03FE01 Billiárdgolyók ütközése | |
Valójában mi is a mechanikai kölcsönhatás? Ezt két billiárdgolyó ütközésével fogjuk szemléltetni: gondolkozzunk el, mi történik akkor amikor két golyó összekoccan és lepattan egymásról?
Ehhez nagyítsuk fel a golyókat ezerszer: focipálya nagyságú golyók ütköznek,
majd nagyítsuk fel a golyókat még ezerszer: Pest megye nagyságú golyók ütköznek,
és még ezerszer nagyítsuk fel a golyókat: az ütköző golyók tízszer nagyobbak a földgömbtől, Saturnus nagyságúak...
... és már a narancs nagyságú atomokat is látjuk az atommag körül keringő elektronokkal, de inkább az atommag körül szétmaszatolt elektronfelhőkkel ...
... "látjuk", valójában mit is jelent "látni"? Nos, a tárgyakat azért látjuk, mert a fénysugár visszaverődik róluk. A fénysugár fény-részecskékből: fotonok-ból áll össze. Egy-egy foton hullámhossza 1µm (mikrométer, a milliméter ezredrésze, ami azonban a mi ezer- ezer- ezerszeres nagyításunkban kilóméteres nagyságú hullám mely nemigen alkalmas a narancs nagyságú atomban keringő vagy maszatolódó ezer-ezerszer kisebb elektron és atommag megfigyelésére), energiája 1eV (mellesleg, a kémiai reakciók energiája eV (elektronVolt) nagyságrendű, hát persze: a lángoló tűz látható fényt bocsájt ki, )...
... de mi is az az "eV"? Mekkora energia? Nos: 1V (Volt) az a feszültség, melyen felgyorsulva 1C (Coulomb/kulon) töltés 1J (Joule/dzsúl) munkát végez...
... és az 1J munka, az mi? Vízierőmű: 1m magasról (ez a feszültség) lezúdul/felgyorsul egy pohár víz (ez a töltésmennyiség), a turbina lapátkerekeire csapódik és 1J munkát végez, azaz 1J elektromos energiát termel a generátor...
... nem volt érthető? Jó, még egyszer az 1J munka: vegyük kezünkbe mobiltelefonunkat (olyan nehéz mint egy pohár víz, tíz pohár egy liter, azaz 1kg), 1N (Newton/nyuton) erővel tartjuk. Emeljük 1m magasra, és máris elvégeztünk/befektettünk 1J munkát! Megjegyzés: az ismert W=F*s képlelet (Work/munka = Force/erő * spatio/út) alapján 1J=1N*1m. Most eresszük el a mobiltelefont, zuhanjon a turbina lapátkerekére, megpörgeti, és ilymód 1J elektromos energiát termel a generátor...
... ugyanígy zuhannak 1V "magasságról" az elektronok is hogy 1J munkát elvégezzenek (az elektromotor tekercseiben keringve forgásra kényszerítik a motor tengelyét, mely felcsévéli a huzalt melyen mobiltelefonunk lóg, és azt 1m magasra emeli). Csak azt nem árultam el, hogy hány elektron iparkodik a munka elvégzéséhez? A válasz: 6*1018e-, azaz hat milliárd milliárd elektron (olyan sok, hogy ha elosztanánk őket a földgömbön élő hat milliárd írástudó ember között, mindegyikünkre egy milliárd elektron jutna!), ami pontosan az egységnyi 1C töltésmennyiséget eredményezi!
... és most térjünk vissza az 1eV, a látható fény, a kémiai reakciók energiájához: 1eV az az energia, amikor egy elektron 1V "magasról" zuhan alá a "turbinakerékre". Az általa kifejtett munka hat milliárd milliárdszor kisebb az egységnyi 1J munkától...
... azonban, bármennyire is parányi a látható fénysugár 1eV energiája, amikor a kilóméteresre felnagyított hullámhosszú fénysugár telibe találja a narancsatom még ezer-ezerszer kisebb elektronját, szegény pára kizökken a helyéből: csak azt nem tudjuk, melyik narancsatom elektronja a kilóméteres körben, és azt még kevésbbé tudjuk, hogy hol is volt egészen pontosan az atomban a kizökkentett elektron...
...jó van, akkor nézzünk ezerszer erősebb röntgensugarakkal: nanométeres hullámhosszuk a mi nagyításunkban méteres lesz, de még mindig nem tudjuk, melyik narancsatomot nézzük, azonban az elektron az 1000eV=1keV energiájú X-sugártól olyan hatalmas pofont kap, hogy ez semmiképp sem minősül békés megfigyelésnek...
...jó van, akkor nézzünk még ezerszer erősebb gamma sugarakkal: pikométeres hullámhosszuk a mi nagyításunkban milliméteres lesz, most már tudjuk, melyik narancsatomot nézzük, azonban az elektron az 1000keV=1MeV energiájú gamma-sugártól olyan fricskát kap, ami egy atombombával történő símogatásnak minősül ...
... sok szó mint száz: nincs sok értelme elképzelni azt, hogy az elektron pontosan meghatározott pályán kering az atommag körül, mint például a Nap körül a Föld. Fölösleges és férevezető elmélkedni arról, amit soha sem tapasztaltunk meg és soha sem lesz lehetőségünk a szó szoros értelmében meglátni. El kell fogadnunk azt a tényt, hogy az elektron ott van valahol valahogyan az atom elektronburkában, hogy csak pontosan meghatározott energiájú energiaszinteken létezhet, és hogy ugyanazon a szinten egynél több elektron nem tartózkodhat, mert két elektron nem tűri meg egymást ugyanazon a helyen.
Na most jöhet a két óriásbilliárdgolyó ütközése: valójában mi is ütközik? A két billiárdgolyó legkülső felszíni atomjai elektronburkában lévő elektronok ütköznek egymással. Valójában a legkülső atomok elektronhéjai nyomulnának egymásba, azonban ugyanazon a helyen két elektron nem lehet, így a két atom erőteljesen taszítja egymást. A Saturnus nagyságúra felnagyított billiárdgolyók ütköző felszínei kilómétereket és kilómétereket horpadnak be (sok százezer narancsatom-réteg mozdul meg) majd ellentámadásba lendülve erőteljesen ellökik egymást egy "klakk" felkiáltással...
... tehát a hagyományos mechanikai kölcsönhatás valójában az atomok elektronhéjában található elektronok kölcsönhatására vezethető vissza, és nem is a hagyományos elektromágneses kölcsönhatásra ahol az egynemű töltések a távolság négyzetével csökkenő mértékben taszítják egymást, hanem a kvantummechanika
Pauli-féle
kizárási
elvre épülő (egyazon állapotban két elektron nem lehet)
törvényszerűségre, ahol az elektronok közötti taszítóerő megközelítőleg
a közelség tizenkettedik hatványával növekszik, miközben az egymással
tolakodó két elektron virtuális fényrészecskék/fotonok cseréje útján
hat egymásra, ami továbbra is elektromágneses kölcsönhatás, melyet
pontosan a kvantum-elektrodinamika ír le...
 |