Vapaata ihmettelyä

[jussi_k_kojootti]

Väittäisin että protoni on suurimmalta osin tyhjää, samoin kuin neutronitähtikin.

Tyylikäs väitös!  Enkä voi väittää vastaan, eli seison korjattuna -- tai valistettuna.

[vesa k]

Koska tuntuu siltä, että pelkkä atomi on tyhjää täynnä, niin miten fotoni pystyy törmäämään elektroniin ??
Sehän on häviävän pieni osa koko atomia.
Voisiko sähköisillä varauksilla olla jotakin merkitystä ???

vesa_k

[jussi_k_kojootti]

Koska tuntuu siltä, että pelkkä atomi on tyhjää täynnä, niin miten fotoni pystyy törmäämään elektroniin ??
Sehän on häviävän pieni osa koko atomia.
Voisiko sähköisillä varauksilla olla jotakin merkitystä ???

Vaikka elektroni on pistemäinen (tai ainakin Kirsi Kunnasta mukaellen "pienempi kuin pieni") hiukkanen, on mielikuva atomiydintä jollain "radalla" kiertävästä selkeästi paikallistettavasta partikkelista väärä/epätäsmällinen.  Parempi kvanttifysiikan mukainen mielikuva on elektronipilvi, paikan todennäköisyysjakauma atomiytimen ympärillä.   Atomia tarkasteltaessa ei ole mielekästä kysyä "missä kohtaa elektroni on", vaan "missä tilavuudessa elektroni on".

Aivan muutama päivä sitten eteen osui mainio gif-animaatio vetyatomin elektronipilvestä kun atomi virittyy, mutta en ottanut talteen enkä nyt sitten enää löydä.  Periaatteessa siinä oli animoitu tämä -- eli ennen viritystä vetyatomi "näyttää" vasemmanpuoleiselta, viritystilassa oikeanpuoleiselta.  Kuvaa katsottaessa kannattaa oikein keskittyä siihen, että pienet pisteet *ei* tarkoita (vetyatomin tapauksessa) lukuisia eri elektroneja, vaan yhtä ainokaista.  Jos atomia kiertää useampi kuin yksi elektroni, voi samaan elektronipilveen kuulua useampia elektroneja, esim. heliumilla on perustilassaan 2 elektronia, jotka yhdessä muodostavat linkitetyn kuvan 1s-tilan mukaisen pallomaisen pilven ytimen ympärille.

Lisää aiheesta http://fi.wikipedia.org/wiki/Atomiorbitaali

(Tuossa on virhe heti alussa: "Yhdelle orbitaalille sopii 2 elektronia, " ... yhdelle *1s-orbitaalille* sopii 2 elektronia, mutta ulommille orbitaaleille sopii enemmänkin... )

[vesa k]

Hei
Mikä on syy, että avauudessa on enemmän alemman "atomipainon" omaavia atomeja vapaana, kuten vety, ei esim jalokaasuja tai esim rautaa ja muita mineraaleja.
Ovatko ne kaikki menneet planeettojen kehitykseen / rakennukseen?

vesa_k
ps Kaitzu haluan olla maalikko sinun mäkemytsesi omaavana. Tietosi on muuta kuin maalikko, mitä se sitten merkitseekin

[Mare Nectaris]

Tässä mukava esitys vuodelta 1963 siitä, miten kvanttimekaniikan malli näkee vetyatomin tilanteen todennäköisyysjakaumana.

[jussi_k_kojootti]

Mikä on syy, että avauudessa on enemmän alemman "atomipainon" omaavia atomeja vapaana, kuten vety, ei esim jalokaasuja tai esim rautaa ja muita mineraaleja. Ovatko ne kaikki menneet planeettojen kehitykseen / rakennukseen?

Alkuräjähdyksen jälkeen, kosmoksen jäähtyessä, massaenergiasta muodostui vetyä ja heliumia (suhteessa n. 92% vs 8% atomien lukumäärästä, tai 75% vs 25% kosmoksen massasta).  Tätä raskaammat aineet, joita tähtieteessä myös metalleiksi kutsutaan, ovat syntyneet tähtien "normaaleissa" fuusioreaktioissa sekä supernovaräjähdyksissä (erityisesti rautaa raskaammat alkuaineet).  Tätä nykyä massajako menee jotakuinkin niin, että 70% kosmoksen massasta on vetyä, 27% heliumia ja loput 3% raskaampia alkuaineita.  Kevyet aineet ovat siis yleisiä siksi, että aluksi ei raskaampia ollut, eikä niitä vieläkään ole ehditty kauheasti tekemään.  Kosmos on vielä nuori ...

[Kaizu]

Koska tuntuu siltä, että pelkkä atomi on tyhjää täynnä, niin miten fotoni pystyy törmäämään elektroniin ??
Sehän on häviävän pieni osa koko atomia.
Voisiko sähköisillä varauksilla olla jotakin merkitystä ???

vesa_k

Sähköisillä varauksilla on merkitystä. Fotoni edetessään vuorovaikuttaa suurin piirtein aallonpituutensa etäisyydellä olevien ja suurin piirtein aallonpituutensa kokoisten kohteiden kanssa. Antennitekniikassa tämä tulee aika selvästi esiin. Tällä tavoin ajateltuna fotonin halkaisijan voi ajatella oleva kaksi kertaa aallonpituus. Esim. keskiaaltoalueen radioasema lähettää sellaisia puolen kilometrin fotoneja. Antennirakenteet, joilla näitä fotoneita tehokkaasti käsitellään ovat samaa kokoluokkaa ja Faradayn häkissä saa olla aika suuriakin reikiä ja silti ollaan turvassa näiltä otuksilta. Vastaavasti Faradayn häkin on oltava tiittävän suuri jotta päästään aallonpituuden päähän seinämistä, niin pitkälle fotoni ylettyy häkin sisään. Valon fotonit taas ovat 0.8-1,5 um kokoisia joten ne eivät juurikaan tunkeudu aineen sisään, paitsi jos ainemolekyylit ovat riittävän kaukana toisistaan. Näin on usen kaasuilla ja harvemmin nesteillä ja kiiinteillä aineilla. Valolla energiataso ei vielä riitä irroittamaan elektroneja atomeista eli ionisoimaan ainetta. UV ja sitä energisemmät fotonit pystyvät tähän kohdatessaan elektronin riittävän lähellä. Röntgenfotonit ovat jo niin pieniä että pääsevät joidenkin ainerakenteiden läpi ja myös ionisoivat kohtaamaansa ainetta. Gammafotonit ovat erityisen energisiä ja pieniä ja kaikkein tiukimmat niistä pääsevät jo atomi rakenteen sisään ja onnistuvat joskus kiusaamaan ytimen protoneja. Kun energiaa on tarpeeksi voi fotoni muuttua hiukkas-antihiukkaspariksi. Törmäyksissä ei oleellista ole niinkään kohteen koko vaan ko. vuorovaikutuksen vaikutusetäisyys eli ylläolevan mallin fotonin "halkaisija". Elektronilla ja kvarkeilla on samalla tavalla ajatellen "halkaisija" joka on eri kuin
10E-35m. Hiukkaset jotka eivät vuorovaikuta millään lailla aineen kanssa voivat liikkua melko vapaasti toistensa ja tavallisen aineen läpi. Jos esim. pimeän aineen hiukkaset olisivat Planckin pituuden kokoluokkaa niin törmäystodennäköisyys kvarkin kanssa on samaa luokkaa kuin jos neljä hiekan jyvää yrittäisivät kohdata kymmenen valovuoden halkaisijaisessa tilassa. Pimeän aineen havaitsemiseksi pitää keksiä jokin muu keino, vaikkapa jokin gravitaatiosovellus.

Kaizu

[vesa k]

Onko kellään tietoa PC:lle tarkoitetusta ohjelmasta, joka piirtäisi esim kuvaajan siihen syötetyn funktion perusteella?

Itseäni on ihmetettänyt, minkälainen kenttä syntyisi, jos:
1. Magneettinen tanko
2. johdetaan siihen sähkövirta, jonka aallonpittus on sama kuin tangon pituus.
3. Laitetaan tanko tällöin pyörimään samalla taajudella, kuin siihen syötetty virta

Tässä yksi esimerkki.

vesa_k

[naavis]

Kyllähän noita laskinohjelmia löytyy. Nykyään jo web-työkalujakin, joita ei tarvitse varsinaisesti koneelle ladata. Esimerkiksi Wolfram|Alpha osaa piirtää aika monenlaista käppyrää ihan vain kun sille antaa matemaattisen funktion. Googlesta löytyy myös monia ohjelmia esim. hakusanalla "graphing".

[vesa k]

Hei
Edellinen kysymykseni liittyy siihen, että käsittääkseni maailmankaikkeudessa kaikki on liikkeessä ja usein liike on pyörimistä itsensä ympäri (miksi?) tai elliptistä liikettä jonkin tai joidenkin kappaleiden ympäri.
Eli liikkeellä on suuri merkitys tutkittaessa maailmankaikkeutta.
Maapallollakin on suuri nopeus niin aurinkokunnassa kuin linnunradassa.

Voidaanko e=mc^2 laittaa muotoon e=(lepomassa+liikemassa)c^2

Koska esim maapallo kiertää aurinkoa elliptistä rataa => sen ratanopeus ei ole vakio=> liikemassa vaihtelee=> sen energia vaihtelee ????

Yritämpä vain ymmärtää
vesa_k

[Toni]

Googlesta löytyy myös monia ohjelmia esim. hakusanalla "graphing".

Python ja Octave ovat molemmat ilmaissoftia, jotka saa helposti ladattua mille vaan järjestelmälle. Kuitenkaan käyttö ei onnistu, jos ei osaa perusasioita ohjelmoinnista. Toisaalta kun on tottunut piirtämään käppyröitä kunnollisilla ohjelmilla, niin melkein järkyttyy Excel-jälkeä nähdessä.

Voidaanko e=mc^2 laittaa muotoon e=(lepomassa+liikemassa)c^2

Voidaan. Kyseessä on liike-energian kaava.

Koska esim maapallo kiertää aurinkoa elliptistä rataa => sen ratanopeus ei ole vakio=> liikemassa vaihtelee=> sen energia vaihtelee ????

Periaatteessa noin. Toisaalta Maan ratanopeus 30 km/s on häviävän pieni verrattuna valon nopeuteen 300 000 km/s. Jos aletaan lähestyä nopeutta 0.01c, niin relativistiset korjaukset on syytä ottaa huomioon laskuissa. Maan kokonaisenergia tosiaan vaihtelee hieman. Kannattaa kuitenkin muistaa, että liikemassa on puhtaasti teoreettinen käsite. Massa riippuu kappaleen sisältämästä aineesta, ja ei siihen kappaleeseen yhtään uutta atomia tule vaikka miten kovaa kulkisi.

[mistral]

Kannattaa kuitenkin muistaa, että liikemassa on puhtaasti teoreettinen käsite. Massa riippuu kappaleen sisältämästä aineesta, ja ei siihen kappaleeseen yhtään uutta atomia tule vaikka miten kovaa kulkisi.

Erityisen suhteellisuusteorian kuvaamisessa on käytetty ainakin kahta asiaa: (1)kappaleen massa kasvaa (relativistinen massa), (2)etäisyys menosuuntaan lyhenee tai maisema ikäänkuin lytistyy (esim. 100km voi lytistyä 100 metriin). Molemmissa tapauksissa selittyy se valtava energia, mikä relativistisiin nopeuksiin liittyy. Onko (2) selitys oikea?

muokkaus: (1) selitys on ulkopuolisen havaitsijan näkökulma   (2) selitys on liikkujan näkökulma, joten nämä asiat on eri kategorioissa eli alkuperäinen kysymys on vähän pielessä.
Kuitenkin,  jos ulkopuolisen havaitsijan tulkinta, että massa ei kasva, on oikea, jää jäljelle vain ajan hidastuminen-- se on vain paljon vaikeampaa tajuta.

[vesa k]

Hei
Kuten mainitsit lisää atomeja ei nopeuden avulla tule.
Onko silloin liikemassalla ja liike-energialla mitään tekemistä pimeän massan ja pimeän energian kanssa ?

Ajatellaampa, kuinka paljon linnunradassa on massaa, joka on jatkuvassa liikkeessä.

vesa_k

[Kaizu]

Hei
Kuten mainitsit lisää atomeja ei nopeuden avulla tule.
Onko silloin liikemassalla ja liike-energialla mitään tekemistä pimeän massan ja pimeän energian kanssa ?

Juuei
Havainnoista kahden galaksin törmäyksestä on voitu päätellä että usealla tavalla vuorovaikuttava tavallinen aine jäi törmäyspaikan välittömään läheisyyteen. Sen sijaan pimeä aine jatkoi matkaansa pidemmälle. Siitä voi päätellä että sillä on massaa joka jatkaa matkaansa kun mikään muu kuin gravitaatio ei sitä hidasta. Galaksien pimeän aineen pilvet jatkavat omaa kiertoansa systeemin painopisteen ympäri, aluksi (ja oikeastaan aika kauan)  hyvin pitkulaisia ratoja myöten.

Pimeästä energiasta ei ole muuta tietoa kuin että se käyttäytyy kuin Einsteinin kuuluisa kosmologinen vakio ja olisi yksi avaruuden geometriaa määrittävä parametri.

Ajatellaampa, kuinka paljon linnunradassa on massaa, joka on jatkuvassa liikkeessä.

vesa_k

Onko jossain, linnunradassa tai sen ulkopuolella massaa joka ei olisi liikkeessä?

Kaizu

[vanhakauko]

Atomilla, atomiytimellä, protonilla ja neutronilla on halkaisija jonka voi jollain tarkkuudella mitata. Niillä on myös massa ja sitä kautta tiheys. Tiheys on melko suuri verrattuna maanpäälisiin olosuhteisiin.
Neutronitähden tiheys on atomiytimen tiheyden suuruusluokkaa. Leptoneille ja kvarkeille ei ole mitattu halkaisijaa, on arveltu että se voisi olla Planckin pituuden suuruusluokkaa. Tämä tarkoittaisi että atomiytimen massa sijaitsisi protonien ja neutronien kvarkeissa, pikkuriikkisissä pisteissä valtavan kokoisten hadronien sisällä. Kvarkin halkaisija suhde protonin halkaisijaan on n. 20 dekadia. Eli jos protonia vähän suurennetaan, niin että sen halkaisija olisi vaikkapa 10 valovuotta, olisi kvarkin halkaisja n. 1mm. Väittäisin että protoni on suurimmalta osin tyhjää, samoin kuin neutronitähtikin.

Kaizu

Ja mitkä alkeishiukkaset olisivat niitä värähteleviä säikeitä, jotka olisivat pituudeltaan lyhyimmän pituuden mittaisia?