Elektromagnetische straling

[Autodidact1]

Dag allemaal

"Als een elektron aangeslagen wordt krijgt het meer energie en gaat naar een hogere schil. Eenmaal daar verliest het energie en valt terug naar oorspronkelijke schil. Het energieverschil wordt uitgezonden in de vorm van licht (EM-straling)". Dit is de uitleg waar ik tot nu toe vrede mee heb genomen en doe dat nog steeds.

Hoe wordt die energie vrijgezet? (Ik bedoel hiermee niet "in de vorm van wat" maar eerder een mechanisme)
Hoe krijg je EM-straling door het vrijzetten van die energie? Ik lees online iets over elektrische velden en magnetische velden, maar hier ben ik niet zo erg in thuis. Ik heb alleen de basis hiervan gezien.


Groetjes

Autodidact1

[jkien]

Het is een gebeurtenis zonder mechanisme. Het aangeslagen atoom vervalt plotseling naar zijn grondtoestand, en zendt dan instantaan een foton uit. Het foton wordt niet geleidelijk opgebouwd.

[Bladerunner]

Elke elektronenschil rond een atoomkern bevat een specifiek aantal elektronen die de eigenschappen van het element sterk bepalen. Elk elektron (en dus schil) bevat een bepaalde hoeveelheid energie per afstand tot de kern. Als dit aantal verandert doordat een elektron naar een hogere schil springt zit er dus in die schil één elektron te veel. Dat levert een onstabiele situatie op die herstelt wordt door het elektron de opgenomen energie weer uit te laten stralen waardoor het terug valt naar zijn eigen schil. Het 'mechanisme' is dus de 'drang' van het atoom een stabiele situatie te verkrijgen. (Om die zelfde reden gaat een atoom met een incomplete of juist overcomplete buitenste schil een verbinding aan met een ander atoom).

[Autodidact1]

Oke ,maar hoe wordt dat licht dan gemaakt? Ik vind online dat licht het trillen is van een elektrisch veld en loodrechte daarop een magnetisch veld. Waar komt dat vandaan?

[Bladerunner]

Als een elektron (of wat voor deeltje dan ook) een overschot aan energie heeft dan kan het dit alleen uitstralen in de vorm van elektromagnetische straling (wat we dus meestal licht noemen al zien we daar niet alle vormen van zoals b.v. UV licht). De energie die nu uitgestraald moet gaan worden neemt simpelweg de vorm van een foton aan omdat alleen fotonen in staat zijn om deze energie te vervoeren. Een foton wordt dus 'gemaakt' uit de energie waar het deeltje dus teveel van had.

[die hanze]

De vragen van autodidact zijn zeer terecht.Ik heb het gevoel dat er wordt gezegd "poef" zo is het, het gebeurt gewoon en stel je er verder geen vragen bij. Je kan ook zeggen dat je het niet weet en dat is juister volgens mij.
Ik weet het ook niet precies maar ik kan je wel aangeven in welke richting je moet zoeken. Wanneer je gewone quantum-mechanica leert op universitair bachelor niveau en je kunt banen en orbitalen berekenen in potentiaal velden dan kun je deze vraag nog steeds niet beantwoorden. Als je een electron in een orbitaal steekt boven een leeg orbitaal dan is de golffunctie van dit systeem nog steeds een eigenvector van de hamiltoniaan en zal dus niet evolueren in de tijd (het is stabiel). Toch weten we dat dit systeem niet stabiel is en dus voegen we een adhoc regeltje toe dat het energie verschil word uitgezonden als foton. Een meer precieze versie van dit regeltjes is "fermi's golden rule" dat kwantitatief ook kan berekenen hoe snel iets uitgezonden wordt want sommige transities verlopen sneller dan anderen afhankelijk van bepaalde symmetrieën en hoe sterk de verschillende orbitalen overlappen.

Maar uiteraard is dit niet voldoende voor een echte wetenschapper die het proces echt wil begrijpen. Denk dat jij hier op doelt. Het probleem is dat je eigenlijk het atoom niet volledig kan beschijven als een electron dat interageert via de coulomb kracht met de kern. Je moet alle frequenite's en polaristie's van het (eventueel lege) electromagnetische veld meenemen. Er zijn een aantal snelle truukjes via perturbatie theory maar voor een exacte oplossing het je quantum velden theory nodig.
Ik heb pogingen gedaan om QFT te begrijpen maar het is mij niet gelukt dus ik kan je hier geen goed antwoord geven.

[die hanze]

Ik zou je het basis idee achter quantum velden theorie kunnen uitleggen maar ik denk niet dat je zo op een forum even deze theorie gaat kunnen begrijpen en je bent niet geïnteresseerd om echt concrete berekeningen uit te voeren neem ik aan.

Quantum mechanica is in zekere zin eenvoudiger dan klassieke mechanica in de zin dat bijna alle mogelijke processen daadwerkelijk plaatsvinden. Ik zeg bijna alle mogelijke processen omdat er een aantal behoudswetten moeten worden nageleefd. Deze behoudswetten zijn altijd energie, impuls en impuls moment. Afhankelijk van de natuurkracht die er op in werkt (EM, zwakke kracht, sterke kracht) kunnen ook andere behoudswetten gelden zoals behoud van lepton getal, inversie symmetrie, etc.... Lading is ook altijd behouden. In ieder geval is het vaak zeer eenvoudig te achter halen welke processen de behoudswetten schenden en welke niet. Dit is vaak met de hand of op het oog te zien en kan op een bierviltje berekent worden door ervaren theoreten (A-4tje voor de studenten).
Sommige processen "gebeuren meer" of hebben een hogere kans dat ze plaatsvinden. Dit wordt weergegeven met een probability distribution die zich uitstrekt over de hele toegelaten familie van processen. Om deze probability distributie exact te berekenen heb je quantum velden theorie nodig.
Het is echter eenvoudig na te gaan dat het verval proces van een electron in een hoge baan naar een lage baan wel kan.

[Bladerunner]

Je kunt de vraag van "autodidact" natuurlijk gaan beantwoorden op de wijze van een echte wetenschapper vol met integralen en Feynman diagrammen etc. maar de vraag of dat dan wel te begrijpen valt betwijfel ik. (Begrijpt men dat wél dan wordt waarschijnlijk de hele vraag niet gesteld). Je moet zoiets wel terugbrengen tot begrijpelijke zinnen waarbij je het niveau inschat van de topic starter. (Wat ik dus doe).
Robert Dijkgraaf b.v. kan en doet dat uitstekend zonder er hogere wiskunde e.d. bij te halen of er zo diep op in te gaan dat niemand het meer snapt.

[Math-E-Mad-X]

De vragen van autodidact zijn zeer terecht.Ik heb het gevoel dat er wordt gezegd "poef" zo is het, het gebeurt gewoon en stel je er verder geen vragen bij. Je kan ook zeggen dat je het niet weet en dat is juister volgens mij.

Ja, we kunnen inderdaad ook zeggen dat we het gewoon niet weten, maar dat probleem zul je altijd houden. Hoe gedetailleerd de theorie ook is, je kunt altijd vragen hoe het dan werkt op nog gedetailleerder niveau.

Ergens moet onze kennis ophouden. Ergens moet de grens liggen waar we zeggen "Dit is het kleinste niveau waarop we weten hoe de dingen werken. Dit zijn de kleinste stapjes waarin we een fysisch proces kunnen beschrijven en we weten niet hoe we die kleinste stapjes verder moeten opdelen in nog kleinere stapjes".

Kortom, de topicstarter zal simpelweg nooit een echt bevredigend antwoord op zijn vraag krijgen. We zullen moeten accepteren dat ergens de dingen gewoon 'poef' gebeuren. Uiteraard is het goed om altijd door te blijven vragen, maar het ultieme antwoord zul je nooit vinden.

[Math-E-Mad-X]

Maar uiteraard is dit niet voldoende voor een echte wetenschapper die het proces echt wil begrijpen.

De echte wetenschapper zal altijd door blijven vragen om een nog beter antwoord te vinden, maar de echte wetenschapper snapt ook, zoals ik hierboven aangaf, dat je hoe dan ook zal moeten accepteren dat sommige dingen gewoon gebeuren zonder diepere verklaring.

[Professor Puntje]

Op zich is het verrassend dat dit probleem zich hier voordoet aangezien de klassieke theorie van het elektromagnetisme hier het antwoord zou moeten geven als deze theorie ook op atomaire schaal nog zou opgaan. Maar helaas blijkt dat laatste niet het geval. En de kwantummechanica laat veel vragen onbeantwoord.

[flappelap]

Op de universiteit leer je bij vakken QM vooral rekenen. De reden is, dat de QM alleen realistische interpretaties toelaat met een hoge prijs.

Laat ik dat even uitleggen. Met "realistische interpretaties" bedoel ik het volgende: als je b.v. een kogel afschiet, dan geeft Newton hiervoor een "realistische beschrijving". Dat betekent dat in de theorie op elk moment de baan van de kogel gedefiniëerd is. Newton vertelt je precies hoe die baan eruitziet, en "de waarnemer" komt alleen in het verhaal voor wanneer je coördinaten wilt gebruiken om die baan te beschrijven. Maar "de waarneming" zelf speelt geen rol.

In de QM is dit totaal (!) anders. De standaard interpretaties van de QM vertellen je niet hoe "een elektron beweegt". De standaard interpretaties van de QM vertellen je wat je kunt verwachten wanneer je een meting doet! Het elektron wordt beschreven met een golffunctie, en als je een meting wilt doen, dan verstrengelt de golffunctie van jouw meetapparatuur zich met die van het elektron, waardoor je een wisselwerking aangaat. Hierdoor "stort de golffunctie in", en de wet van Born vertelt je vervolgens de kansen op de uitkomsten.

Nu kun je je afvragen of die standaard interpretaties misschien onvolledig zijn en of je ze niet kunt uitbreiden met meer variabelen die wat meer loslaten over datgene wat zich voor de meting voordoet. Oftewel: bestaan er realistische interpretaties van de QM?

Ja, die bestaan. De bekendste is de Bohmse interpretatie, waarbij het elektron op elk moment een positie heeft. Bij een meting "stort de golffunctie niet in". Een elektron in een stationaire toestand staat dan bijvoorbeeld stil. Maar vanwege een stelling van Bell volgt dat dit soort interpretaties noodzakelijk niet-lokaal zijn. Ze weerspreken expliciet de relativiteitstheorie. De reden is, dat in de Bohmse interpretatie de golffunctie een fysisch veld is, en dat wanneer je meerdere deeltjes neemt, de snelheid van het ene deeltje instantaan beïnvloed wordt door het andere deeltje.

Dit is ruwweg de reden waarom je niet zo snel "realistische uitspraken" zult vinden in de QM: ze komen met een hoge prijs! De vraag is of je die prijs wilt betalen.

[flappelap]

Maar uiteraard is dit niet voldoende voor een echte wetenschapper die het proces echt wil begrijpen. [...]
Ik heb pogingen gedaan om QFT te begrijpen maar het is mij niet gelukt dus ik kan je hier geen goed antwoord geven.

De vraag is hoe belangrijk je ontologie vindt. Ikzelf als natuurkundige vindt ontologie erg belangrijk en begrijp niet hoe veel van mijn collega's het kunnen wegschuiven als "filosofie"; naar mijn mening kun je die scheiding tussen "filosofie" en "natuurkunde" helemaal niet maken.

Verder is QFT notoir lastig, ook omdat het wiskundig formeel nog niet is dichtgetimmerd. Zo gebruik je padintegralen waarvan niet is aangetoond dat ze convergeren (vanwege de maat en de oscillerende fasefactor). Het beste boek dat ik ken voor "amateurs" is

https://www.bol.com/nl/f/quantum-field- ... /34403638/

Maar dit is nog steeds niet te volgen als je je basiskennis niet goed op orde hebt (QM, en wiskunde zoals lineaire algebra, Fouriertheorie, complexe analyse, groepentheorie etc.etc.)

[flappelap]

Dag allemaal

"Als een elektron aangeslagen wordt krijgt het meer energie en gaat naar een hogere schil. Eenmaal daar verliest het energie en valt terug naar oorspronkelijke schil. Het energieverschil wordt uitgezonden in de vorm van licht (EM-straling)". Dit is de uitleg waar ik tot nu toe vrede mee heb genomen en doe dat nog steeds.

Hoe wordt die energie vrijgezet? (Ik bedoel hiermee niet "in de vorm van wat" maar eerder een mechanisme)
Hoe krijg je EM-straling door het vrijzetten van die energie? Ik lees online iets over elektrische velden en magnetische velden, maar hier ben ik niet zo erg in thuis. Ik heb alleen de basis hiervan gezien.


Groetjes

Autodidact1

Misschien nog wel de eenvoudigste manier om er naar te kijken:

Als je een potlood op z'n punt zet op tafel en je laat deze los, dan valt het potlood om. Waarom? Het potlood bevindt zich in een potentiaalveld en kan een lagere energietoestand aannemen. Als er geen behoudswetten zijn die dit verbieden, dan "kiest de natuur" voor deze lagere energietoestand.

Hetzelfde geldt voor jouw elektron.

[die hanze]

Maar als het potlood geen punt heeft kan het wel blijven staan. Wat zorgt voor de "puntigheid" in het electron dat boven een leeg orbitaal zit?