Vraag over fotonen

[Silvestrus]

Ik hoop dat iemand mij hiermee kan helpen.

Aangenomen dat een foton een trilling is, en niets sneller door een vacuüm kan reizen dan een foton. Is het dan niet zo dat de trilling zelf sneller gaat dan de foton? Of laat deze een trilling achter? Maar dan klopt de theorie niet dat een foton een trilling is. Het zou wel 1 van de big bang theorieën ondersteunen dat licht niet het snelste is wat er is of heeft bestaan (de theorie zegt namelijk dat het universum in 10-47 sec is ontstaan dus sneller dan licht kan reizen in de zelfde afstand).

Ik heb er al een tijdje over nagedacht en kwam zelf met een incomplete oplossing.

Als een trein beweegt ontstaan er trillingen, net als de foton zouden de trillingen mee reizen op de foton. Maar aangezien de trein de trillingen door een moter krijgt die als het ware stil ligt in de trein of rails die een externe factor spelen. Kan ik niet begrijpen dat een foton zonder deze factoren een trilling is omdat deze ook geen kinetische energie (trilling) kan produceren omdat er geen massa aan is gebonden. Dus ik was weer naar mijn idee bij sqaure one.

Waar heb ik het mis of is dit nog allemaal niet genoeg ontdekt om met iets solides aan te komen?

Alvast bedankt.

[DParlevliet]

Een foton is geen trilling maar heeft, als je er aan meet, de eigenschappen van een golf en een deeltje. Wat die golf en deeltje is weet niemand, want het foton is nog onbekend. Golf en deeltje reizen samen met dezelfde (licht)snelheid. Het deeltje zend dus geen golf uit.

[Michel Uphoff]

De theorie zegt namelijk dat het universum in 10^-47 sec is ontstaan dus sneller dan licht kan reizen in de zelfde afstand.

Ik neem aan dat je hier doelt op de inflatiefase vrijwel direct na de oerknal. Er reisde toen in klassieke zin (zoals materie die door een ruimte beweegt) niets sneller dan het licht, het was de ruimtetijd zelf die met een enorme snelheid uitdijde.

Als je aan de frequentie van elektromagnetische straling (zoals licht) denkt, dan is het niet zo dat de trillingen zich door een of andere stof (zoals de trillingen in een trein door het metaal) verplaatsen. Er verplaatsen zich dus geen trillingen sneller dan het foton zelf door een stof, en er worden ook geen trillingen door een foton in een tussenstof 'achtergelaten'.

[Silvestrus]

Ik doelde inderdaad op de inflatiefase. Ik begrijp dat licht een vorm is van een elektromagnetische straling. Deze zou dan als het ware een golf moeten zijn. Die zou naar mijn idee op zijn beurt wel verstoring moeten achterlaten ander zou je deze niet kunnen meten of waarnemen. Dan kom je weer uit op de wetten van frictie. Anders zou de foton geen interactie kunnen maken met de omgeving. Dat zou betekenen dat licht alleen maar afremt ipv versnelt. Want in de ruimte is overals waarneembare stralingen en is dus dan geen vacuüm zoals altijd word geroepen. (Ook te zien in verstoringen met licht dat op water schijnt, water is een mooi voorbeeld hiervoor vind ik zelf omdat een optisch transparant waarneembaar medium is) Dit verklaard wel het afbuigen bij duistere energieën.

En als iets een frequentie heeft, dan heeft het energie, te zien is het met bepaalde edelgas moluculaire verbindingen. Als men fotonen op de elektronen schijnt, dan kunnen deze een baan verplaatsen en een verbinding aangaan met andere stoffen, volgens mij was het argon en fluoride, maar dat durf ik niet met zekerheid te zeggen.

En energie staat voor massa, maar dat heeft het niet omdat het op de maximale snelheid kan reizen volgens de meeste wetenschappers.

Dus voor mij nog steeds veel vragen of ik heb de uitleggen verkeerd begrepen, dan daarvoor mijn excuses.

[DParlevliet]

Een foton is geen echte golf, maar heeft enkele eigenschappen van een golf, die je alleen mag gebruiken om mee te rekenen. Een foton heeft geen interactie met de omgeving en verstoort dus niets, behalve als je hem meet en dan is hij ook gelijk verdwenen. Een foton meten zonder dat hij verdwijnt is onmogelijk.

[Silvestrus]

Maar als fotonen geen interactie hebben met de omgeving hoe kan licht dan verbuigen? En hoe zit het dan met het verhaal van de elektronen die verplaatsten dmv licht?

[Boormeester]

Ik denk dat je het als volgt moet zien:

In het begin(t=o, begin van de oerknal) was er alleen een enorme hoeveel vacuüm energie. Deze enorme hoeveelheid vacuüm energie heeft veel sneller uitgedijd dan de lichtsnelheid (er waren immers toen nog geen deeltjes). Dit noemt men de inflatie fase. Daardoor zie je in alle richtingen ongeveer dezelfde massa verdeling. Zonder deze inflatie fase zou er een voorkeursrichting zijn (namelijk in de richting van het beginpunt van de oerknal).

Dat nemen we niet waar dus er moet een soort inflatie hebben plaatsgevonden. Pas wanneer de ruimte tijd zodanig is uitgedijd (temperatuur daalt) dat er via het higgs mechanisme deeltjes (donkere materie en zichtbare materie) gecreëerd worden vanuit de vacuüm energie kunnen deeltjes niet sneller bewegen dan de lichtsnelheid.

Blijft natuurlijk de vraag hoe snel nu de lichtsnelheid is. De formule daarvoor is: c = 1/√ u_oe_o

Hierbij kun je je afvragen of u_oe_oniet afhankelijk is van de waarde van de vacuüm energie dichtheid. Dit zou dan betekenen dan de lichtsnelheid niet altijd hetzelfde is geweest in het verleden. De huidige algemene relativiteits theorie gaat uit van een constante vacuüm energie dichtheid. Maar het is duidelijk dat dat in een uitdijend heelal niet het geval kan zijn.

Nog een laatste opmerking: bij het meten van van de 3 K achtergrond straling moet voor allerlei snelheden gecompenseerd worden (draaiing aarde, snelheid aarde in baan om de zon, zon om middelpunt melkweg stelsel, etc). Er blijft dan een laatste compensatie over en die snelheid (+ richting) zou de snelheid kunnen zijn die in verband met de oerknal gebracht kan worden.

[DParlevliet]

Maar als fotonen geen interactie hebben met de omgeving hoe kan licht dan verbuigen? En hoe zit het dan met het verhaal van de elektronen die verplaatsten dmv licht?

Mijn antwoord was niet helemaal juist. Een foton heeft wel interactie met de omgeving, maar veranderd die omgeving niet. Het laat geen spoor achter. Een spoor zou een beetje energie opnemen van het foton en dat kan niet.

Elektronen kunnen verplaatst worden, maar dan is het foton weg. Het foton wordt, met zijn energie, geabsorbeerd door het elektron en die energie kan het elektron verplaatsen.

[Michel Uphoff]

Die zou naar mijn idee op zijn beurt wel verstoring moeten achterlaten ander zou je deze niet kunnen meten of waarnemen. Dan kom je weer uit op de wetten van frictie.

Er is een groot verschil tussen een klassieke golf die een tussenstof nodig heeft (zoals de golven op het water of geluidsgolven in de atmosfeer) en een elektromagnetische golf. De laatste golven hebben geen medium nodig om zich door te verplaatsen. Het werd wel lang verondersteld dat een medium ook voor elektromagnetische straling als licht nodig was, en deze onzichtbare stof werd 'ether' genoemd. Het beroemde Michelson-Morley experiment KLIK toonde aan dat er geen ether kan zijn. Er is dan ook geen sprake van het achterlaten van een verstoring of van frictie.

Zolang licht niet interacteert met de omgeving kan het worden beschouwd als een golfverschijnsel, en bij interactie als een energiepakketje (foton). In feite heeft licht zowel golf- als deeltjes eigenschappen, de zogenaamde golf-deeltjes dualiteit KLIK.

Als een foton interacteert met de omgeving, wordt het vernietigd. Interactie zonder verandering is onmogelijk.

Maar als fotonen geen interactie hebben met de omgeving hoe kan licht dan verbuigen?

Licht moet, net als materie, de kromming van de ruimtetijd die veroorzaakt wordt door een flinke massa volgen en wordt zo dus 'afgebogen'.

gravitational-lens-01 1178 keer bekeken

Een zogenaamde Einsteinlens is hier een mooi voorbeeld van. Een grote hoeveelheid materie op de voorgrond (bijvoorbeeld van een sterrenstelsel of zwart gat) buigt het licht van een achtergelegen object als een lens, waardoor dat object meerdere keren zichtbaar kan worden of getoond wordt als een ring zoals hier:

naamloos 1177 keer bekeken

En hoe zit het dan met het verhaal van de elektronen die verplaatsten dmv licht?

Als een energiepakketje (een foton) een atoom raakt, dan is het foton vernietigd. De energie van het foton wordt toegevoegd aan het atoom, waardoor een elektron in een hogere baan gaat draaien. Het atoom is dan 'aangeslagen'. Na enige tijd valt het elektron weer (eventueel stapsgewijs) terug naar de oorspronkelijke baan en het atoom keert terug naar de grondtoestand. Er wordt op dat moment door het atoom een of meerdere nieuw(e) foton(en) uitgezonden, zoals in deze animatie getoond wordt:

Absorption_small 1177 keer bekeken

@boormeester:

Zonder deze inflatie fase zou er een voorkeursrichting zijn (namelijk in de richting van het beginpunt van de oerknal).

Je moet de oerknal niet zien als een klassieke explosie met een centrum van waaruit de materie de ruimte wordt in geslingerd. De oerknal is het begin van de expansie van de ruimtetijd zelf en vond dus overal in het heelal plaats. Het beeld van een explosie, die van buitenaf wordt bekeken is niet correct, je kan immers niet buiten het heelal treden.

Een goed artikel van Davis en Lineweaver over deze en een paar andere misvattingen, waaronder de foutieve gedachte dat sterrenstelsels zich niet sneller dan de lichtsnelheid van ons kunnen verwijderen, of het heelal niet sneller dan de lichtsnelheid uit zou kunnen dijen is als bijlage toegevoegd.

Er is geen centrum in het heelal, en de inflatie is dus ook niet nodig om het ontbreken van een centrum te verklaren. De inflatie is een noodzakelijke aanname om het vlakheids- (klik) en het horizonprobleem (klik) op te lossen, tevens biedt het een goede verklaring voor de homogeniteit en isotropie van het heelal, het zogenaamde kosmologische principe (klik). Een prettig leesbare samenvatting van een dissertatie over dit onderwerp vind je hier.

[Silvestrus]

Dank u zeer. Dit is echt verhelderend nu heb ik de komende tijd weer wat te doen met het bestuderen hiervan dank u!

[Boormeester]

Citeren: een elektromagnetische golf. Deze laatste golven hebben geen medium nodig om zich door te verplaatsen.

De roodverschuiving van EM straling van alle verre sterrenstelsels wordt verklaard door de expansie van de ruimte (heelal). Dit betekent dat de golflengte van EM straling wordt opgerekt. Dit kan alleen als de straling zich in een medium bevindt dat oprekt: in dit geval de ruimte oftewel het vacuüm. Je kunt dus de conclusie trekken dat de drager van de EM golf (het foton) het vacuüm is (het vacuüm rekt immers op en ook de golflengte).

Het Michelson-Morley experiment toonde enkel aan dat de lichtsnelheid voor iedere waarnemer gelijk is en niet afhankelijk is van de bewegingstoestand van de waarnemer. Dit betekent dat het uitgezonden foton niet de snelheid van de bron meekrijgt! Het foton heeft dus een totaal ander "voortplantings mechanisme" dan de bron. De bron is altijd een "elektrisch geladen" deeltje dat een rustmassa heeft. Deze deeltjes krijgen hun snelheid door onderlinge botsingen en/of wisselwerkingen met andere deeltjes en kunnen een variabele snelheid hebben in tegenstelling tot een foton dat altijd de lichtsnelheid heeft.

[Boormeester]

Citaat van de moderator:

De oerknal is het begin van de expansie van de ruimtetijd zelf en vond dus overal in het heelal plaats.

en : Er is geen centrum in het heelal, en de inflatie is dus ook niet nodig om het ontbreken van een centrum te verklaren.

​In alle boeken over kosmologie staat dat de oerknal een uitdijing is van een astronomische hoeveelheid vacuüm energie. Er is wel degelijk sprake van een centrum (alleen is dat niet te lokaliseren) namelijk daar waar de schaalfactor ® gelijk aan nul is. Vacuüm energie heeft een teken tegengesteld aan dat van de gravitatie wisselwerking. Vandaar dat op tijdstip t=0 en R=0, er onder invloed van die enorme hoeveelheid vacuüm energie, er een enorme uitdijing plaatsvond (exponentieel). Pas toen er deeltjes vorming ging plaatsvinden kun je de aantrekkende gravitatie wisselwerking in rekening gaan brengen.Door de exponentiële uitdijing van ruimte-tijd (inflatie fase) is er een homogeen heelal ontstaan dat er voor ons in alle richtingen gelijk uitziet.

Natuurlijk kun je je afvragen wat er er zich aan de randen bevind van "ons" heelal. Dit kan dan weer worden verklaard dat we worden omringt door andere universums met weer andere waarden voor de vacuüm energie. Dit zou kunnen betekenen dat we na verloop van tijd door omringende universums weer "gedwongen" worden te krimpen. De fotonen van de kosmische achtergrond straling zouden dan een blauwverschuiving gaan vertonen.

[Michel Uphoff]

Dit kan alleen als de straling zich in een medium bevindt dat oprekt: in dit geval de ruimte oftewel het vacuüm

Of je het vacuüm een medium kunt noemen of niet, is wellicht te bediscussiëren. Het is in ieder geval geen medium dat uit gewone materie bestaat zoals lucht of water. Een klassieke golf heeft een medium nodig om zich in voort te planten en heeft een bepaalde snelheid in dat medium; het medium is de drager van de energie/voortplanting. Een waarnemer zal dus een voortplantingssnelheid meten die afhankelijk is van zijn eigen snelheid tov het medium.

Bij elektromagnetische straling is dit niet het geval; de gemeten snelheid van het licht is onafhankelijk van de snelheid (overigens een relatief begrip) van de waarnemer tov het vacuüm, of in jouw termen het medium. Het vacuüm kan dus in de klassieke zin geen drager zijn.

Of de schaalfactor ooit nul geweest is weten we niet, de oerknaltheorie probeert een verklaring te geven voor zo ongeveer alles behalve de oerknal zelf. Over het limietgeval bij schaalfactor 0 kunnen we niets zinnigs zeggen, en er dus ook niet uit afleiden dat er bij schaalfactor 0 een centrum is. Als zo'n schaalfactor 0 al zou hebben bestaan kan je ook stellen dat het centrum dan het gehele heelal zou omvatten, wat ieder onderscheid onmogelijk maakt.

Op het allereerste moment dat we iets zinnigs kunnen zeggen over het zeer prille heelal bestaat er geen centrum.

De verklaring die je geeft mbt de invloed van andere universa aan de 'rand' van ons heelal is - net zoals andere verklaringen (oneindig groot heelal, eindig maar onbegrensd heelal) - een speculatie en kan op geen enkele manier wetenschappelijk aangetoond worden.

Wat betreft vacuümenergie als verklaring voor de inflatie en expansie is er een enorm probleem, de theoretische waarde van deze energie is namelijk absurd, ze ligt een factor 10¹¹³hoger dan ze zou mogen zijn om ons heelal mogelijk te maken. Dus is deze energie als verklaring voor de inflatie en expansie nog lang geen uitgemaakte zaak en vooralsnog speculatief. Zie ook bijgevoegd artikel.

[Boormeester]

Het vacuüm is geen klassieke drager, dat klopt. Maar door de waargenomen oprekking van de EM golflengte moet je toch echt concluderen dat het vacuüm de drager is van het foton.

De schaalfactor is wel degelijk (in alg. rel theorie. termen) genaderd tot nul. Juist het terug rekenen naar nul levert de leeftijd van het heelal op: 13.7 miljard jaar.

Dat de theoretische waarde van de vacuüm energie dichtheid niet de juiste waarde oplevert komt omdat Einstein zijn vergelijkingen alleen kon redden door een constante vacuüm energie dichtheid in te voeren. In een expanderend heelal kan dat niet correct zijn. Dan neemt de energie dichtheid natuurlijk af.

De AR moet dus eigenlijk aangepast worden met een variabele vacuüm energie dichtheid (afhankelijk van de schaal factor).

Het is de theoreten nog niet gelukt.

[Michel Uphoff]

moet je toch echt concluderen dat het vacuüm de drager is van het foton

Ik zie niet in waarom. Een drager in de klassieke zin is het zeker niet en het staat m.i. haaks op de golf-deeltjes dualiteit. Waarom zou een foton het vacuüm als 'medium' nodig hebben en hoe zou het er mee kunnen interacteren zonder dat het zelf verandert.

De ruimtetijd expandeert en daarmee expandeert alles mee dat niet op enigerlei wijze (bijvoorbeeld door gravitatie) gebonden is. Dat is de verklaring voor de kosmologische roodverschuiving, die louter van de tijd afhangt.

Heb je een wetenschappelijk verantwoorde bron voor jouw opvatting?

Juist het terug rekenen naar nul levert de leeftijd van het heelal op: 13.7 miljard jaar.

Minus die fractie van een seconde waarin onze theorieën volkomen spaak lopen en absurde resultaten opleveren, en dat is de crux.

Naderen tot nul: Ok. Maar nul bereiken en een consistente theoretische grondslag behouden: No way. Daar liggen kwantummechanica en algemene relativiteit op ramkoers, dus conclusies uit schaalfactor 0 proberen te trekken is speculatief en met de huidige wetenschappelijke kennis niet mogelijk.