Basiseenheden en natuurkundige theorieën

[Professor Puntje]

Dat is niet waar, maar zonder een (concreet) alternatief te geven, is het moeilijk te zien hoe jij dan 'objectieve' eenheden wil definiëren...

 
Wat is niet waar? Welke bezwaren zeggen je wel wat?

[317070]

 
Mensen met een belangstelling voor natuurwetenschap zolang dat zonder jaren (voor)studie nog te volgen is.

Om de mensen van type 2. gaat het hier. Die groep dreig je gedeeltelijk te verliezen.

(...)

Ik begrijp ook waarom mijn bezwaren je niets zeggen. Mijn visie op wetenschap is ouderwets en spreekt weinig mensen meer aan.

 
Dat is ook exact mijn visie op wetenschap. Ik heb zelf geen fysica gestudeerd. Ik denk dat die denkwijze nog veel mensen aanspreekt (ook mensen die wel natuurwetenschap gestudeerd hebben).
 
En ik vind het net schitterend dat we die ouderwetse eenheden links laten liggen, en gewoon de meter en de seconde definiëren in termen van de golflengte en frequentie van een bepaalde lichtstraal. Dat is net een open manier van aan wetenschap te doen. Dan kan de wetenschapper in Noord-Korea communiceren met de wetenschapper in Cuba en in Hamburg, wars van diplomatieke problemen om hun meettoestellen te laten ijken in Parijs.
 
In mijn ogen maakt deze definitie van de eenheden de fysica net open, minder afhankelijk van conventie.

[Professor Puntje]

Dan begrijpen we elkaar nog niet. Als denkrichting voor een acceptabele definitie van de kg schreef ik eerder:
 
http://sciencetalk.nl/forum/index.php/topic/197449-basiseenheden-en-natuurkundige-theorieen/?p=1046809
http://sciencetalk.nl/forum/index.php/topic/197449-basiseenheden-en-natuurkundige-theorieen/?p=1046828
 
De standaard hoeft voor mij niet zo nodig in een Europese hoofdstad te liggen.
 
Verder richt mijn kritiek zich niet zo zeer op de nieuwe definitie van de sec, maar op de koppeling van de definitie van de meter aan die van de seconde. Een bouwwerk staat steviger wanneer het op meerdere onafhankelijk gefundeerde poten staat.
 

 

[Professor Puntje]

Dat alle elektronen de zelfde lading hebben lijkt mij ook een dusdanig fundamenteel gegeven dat we daar voor de definitie van de coulomb vanuit kunnen gaan. Niet de ampère maar de coulomb wordt dan een basiseenheid. De ampère is dan afgeleid van de coulomb en de seconde.

In hoeverre zo'n definitie (nu al) praktisch realiseerbaar is weet ik niet. Het gaat mij erom aan te geven in welke richting je volgens mij voor een acceptabele definitie van basiseenheden zou moeten zoeken.

Dergelijke basiseenheden zijn niet absoluut objectief en theorie-neutraal, want dat gaat niet. Je moet immers van zekere verschijnselen uitgaan waarvan je denkt dat die voldoende stabiel zijn om voor de definitie van basiseenheden te kunnen dienen. Wat ik daarbij probeer is zulke verschijnselen te gebruiken dat het nauwelijks denkbaar is dat zij in de toekomst onbruikbaar zullen worden.

Ook streef ik er uit voorzichtigheid naar definities van basiseenheden te gebruiken die onafhankelijk zijn van elkaar. Dan hoeft men niet gelijk meerdere definities aan te pakken wanneer er met één definitie problemen zijn.

 

[Benm]

Coulomb is de definieren als een aantal electronen, in principe geen probleem, en vergelijkbaar met de mol.

Het probleem is dat SI de ampere als grootheid heeft, en die is afhankelijk van zowel de meter, de seconde als de kilogram (via newton). Het vaststellen van de coulomb als een aantal electronen ipv een afgeleide van de ampere lijkt me dan ook alleszinds redelijk, voor zover het praktisch meetbaar is. In dit geval is er denk ik wel iets voor te zeggen gezien je electronen in principe kunt tellen, en daarmee 1 voor 1 een coulomb lading kunt aanbrengen indien nodig.

[physicalattraction]

Dat alle elektronen de zelfde lading hebben lijkt mij ook een dusdanig fundamenteel gegeven dat we daar voor de definitie van de coulomb vanuit kunnen gaan.

 
Waarom ga je er bij de lichtsnelheid van uit dat deze wellicht niet constant is maar afhangt van ons nog onbekende parameters, maar maak je diezelfde fundamentele overweging niet bij de lading van een elektron?

[Professor Puntje]

Waarom ga je er bij de lichtsnelheid van uit dat deze wellicht niet constant is maar afhangt van ons nog onbekende parameters, maar maak je diezelfde fundamentele overweging niet bij de lading van een elektron?

 
Die overweging maak ik ook bij de lading van een elektron. Het resultaat daarvan is dat het mij véél waarschijnlijker lijkt dat de lichtsnelheid uiteindelijk toch niet geheel constant zou blijken, dan dat de lading van het elektron geen vaste waarde heeft. De elektronen behoren tot de bouwstenen van de materie, en het ziet er naar uit dat de wereld bestaat uit deeltjes met vaste eigenschappen. Aan dat laatste is - in tegenstelling tot een constante lichtsnelheid - ook niets vreemds.
 
Zoals ik al schreef moet je ook bij de definities van basiseenheden van zekere theoretische aannamen uitgaan, maar ik probeer dat tot een minimum te beperken. Daarbij maak je inschattingen die uiteindelijk niet verder zijn te onderbouwen, maar je zult het toch met mij eens zijn dat de nieuwe SI-voorstellen (in het belang van een grotere precisie) véél meer aan natuurkundige theorie vooronderstellen dan definities in de door mij voorgestelde lijn?

[jkien]

Over de telbaarheid van lading: in het algemeen lijken elektronen me ontelbaar, behalve in zeldzame omstandigheden zoals de proef van Millikan. Hoe zou je elektronen moeten tellen die door een gloeilamp stromen? Zelfs met een leger nanorobots kan dat niet. De geleidingselektronen zijn ononderscheidbaar en niet gelokaliseerd.

[Professor Puntje]

@ jkien
 
Wat voor eisen stel je aan een definitie? Is het niet genoeg dat je een recept geeft waarmee je - in principe - 1 coulomb aan lading (of een veelvoud of deel daarvan) kunt opbouwen? 
 
Als de "geleidingselektronen ononderscheidbaar en niet gelokaliseerd" zijn zou de definitie van elektrische stroom als de hoeveelheid lading die per tijdseenheid door een oppervlak stroomt ook niet deugen.

[Michel Uphoff]

Het resultaat daarvan is dat het mij véél waarschijnlijker lijkt dat de lichtsnelheid uiteindelijk toch niet geheel constant zou blijken, dan dat de lading van het elektron geen vaste waarde heeft.

..

Aan dat laatste is - in tegenstelling tot een constante lichtsnelheid - ook niets vreemds

 
Waarom is een constante lichtsnelheid vreemd en discutabel en een constante lading niet? Daar is toch geen spaan van bewijs voor te vinden?

 

Met Physicalattraction eens, dat de Lorentz invariantie van lading en lichtsnelheid bewezen evenwaardig fundamenteel zijn.

[Professor Puntje]

@ Michel Uphoff
 
Dat het even fundamentele constanten zijn is niet bewezen, en kan ook niet bewezen worden.
 
Dat de constante lichtsnelheid vreemd is, is duidelijk. Je houdt jezelf voor de gek wanneer je dat ontkent. Men heeft die constante lichtsnelheid dan ook slechts met de grootste tegenzin geaccepteerd. Voor het beginsel dat de eigenschappen van de materie onveranderlijk zijn, geldt het omgekeerde. Het is nauwelijks voorstelbaar dat de bouwstenen van de materie geen vaste eigenschappen zouden hebben. Let wel dat ik hier onder vreemd moeilijk voorstelbaar versta, en niet principieel onmogelijk.
 
Bij de beoordeling van de vraag welke verschijnselen en natuurwetten je als (voldoende) fundamenteel beschouwt kun je je niet op die verschijnselen en natuurwetten zelf baseren. Dat zou immers een cirkelredenering zijn.
 
Daarom heb ik een beginsel gezocht dat om zo te zeggen aan de natuurkunde zelf ten grondslag ligt: namelijk dat de eigenschappen van de materie onveranderlijk zijn. Daar ga je toch al van uit, en dus vergroot je de kwetsbaarheid van de natuurkunde niet door er ook bij de definitie van basiseenheden aan vast te houden. Ik weet niet zeker dat de eigenschappen van de materie onveranderlijk zijn, maar als dat niet zo zou blijken te zijn zal de natuurkunde dusdanig ingrijpend gereorganiseerd moeten worden dat de basiseenheden sowieso op de schop moeten. Ik voeg dus geen extra risico's toe.

[Benm]

Over de telbaarheid van lading: in het algemeen lijken elektronen me ontelbaar, behalve in zeldzame omstandigheden zoals de proef van Millikan. Hoe zou je elektronen moeten tellen die door een gloeilamp stromen? Zelfs met een leger nanorobots kan dat niet. De geleidingselektronen zijn ononderscheidbaar en niet gelokaliseerd.

In een gloeilamp gaat dat zeker niet lukken, ik bedoel meer dat je een apparaat kunt bouwen dat electronen telt, bij een zeer lage stroom. Dat is dus letterlijk 1 voor 1, in bijvoorbeeld een buis waarbij op de anode een scintillatiemateriaal aanwezig is dat een flits geeft voor ieder electron dat er vanaf de cathode met behoorlijk wat energie tegenaan vliegt.

[jkien]

ik bedoel meer dat je een apparaat kunt bouwen dat electronen telt, bij een zeer lage stroom. Dat is dus letterlijk 1 voor 1, in bijvoorbeeld een buis waarbij op de anode een scintillatiemateriaal aanwezig is dat een flits geeft voor ieder electron dat er vanaf de cathode met behoorlijk wat energie tegenaan vliegt.

 
Misschien off topic: dat zal wellicht een verbetering opleveren van de nauwkeurigheid van een stroommeting in het pA-gebied (10⁷ elektronen per sec kun je misschien nog tellen) en lager, maar het lijkt me rampzalig voor de nauwkeurigheid van elke stroommeting in koperdraden in het praktische gebied tussen 1 mA en 1 A. Stromen in koperdraden zijn niet telbaar in elektronen per seconde, dus er zal er een omrekenfactor naar de ouderwetse calibratie nodig zijn die de haalbare nauwkeurigheid van vroeger vernietigt. Of is het idee dat eigenlijk niemand behoefte heeft aan de haalbare nauwkeurigheid van vroeger, in het praktische gebied?
 
Welke nauwkeurigheid zou momenteel eigenlijk haalbaar zijn voor stroomcalibratie? Fluke levert bijvoorbeeld een stroombron die tussen 1 nA en 1 A stroom levert met een nauwkeurigheid van circa 0.1%. (klik)

[317070]

Dat de constante lichtsnelheid vreemd is, is duidelijk. Je houdt jezelf voor de gek wanneer je dat ontkent.

Honestly, daar ben ik het niet mee eens en daarin volg ik Michel en Physicalattraction. Het is te zeggen, het is een van de minst vreemde dingen in de fysica.
 
 

namelijk dat de eigenschappen van de materie onveranderlijk zijn.

Dat vind ik net niet. Als ik mijn currysaus in de microgolfoven steekt wordt hij vloeibaar zonder dat iets hem aanraakt. Als ik een kom water op het vuur zet, wordt mijn pot leeg. En dan begin ik nog niet met halfgeleiders, supergeleiders, BE-condensaten, plasma's, enz. Ik vind de onveranderlijkheid van materie, behoud van energie en lading veel moeilijkere concepten. 
 
Zeker als je op quantumniveau duikt, met virtuele deeltjes ( https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_particle), neutrino oscillation ( https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino_oscillation), enzovoort, om van donkere materie nog maar te zwijgen.
 
Nee, als er iets is waar ik maar weinig vertrouwen in heb van de fysische wetten, dan zijn het de (huidige) behoudswetten. Die lijken me het eerst te gaan sneuvelen als ons wetenschappelijk inzicht voortschrijdt. De relativiteitstheorie is dan een stuk eenvoudiger en 'esthetischer'.

[Benm]

Misschien off topic: dat zal wellicht een verbetering opleveren van de nauwkeurigheid van een stroommeting in het pA-gebied (10⁷ elektronen per sec kun je misschien nog tellen) en lager, maar het lijkt me rampzalig voor de nauwkeurigheid van elke stroommeting in koperdraden in het praktische gebied tussen 1 mA en 1 A.

Het gaat natuurlijk niet om een soort multimeter die je in de praktijk gebruikt. Vergelijk het met het fabriceren van een bol silicium om via interferometrie te bepalen hoe groot deze is, en daarmee hoeveel atomen erin zitten.

Voor praktische metingen heb je natuurlijk andere instrumenten die gekalibreerd zijn. Wat de allerbeste aankan durf ik niet niet zeggen, maar bijv een hp/agilent apparaat van een paar duizend euro meet 6 a 7 siginificante cijfers, kalibratie zal denk ik nauwkeurig zijn op de eerste 5 gedurende een jaar.