Der Photon und die Planck‑Konstante (h)

Wenn Sie sich für Physik interessieren, müssen Sie „Unbelievable“!

Nach dem Elektron haben wir das Photon behandelt. Das war nötig, um die beobachtete Zeitdilatation kosmischer Teilchen zu erklären. Das stimulierte Elektron und die Möglichkeit, die Oszillationsenergie zu emittieren, wurde diskutiert. Wir haben jedoch die mögliche physikalische Darstellung des Photons nicht besprochen. Jetzt haben wir mehr deduzierte Informationen, um das Photon beschreiben zu können. Hochenergetische Photonen können sich spalten und ein Positron sowie ein Elektron erzeugen. Die Annahme, dass in einem Photon eine Ladungstrennung etabliert wird, ist nicht unplausibel. Wie sonst kann ein positives und ein negatives Teilchen aus einem Photon entstehen? Photonen mit geringerer Energie besitzen wahrscheinlich ebenfalls während der Oszillation eine Ladungstrennung, aber die Energie reicht nicht aus, um zwei Elektronen zu erzeugen. Die Ladung eines Positrons ist +Qe und des Elektrons –Qe. Wir gehen davon aus, dass die Ladungstrennung in jedem beliebigen Photon +Qe/n und –Qe/nbeträgt. Die anziehende Kraft zwischen den beiden getrennten Ladungen +Qe/n und –Qe/n ist:

mit R dem Abstand zwischen beiden Ladungen Qe/n.

Das Problem, wenn Energie aus Kraft × Abstand berechnet wird, besteht darin, dass man nicht weiß, bis zu welchem Abstand die Kraft wirkt. Wenn R gegen Null geht, wird die Kraft zwischen den beiden Ladungen unendlich hoch und es entsteht eine Singularität. Als wir das Proton und das Neutron behandelten, berechneten wir den Radius beider bei Rp und Rn. Wir nahmen an, dass die Fusion von Positronen und Elektronen stoppt, wenn der Radius des zusammengesetzten Teilchens den Radius des Punktvolumens erreicht. Daher betrachten wir Rp und Rn als Annäherung an den Radius des Punktvolumens. Wenn beide Ladungen +Qe/n und –Qe/n sich annähern und zu einem Punktvolumen (R<=Rn) verschmelzen, gibt es keine äußere Kraft im ether mehr, die Energie ansammelt und konzentriert. Die Singularität wird vermieden.

Wir haben den Radius Rn als Hinweis darauf, bis zu welchem Abstand die Kraft aktiv ist. Wir haben jedoch keine Idee, bis zu welchem Abstand sich beide Ladungen während der Oszillation trennen. Die Wellenlänge eines Photons λ nimmt proportional mit der Energie des Photons ab. Um die Kraft F zwischen beiden Teilchen zu integrieren, gehen wir von einer beliebigen maximalen Entfernung von einem Viertel der Wellenlänge aus.

Der noch unbekannte Faktor ist der Wert von n. Wir wissen, dass Kraft und Energie mit zunehmen, daher muss die Wellenlänge λ des Photons proportional zu sein. Um das Problem zu lösen und die Energie der Schwingung berechnen zu können, benötigen wir die genaue Beziehung zwischen λ und n. Wir wissen, dass , aber wir kennen den Wert von anicht. Wir wissen jedoch, dass wenn n=1 die Ladungstrennung +Qe und –Qe beträgt und dass der Radius eines Elektrons Reist. Die direkteste und daher wahrscheinlichste Annahme für die Beziehung zwischen ist a=Re. Alle Faktoren zur Berechnung der Energie der Schwingung sind bekannt. Wir berechnen für die Energie der Schwingung :

Mit Re den Radius des Elektrons, Rn den Radius des Neutrons, als Annäherung für den Radius des Punktvolumens, Qe die Elementarladung des Elektrons und λ die Wellenlänge des Photons. Die berechnete Energie Wψ berücksichtigt nur die Schwingung. Das Photon schwingt nicht nur, sondern bewegt sich auch mit Lichtgeschwindigkeit c. Angenommen, die Energie des Photons ist, wie die Energie im Elektron, gleichmäßig auf beide Freiheitsgrade verteilt, wird die Gesamtenergie des Photons Wf=2Wψ (Schwingung + kinetische Energie).

Die berechnete Energie der Schwingung zwischen zwei Ladungen +Qe/n und –Qe/nsowie die kinetische Energie des Photons (c) ist innerhalb von 6 % der Energie eines Photons gemäß Wf=hvgleich. Die Konstante von Planck h ist daher theoretisch mit einem Fehler von ca. 6 % berücksichtigt. Wieder reiner Zufall?

Es ist sehr unwahrscheinlich, dass die Planck‑Konstante theoretisch aus einem einfachen und unkomplizierten Ansatz abgeleitet werden kann, wenn der berechnete Radius Rn nicht mit hin Zusammenhang steht. Die obige Herleitung impliziert, dass ein Photon als Schwingung zweier Ladungen beschrieben werden kann, die sich mit der Geschwindigkeit c. Abbildung 21 zeigt die elektromagnetische Schwingung beider Ladungen schematisch.

Abbildung 21. Die schematische Darstellung der Position der Ladungen im Photon.

Der willkürliche maximale Abstand zwischen beiden Ladungen wurde auf ¼λgesetzt. Wenn der Abstand zwischen den beiden Ladungen ¼λ beträgt, erreichen sie den maximalen Abstand und trennen sich nicht weiter. Die Schwingungsenergie ist nun vollständig elektrostatisch und gleich ; die Hälfte der Energie des Photons. Wenn beide Ladungen sich innerhalb des Punktvolumens annähern, wird die Schwingungsenergie von potenziell zu dynamisch umgewandelt, also von elektrostatisch zu magnetisch/kinetisch. Die Konsequenz dieser Darstellung ist, dass ein Photon einfach als Schwingung zweier entgegengesetzter Ladungen beschrieben werden kann. Jede Ladung entspricht einer Masse von ½Mf; mit Mf , die Massäquivalenz eines Photons. Die Schwingung ist im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Photons. Der Impuls eines Photons, dargestellt als zwei schwingende Ladungen/Massen, die sich mit der Geschwindigkeit c in Bewegungsrichtung bewegen, ist If=Mfc. Der Impuls des Photons ist therefore gleich dem Impuls I jeder bewegten Masse M mit Geschwindigkeit v (I=Mv). Der Impuls des Photons ist gleich dem Impuls jeder gewöhnlichen bewegten Masse nach klassischer Mechanik. Das liegt daran, dass die Hälfte der Energie/Masse des Photons nicht zum Impuls in Bewegungsrichtung beiträgt. Die Schwingung zeigt keinen Impuls außerhalb der Schwingung.

Abbildung 22. Die sofortige Ladungsposition und die dielektrische Verschiebung eines Photons.

Wenn die Ladungen sich annähern, nimmt die potenzielle Energie ab und die magnetische Energie zu. Wenn beide Ladungen verschmelzen, ist die Schwingungsenergie kinetisch . Der schematisch vollständige Zyklus der Schwingung eines Photons ist in Abb. 23dargestellt. Das Photon zeigt alle seine Geheimnisse in einer einfachen, geradlinigen klassischen mechanischen Beschreibung. Auf diese Weise ist nichts Geheimnisvolles oder Relativistisches am Photon. Das ether macht die Darstellung einfach und verständlich und sollte dafür nicht abgelehnt werden.

Wenn der Leser mit einem Auto fährt, das die Geschwindigkeit vhat, und die Masse des Autos Mabeträgt, dann ist die kinetische Energie . Stellen Sie sich vor, Ihr Auto hat zwei Abteile, in denen beide sich unabhängig voneinander bewegen können. Sie befinden sich in einem Abteil und Ihr Passagier im anderen.

Abbildung 23. Das Photon bewegt sich durch das ether.

Das Auto bewegt sich mit der Geschwindigkeit v, und beide Abteile bewegen sich entgegengesetzt und rechtwinklig zur Geschwindigkeit des Autos. Sie und Ihr Mitfahrer passieren einander mit v gegenläufig und im rechten Winkel zur Geschwindigkeit des Autos. Sie und Ihr(e) Mitfahrer* passieren einander mit v in entgegengesetzter Richtung rechtwinklig zur Fahrtrichtung des Autos. Beide Abteile sind durch eine Feder zusammengehalten, sodass die Geschwindigkeit der Abteile beim Auseinanderdriften abnimmt. Wenn Sie und Ihr Mitfahrer das Auseinanderdriften beenden, ist die Energie der Schwingung potenziell. Die Feder zieht Sie zusammen und Sie passieren einander erneut mit der Geschwindigkeit 2v. Nun ist die Energie der Schwingung dynamisch. Die Energie der Schwingung ist ebenfalls , sodass die Gesamtenergie (Geschwindigkeit + Schwingung) des fahrenden und schwingenden Autos beträgt und der Impuls in Bewegungsrichtung MaVist: vergleichbar mit dem Photon. Im Vergleich unterscheiden sich nur Masse und Geschwindigkeit.

Nächstes Kapitel:  Das Photon und die Planck‑Konstante mathematisch