UNDER UDARBEJDELSE NOVEMBER 2024
Det samme som KVANTEMEKANIK?
Hvad er definitionen på kvanteteori?
Kvantefysik omhandler egenskaber for atomerne og atomernes indhold og andre elementarpartikler (subatomare partikler).
Niels Bohr var med til at “opfinde” den oprindelige KVANTEFYSIK, fordi han mente, at det var umuligt at koble den klassiske fysiks begreber sammen med de mærkelige egenskaber for lyset.
Niels Bohr påstod nemlig, at tyngdekraften i den kendte og veldokumenterede almene fysik, ikke kunne gælde for atomerne.
Tyngdekraften kunne holde kæmpestore planeter i passende afstand fra hinanden.
Tyngdekraften kunne også forklare, hvorfor en lille bitte fjer falder til jorden.
Men den kunne slet ikke forklare eller forsvare elektronernes opførsel!
Kvantefysikkens teorier forsøgte at få svar på især disse spørgsmål:
- Hvad er Universet opbygget af?
- Hvilke naturlove er gældende for denne opbygning?
1-11-1900: Planck´s konstant (vist nok et tal for en fotons spin?) = h
“Lys udsendes i kvanter = energipakker”
Einstein (1905 og 1907): Lys består af “partikler” og E= hf
Niels Bohr (1911): hf = E(bane x) – E(bane y).
Dette er Bohrs elegante formel for energi i lys og samtidig formlen for energi i atomet
MEN: skal lys beskrives med bølger eller partikler?
1925: Werner Heisenberg og Erwin Schrödinger: både bølger og partikler
SPIN: elektronen spinner om sin egen akse (beskrives med et impulsmoment)
Bose 1924: lys er partikler
1929:
Fermi-Dirac statistik = Pauli princippet: partikler er FERMIONER
Bose-Einstein statistik: partikler er BOSONER
Linus Pauling: kvantefysik anvendes til kvantekemi fordi nu kan elektronparbinding, oktetreglen mm forklares.
Poul Dirac: positronen
Siden 1930 er elementerne i kvanteorien fundet. Der er ikke tilføjet noget nyt (2013)
KLASSISK ELEKTOMAGNETISME
I følge den klassiske elektromagnetiske vil et atom med en positiv kerne og negative elektroner kredsende rundt om ikke kunne eksistere i virkeligheden.
Og vi ved jo, at atomerne eksisterer.
Vi ved, at de netop har en positiv kerne med elektroner kredsende rundt om.
Vi ved også, at dette atom er neutralt (uladet), når der er ligeså mange elektroner om kernen, som der er protoner inde i kernen!
Hvorfor kan det ikke lade sig gøre ifølge den klassiske fysiske verdens forståelse?
Det skyldes selvfølgelig, at noget positivt vil tiltrække noget negativt.
Derfor ville elektronerne omklamre protonerne på grund af deres positive tiltrækning af de negative elektroner.
Hvis de altså eksisterede efter “den klassiske lovgivning”.
Den klassiske fysik er heldigvis ikke forkert.
Den klassiske fysik kan bare ikke beskrive de forhold, der gør sig gældende i virkeligheden mht. atomernes opbygning og eksistens.
NIELS BOHRs ATOMMODEL
Den danske fysiker Niels Bohr kom med den naturvidenskabelige forklaring:
1. elektronerne bevæger sig rundt om kernen i bestemte baner
2. energiforholdene i disse baner er alt afgørende for elektronernes afstand til atomkernen
Bohr postulerede nemlig en (helt rigtigt) model, som forklarede hvorfor et atom er stabilt (ikke afgiver energi) og hvorfor et atom kan være ustabilt (afgiver energi).
Bohrs model viste, at elektronerne kunne skifte bane, hvis de modtog energi i form af lys (absorption).
På samme måde kunne de skifte bane, hvis de afgav energi i form af lys (emmision).
Nærlæs om atommodellen her: Niels Bohr
PARTIKLER eller BØLGER ?
KORRESPONDENSPRINCIPPET
et alment filosofisk princip?
DEN KØBENHAVNSKE TRYLLESTAV?
DET TYPISKE KORRESPONDENSPRINCIP
Hvis en ny teori (teori 2) afløser en tidligere (teori 1) er den tidligeres teorier så særtilfælde i den nye?
HUSK:
Dette er gældende for (klassisk fysik) Einsteins relativitetsteori (teori 2) i forhold til den specifikke relativitetsteori (teori 1) at 1 også gælder i 2 for så vidt angår små hastigheder.
BOHRS PRINCIP
1918: Undersøgte intensiteten af det lys atomer udsender, en elektron kan ændre sin stationære tilstand (sandsynlighedsberegning)
Einsteins probabilistiske strålingsenergi, Bohr afviste hans fotonhypotese fordi fotoner var i modstrid med hans korrespondensprincip. Bohr menet bestemt, at lys var bølger!
Der findes ikke monokromatisk stråling jf. Heisenbergs senere ubestemthedsprincip.
1920 elektronstrukturen i atomerne (elektronbaner)
1925 banebegrebet opgivet jf. kvantefysikken
Kramer og Heisenber 1925 dispersionsteori og forløber for kvantefysikken (matematisk generalisering af Bohrs korrospondensprincip
KVANTEFYSIK FØDES
Fødslen tog ca. 30 år.
Fødslen startede med elektronens opdagelse (1897) og sluttede vel med kvantekemiens fødsel (Diracs ligning og Paulings kvantekemi 1930)?
Bohr atommodel fra 1913 var en af akterne under fødslen (Bohrs kvante-baserede brintatommodel) og elektronerne og fotonerne bar hovedrollerne i den tidlige kvantefysiske verden.
Der er ikke sat spørgsmålstegn ved kvantefysikkens grundlæggende principper endnu (1924).
- hvordan er verden sammensat mht. elektroner, atomer, lys?
- hvilke naturlove gælder?
1886 Zeeman atomers udsendte lysspektrum ændres med magnetfelt
1897 Thomson løsrev elektroner fra stof (elektroner er meget lettere end atomet)
1900 Plancks varmestråling og KONSTANT (1-11-1900) og kvantefysikken fødsel går i gang.
1905 Einstein fotoelektrisk effekt 1907 stoffernes varmefylde
Hertz 1887: lys der rammer noget, der udsende elektroner, deres energi er er relateret lysets frekvens ikke lysets intensitet
Einstein 1907 Lys består af korpuskler E = hv h=palncks konstant
Bemærk: det er lysets frekvens = bølgenatur der beskriver partiklerne.
1913 Bohr
ER LYS BØLGER eller er ELEKTRONER BØLGER ?
ELEKTRONERNE
eller er de partikler?
de Broglie Frankrig : bølger og længden er h/meter
Heisenberg og Schrødinegr 1925:
sted og hastighed er uden betydning MEN MATRICER er gældende for elektroner (uendeligt dimensionalt vektorrum) vist 1926
Men hvordan opfører elektroner sig i store atomer?
SPIN om egen akse = impulsmoment = 1/2 hmærke
PAULI: kun en elektron i hver kvantetilstand
Fermi-Dirac statistik for elektroner (Pauli princip): FERMIONERNE
FOTONERNE
BOSE lys er ens partikler (af gas)
Bose-Einstein statistik fødes: BOSONERNE
KVANTEFYSIK og uenighed
mellem Bohr og Einstein
Bohr 1913: kvantemekanisk model for atomet
Bohr brugte Einsteins “lyskvant” til at forklare elektronens lysafgivelse som lysbølge med veldefineret frekvens
1924 Louis de Broglie LYS ER BÅDE BØLGER OG PARTIKLER