De foton en de constante van Planck (h)

Als je geïnteresseerd bent in natuurkunde, moet je “Unbelievable“!

Na de elektronen bespraken we de foton. Dit was noodzakelijk om de waargenomen tijdsdilatatie van kosmische deeltjes te verklaren. Het gestimuleerde elektron en de mogelijkheid om de oscillatie‑energie uit te stralen is besproken. We hebben echter de mogelijke fysieke voorstelling van de foton niet behandeld. We hebben nu meer afgeleide informatie om de foton te kunnen beschrijven. Hoog‑energetische fotonen kunnen uiteen vallen en een positron en een elektron produceren. De veronderstelling dat er in een foton een scheiding van lading ontstaat is niet vergezocht. Hoe anders kan een positief en een negatief deeltje uit een foton voortkomen? Fotonen met minder energie hebben waarschijnlijk ook een lading‑scheiding tijdens de oscillatie, maar de energie is onvoldoende om twee elektronen te verkrijgen. De lading van een positron is +Qe en van het elektron –Qe. Wij veronderstellen dat de lading‑scheiding in elke willekeurige foton is +Qe/n en –Qe/n. De aantrekkingskracht tussen de twee gescheiden ladingen +Qe/n en –Qe/n is:

met R de afstand tussen beide lading Qe/n.

Het probleem bij het berekenen van energie uit kracht × afstand is dat men niet weet tot welke afstand de kracht actief blijft. Wanneer R nul nadert, wordt de kracht tussen beide ladingen oneindig groot en ontstaat er een singulariteit. Toen we het proton en neutron bespraken, berekenden we de straal van beiden op Rp en Rn. Wij gingen ervan uit dat de fusie van positronen en elektronen stopte zodra de straal van het samengestelde deeltje de straal van het punt‑volume bereikte. Dus beschouwen we Rp en Rn als een benadering van de straal van het punt‑volume. Wanneer beide ladingen +Qe/n en –Qe/n naderen en samensmelten tot één punt‑volume (R<=Rn), is er geen externe kracht in het ether meer om energie te accumuleren en te concentreren. De singulariteit wordt vermeden.

We hebben de straal Rn als een aanwijzing voor over welke afstand de kracht actief is. We hebben echter geen idee op welke afstand beide ladingen van elkaar gescheiden zijn in de oscillatie. De golflengte van een foton λ neemt evenredig af met de energie van het foton. Om de kracht F tussen beide deeltjes te integreren, gaan we uit van de willekeurige maximale afstand van ¼ van de golflengte.

De nog onbekende factor is de waarde van n. We weten dat de kracht en energie toenemen met , daarom moet de golflengte λ van het foton evenredig zijn met . Om het probleem op te lossen en de energie van de oscillatie te kunnen berekenen, hebben we de exacte relatie tussen λ en nnodig. We weten dat , maar we kennen de waarde van aniet. We weten echter wel dat als n=1 , de ladingenscheiding +Qe en –Qe is en dat de straal van een elektron Rebedraagt. De meest directe en daarom meest waarschijnlijke aanname voor de relatie tussen is a=Re. Alle factoren om de energie van de oscillatie te berekenen zijn bekend. We berekenen de energie van de oscillatie:

Met Re de straal van het elektron, Rn de straal van het neutron, als een benadering voor de straal van het punt‑volume, Qe de elementaire lading van het elektron en λ de golflengte van het foton. De berekende energie Wψ betreft alleen de oscillatie. Het foton oscilleert niet alleen, maar beweegt ook met de lichtsnelheid c. Aangezien de energie van het foton, net als de energie in het elektron, gelijkelijk over beide vrijheidsgraden wordt verdeeld, zal de totale energie van het foton zijn Wf=2Wψ (oscillatie + kinetische energie).

De berekende energie van de oscillatie, tussen twee ladingen +Qe/n en –Qe/n, en de kinetische energie van het foton (c), is gelijk binnen 6 % van de energie van een foton volgens Wf=hv. De constante van Planck h is daarom theoretisch verrekend binnen een fout van approx. 6 %. Opnieuw puur toeval?

Het is zeer onwaarschijnlijk dat de constante van Planck theoretisch wordt afgeleid via een eenvoudige en rechttoe rechtaan aanpak, als de berekende straal Rn niet gerelateerd is aan h. De bovenstaande afleiding impliceert dat een foton kan worden beschreven als een oscillatie van twee ladingen die bewegen met snelheid c. Figuur 21 illustreert schematisch de elektromagnetische oscillatie van beide ladingen.

Figuur 21. De schematische illustratie van de positie van ladingen in het foton.

De willekeurige maximale afstand tussen beide ladingen werd vastgesteld op ¼λ. Wanneer de afstand tussen beide ladingen ¼λ is, bereiken ze de maximale afstand en scheiden ze zich niet meer. De oscillatie‑energie is nu volledig elektrostatisch en gelijk aan ; de helft van de energie van het foton. Wanneer beide ladingen elkaar naderen binnen het punt‑volume, wordt de oscillatie‑energie omgezet van potentieel naar dynamisch, oftewel van elektrostatisch naar magnetisch/kinetisch. Het gevolg van de presentatie is dat een foton simpelweg kan worden beschreven als een oscillatie van twee tegenovergestelde ladingen. Elke lading vertegenwoordigt een massa van ½Mf; met Mf de massaequivalent van een foton. De oscillatie staat haaks op de richting van het foton. De impuls van een foton, gepresenteerd als twee oscillerende ladingen/massa’s, bewegend met snelheid c in de bewegingsrichting, is If=Mfc. De impuls van het foton is daarom gelijk aan de impuls I van elke bewegende massa M met snelheid v (I=Mv). De impuls van het foton is gelijk aan de impuls van elke gewone bewegende massa volgens de klassieke mechanica. Dit komt doordat de helft van de energie/massa van het foton niet bijdraagt aan de impuls in de bewegingsrichting. De oscillatie vertoont geen impuls buiten de oscillatie.

Figure 22. De onmiddellijke ladingspositie en dielektrische verplaatsing van een foton.

Wanneer de ladingen elkaar naderen, neemt de potentiële energie af en de magnetische energie toe. Wanneer beide ladingen samensmelten, is de oscillatie‑energie kinetisch . De schematisch volledige cyclus van de oscillatie van een foton wordt gepresenteerd in figuur 23. Het foton onthult al zijn geheimen in een eenvoudige, recht‑toe‑recht‑aan klassieke mechanische beschrijving. Op deze manier is er niets mysterieus of relativistisch aan het foton. Het ether maakt de presentatie eenvoudig en begrijpelijk en mag daarvoor niet worden verworpen.

Wanneer de lezer in een auto rijdt met snelheid v, en de massa van de auto is Ma, dan is de kinetische energie . Stel je voor dat je auto twee compartimenten heeft, die elk onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Jij bent in het ene compartiment en je passagier in het andere.

Figuur 23. Het foton beweegt door de ether.

De auto beweegt met snelheid v, en beide compartimenten bewegen v tegenovergesteld en loodrecht op de snelheid van de auto. Jij en je passagier passeren elkaar met v in tegenovergestelde richting loodrecht op de richting van de auto. Beide compartimenten worden bij elkaar gehouden door een veer, zodat de snelheid van de compartimenten afneemt wanneer ze scheiden. Wanneer jij en je passagier niet meer scheiden, is de energie van de oscillatie potentieel. De veer trekt jullie naar elkaar en jullie passeren elkaar opnieuw met snelheid 2v. Nu is de energie van de oscillatie dynamisch. De energie van de oscillatie is ook , dus de totale energie (snelheid + oscillatie) van de bewegende en oscillerende auto is en de impuls in de bewegingsrichting is MaV: vergelijkbaar met het foton. In de vergelijking verschillen alleen massa en snelheid.

Volgend hoofdstuk:  Het foton en de constante van Planck wiskundig