörelsemängd och annat mellan partiklarna. Jag vet inte om det besvarar din fråga, men den moderna beskrivningen är alltså ganska väsensskild från den klassiska elektromagnetismen à la Maxwell.

en annan sak: att ljuset är en hastighetsgräns implicerar inte vad jag förstår att en kropp med 'försvinnande' liten massa inte kan färdas upp till denna gräns, bara att den inte kan färdas, accelereras utöver denna.
'att en kurva i en differentialekvation går mot noll, innebär inte att den når noll, eller?'

Vad vill du ha sagt med det? Att fotonen inte behöver vara helt masslös?

[meanman]

en annan sak: att ljuset är en hastighetsgräns implicerar inte vad jag förstår att en kropp med 'försvinnande' liten massa inte kan färdas upp till denna gräns, bara att den inte kan färdas, accelereras utöver denna.
'att en kurva i en differentialekvation går mot noll, innebär inte att den når noll, eller?'

Vad vill du ha sagt med det? Att fotonen inte behöver vara helt masslös?

Jag måste fundera över alla dessa begreppsbildningar, tack för svaren.....
Tillsvidare svarar jag på ovanstående: det föreföll mig som att fotonen inte måste vara masslös i ljushastigheten.

Men Tore, en annan sak som jag stött på och som först verkade strida mot det du sagt och det jag även läst. Vad vet du om Cerenkov-ljus?

Laddade partiklar som färdas snabbare än ljuset och ger upphov till speciella egenskaper i det elektromagnetiska fältet. En bildlikt talat 'ljusbang'. Men jag fattade det snart sålunda, att då är ljushastigheten inte 'c', utan är reducerad, t.ex i vatten....

[meanman]

Ok, tänk dig då fotonen som ett "föremål" med en viss "energiladdning".

...........................

Om du inte har problem med att tänka dig att elektroner och andra partiklar rör sig i rummet och bär energi med sig, så förstår jag inte vad problemet är med fotonen.

Jag tvekar inför att acceptera fotonen som föremål såvitt den skall anses vara masslös. Relativistisk massa kan jag förstå, om det nu skall anses vara den av hastigheten varierande tröga massan. I annat fall tycker jag att fotonen tillhör kategorin företeelser. Och då vore det bildligt talat solen som "skjuter" ljuskvanta genom interstellär materia och atmosfär. Då benämningen 'partikelliknande' inte är likaberättigat med 'partikel', så gäller inte den dualistiska beskrivningsmöjligheten för fotonen så som den gör för elektronen, eller?

Men jag skall läsa vidare om det du nämnde........

[Tore]

Jag måste fundera över alla dessa begreppsbildningar, tack för svaren.....
Tillsvidare svarar jag på ovanstående: det föreföll mig som att fotonen inte måste vara masslös i ljushastigheten.

I slutänden är det förstås en empirisk fråga. Om fotonen experimentellt skulle visa sig ha en massa så får man ju ändra teorin.

Men Tore, en annan sak som jag stött på och som först verkade strida mot det du sagt och det jag även läst. Vad vet du om Cerenkov-ljus?

Jag vet inte mycket mer än det du skrev. Fenomenet uppstår när partiklar rör sig snabbare än ljusets fashastighet i det aktuella mediet, vilket alltså kan vara betydligt lägre än c. Liknelsen med en ljudbang är väl ganska träffande.

Jag tvekar inför att acceptera fotonen som föremål såvitt den skall anses vara masslös. Relativistisk massa kan jag förstå, om det nu skall anses vara den av hastigheten varierande tröga massan. I annat fall tycker jag att fotonen tillhör kategorin företeelser. Och då vore det bildligt talat solen som "skjuter" ljuskvanta genom interstellär materia och atmosfär. Då benämningen 'partikelliknande' inte är likaberättigat med 'partikel', så gäller inte den dualistiska beskrivningsmöjligheten för fotonen så som den gör för elektronen, eller?

Du får naturligtvis göra som du vill, även om jag själv inte förstår varför man inte skulle acceptera masslösa partiklar. Det handlar väl bara om att vänja sig vid tanken? Men visst, om det känns bättre för dig så kan du ju betrakta den relativistiska massan som partikelns "riktiga" massa. Det är ju ändå bara ett ord.

[meanman]

Du får naturligtvis göra som du vill, även om jag själv inte förstår varför man inte skulle acceptera masslösa partiklar. Det handlar väl bara om att vänja sig vid tanken? Men visst, om det känns bättre för dig så kan du ju betrakta den relativistiska massan som partikelns "riktiga" massa. Det är ju ändå bara ett ord.

Ja vi har väl kanske kommit till ett läge där vi 'båda kan stå med båda benen' i den här tankekedjan. När det gäller 'ord' så ser jag dem som ett av tankens uttryck. Ett ord genererar beroende på person och situation olika föreställningar som har 'släktskap' och approximativt närmar sig ett 'begrepp'.
Jag förstår vad du menar. Varför skulle man inte vänja sig vid masslös parikel. Jag antar att jag intar ett slags 'föreställningsekonomisk' hållning så länge inte annat är nödvändigt i matchningen av tankemodellers funktion med funktioner i naturen. Strukturell samstämmighet och möjlighet att beskriva framtida erfarenheter meddelst experiment.
Och i experimentalfysikerns redogörelse är ord inte 'bara ord'.

.................................

Förutom ljuset från solen så var det solens gravitation som involverades i och med min trådrubrik. Vi lämnade den tankekedjan i ett läge då vi pratade om en metallkulas inverkan på ett nät.
Där finns det för min del ytterligare begreppsliga frågeställningar.
T.ex Varför måste nätet föreställas elastiskt, eller är det inte så?
När jag står på golvet; är det inte då en begränsad yta, som belastas med tryck(per kvadrat cm)? Och detta tryck av min vikt; skall det ses som en utbredning inom denna yta? Och om så; med vilken hastighet i trägolvet? Skulle det icke-Eukidiska fysikaliska rummet med nödvändighet vara elastiskt?

[Tore]

Förutom ljuset från solen så var det solens gravitation som involverades i och med min trådrubrik. Vi lämnade den tankekedjan i ett läge då vi pratade om en metallkulas inverkan på ett nät.
Där finns det för min del ytterligare begreppsliga frågeställningar.
T.ex Varför måste nätet föreställas elastiskt, eller är det inte så?
När jag står på golvet; är det inte då en begränsad yta, som belastas med tryck(per kvadrat cm)? Och detta tryck av min vikt; skall det ses som en utbredning inom denna yta? Och om så; med vilken hastighet i trägolvet? Skulle det icke-Eukidiska fysikaliska rummet med nödvändighet vara elastiskt?

Om vi försöker åskådliggöra ett "krökt rum" så kommer väl bilden av något böjligt och elastiskt ganska naturligt? Jag vet inte hur du tänker dig att bilden av ett trägolv skulle illustrera ett icke-euklidiskt rum eller gravitationskraften runt solen, men rent allmänt är vi förstås fria att välja de bilder vi finner mest lämpade för ändamålet. Teorin är ju som den är. Hur vi åskådliggör den kan variera.