Tip:
Highlight text to annotate it
X
Bár sokat tudunk a fényről,
de még mindig tartogat meglepetéseket arról, hogyan is működik valójában.
Az Elsődleges Mezők most következő
részében megfejtjük a fény szerkezetét,
amely más rejtélyeket is megold,
melyek évszázadokig összezavarták a világ legnagyobb elméit.
Látni fogod mi rejtőzik a fény kettős természete mögött.
Megmutatom miért is viselkedik a fény részecskeként és hullámként egyszerre.
Más szavakkal be lesz bizonyítva, hogy a fény
szétválasztható egységekből, fotonokból áll,
ugyanakkor hullám jellegzetességeket mutat .
Látni fogjuk, hogy ugyanaz
a felépítése minden
elektromágneses sugárzásnak, valamint az anyagnak is.
A magyarázat összeegyeztethető az elhíresült kétréses kísérlettel,
amit most már mindenki megérthet.
A kétréses kísérlet az alapja a kvantum fizikának,
aminek igen nagy befolyása van a jövő kvantum számítógépeire
ugyanúgy, mint sok jövőbeni technológiára ami erre a tudásra fog épülni.
Néhány jövőbeni technológia már létezik,
de ezekről csak az Elsődleges Mezők 7. részében lesz szó.
Ebben a részben a következők kerülnek terítékre:
él elhajlás,
egyréses elhajlás,
kétréses elhajlás
és sok más tulajdonsága a fénynek,
továbbá az elektromágneses sugárzás.
A dologban az az érdekes,
hogy a magyarázat történetesen igen egyszerű
és ahogyan vártad,
az Elsődleges Mezők elméletére épül.
Kezdjük is el felgombolyítani a fonalat!
A kétréses kísérlet bemutatása során
láthatunk vörös lézert,
sárga lézert,
és zöld lézert.
Különböző hullámhosszokat,
vagyis különféle színeket használva
megfigyelhetjük, hogyan megy át a fény ugyanazon a két résen.
Ez a kísérlet megmutatja a fény hullám természetét.
Emellett más kísérletekből már tudjuk,
hogy a fény elkülöníthető egységekből,
vagyis fény kvantumokból,
más néven fotonokból áll.
Figyeld meg a három szín mintájának változását.
Ez egy fontos nyom.
Az egy él körüli fényelhajlásnál
rendkívül érdekes mintákat látunk a borotvapenge körül.
Ez egy másik nagyon fontos nyom.
További fontos nyomokra bukkanhatunk a folytonos spektrumú fény
egyréses kísérletének elvégzésekor.
Az elektronokkal végzett kísérletek
szintén fontos nyomokat hagytak, melyek segítenek felderíteni ezt a rejtélyt.
Ez a táblázat mutatja a frekvenciát,
a hullámhosszt, és az elektromágneses sugárzás energia szintjeit.
Ez ismét egy nyom.
Ez a diagram minden elektromágneses sugárzás
elektromos mezőjét és mágneses mezőjét mutatja.
Ez megint egy használható nyom.
Itt van egy szerkezeti egység,
vagy másképp egy elektromágneses sugárzás kvantum.
A vörös mező északi polaritású
a kék mező pedig azzal ellentétes polaritású...
Aztán itt láthatjuk, ahogyan ez a szerkezeti egység illeszkedik
az elektromágneses sugárzás diagramjába.
Tehát a mezők méretei
a elektromágneses sugárzás hullámhosszát határozzák meg.
Egy mező mérete megegyezik az egy ciklus hullámhosszával.
A mezők közepe, vagyis a foton a
tengely azon pontján van, ahol a hullámvonalak metszik egymást.
Most pedig bepillantunk a foton belsejébe, hogy láthassuk a belső áramlásokat.
És ez ugyanígy vonatkozik minden elektromágneses sugárzásra is.
A zöld gömb jelenti a fotont.
Láthatjuk egyszerre a
foton mágneses mezőinek
belső áramlásait valamint a foton több más nézetét.
A kép a jobb felső sarokban mutatja,
hogy mindez hogyan kapcsolódik a mi vákuumkamrabeli kísérleteinkhez.
Ugyanazok az áramlások dolgoznak, mint a vákuumkamrában.
A foton magja körül találjuk a tál alakú mágneses mező sugárzókat,
melyekről az Elsődleges Mezők 2. részében volt szó.
Aztán, ahogy nagyítjuk a foton központi részét
láthatjuk a váltó és fojtó gyűrűket.
Aztán vedd észre, hogy a beérkező áramlás nem csak részecskéket tartalmaz.
Minden sodródó részecske saját tál alakú mágneses mezőtérrel bír, mint maga a foton.
Ugyanazzal az egyforma tál alakú mágneses mezővel rendelkeznek.
Ezek a sodródó részecskék igazából nem is részecskék.
Inkább sűrített energia egységek.
Ezek az áramló energia egységek
ugyanolyan belső áramlásokat tartalmaznak, mint maga a foton.
A foton egy sűrített energia egység,
mely további áramló sűrített energia egységeket tartalmaz,
melyek további áramló sűrített energia egységeket tartalmaznak.
Mennyi szint van lefelé, ami ismétlődik újra és újra? Nem tudjuk.
A zöld kör ezen a képen az energia koncentrációja,
ami maga a foton.
De amint látod a foton sokkal több, mint sűrített energia
a foton mezőterének a közepén.
Ahhoz, hogy a foton tényleges méreteit megkapd a mezőihez képest
a váltó gyűrűt kell maghatározni.
Ez a kép segít megérteni a rendszert,
de nem egy méretarányos modell.
A valóságban a foton sokkal kisebb, mint a mezői,
ám ez az arány sokkal jobban mutatja a
foton belsejének működését.
Miután a beérkező energia egységek elérik a váltó gyűrűt
azon áthaladva csapdába esnek, s ezt a zöld mező jelzi.
De ahogyan láthatod
néhány foglyul ejtett energia egység megszökik a foton egyenlítőjénél majd
ismét visszakerül a váltógyűrűnél.
Ez ugyanaz a minta, mint amit a vákuumkamrabeli kísérleteknél megismertünk.
Akkor most vegyünk elő egyetlen fotont
a mezőivel együtt és rakjuk sorba őket.
Emlékezz, az itt vörössel és kékkel bemutatott mezők valójában láthatatlanok.
A zöld gömbök maguk a fotonok.
A vörös mezők az északi mágneses polaritást
a kékek pedig a délit jelentik.
Ezek természetesen vonzzák egymást,
a tér a fotonok között lényegében a felépülő mező következménye.
Most a fotonok elhaladnak mellettünk,
de a mezőik átmennek rajtunk.
A való világban a fotonok természetesen egy kicsit elkanyarodnak, mert
a mezőik belénk ütközve elakadnak.
A fotonok a mezőik terébe kerülő akadály miatt
kanyarodnak, akkor is, ha maga foton nem ütközik az akadálynak.
Ez az amikor a fény elhajlik egy tárgy mentén.
Ne feledd minden foton belső áramlása
a bal alsó sarokban láthatóak szerint zajlik.
Ismét látható az elektromágneses sugárzás
diagramja, ami teljesen megegyezik a
fotonokkal és mezőikkel.
A gömb, amit a plazma kitölt a vákuumkamrában ugyanolyan
felépítésű, mint a foton.
Vegyük a fehér fotonunkat
vágjuk fel hat különböző hullámhosszra vagy színre.
Itt látod a fotonok egymáshoz viszonyított méretét és forgási sebességét.
Ez az animáció nem méretarányos modell, csak egy közelítés,
hogy könnyebben érthesd az alap elméletet.
Fontos megjegyezni,
hogy a kisebb foton nagyobb sebességgel forog.
Ez vonatkozik valamennyi elektromágneses sugárzásra is.
A lila foton rövidebb hullámhosszú, mint a vörös foton
a forgási sebessége viszont nagyobb.
A lila foton
nagyobb energia szinten van, mint a vörös foton.
A rövidebb a hullámhossz, magasabb a forgási sebességet jelent.
Minél kisebb a foton annál nagyobb az energiaszintje.
Ez a logika igaz az összes elektromágneses sugárzásra is.
Természetesen a foton hullámhossza
és a mező mérete között is van összefüggés.
Egy gyors ismétlés
a foton belső áramlásairól, mielőtt tovább megyünk.
Et az áramlást ábrázoló diagram jellemzi az elektromágneses sugárzást is.
Még egyszer figyeld meg a hullámhossz és a mezőméret összefüggését.
Itt láthatóak a foton sorok mezői a megfelelő hullámformákkal fedésben.
Itt tisztán láthatod, hogy az elektromágneses sugárzás görbék
tisztán illeszkednek a foton mezőihez.
Most a piros és kék polaritású mezőket láthatod.
Itt azt láthatod, mi történik,
ha fotonok áthaladnak az üvegen.
Figyeld meg, ahogyan összenyomódnak a mezőik áthaladáskor.
Jusson eszedbe, hogy a mezők történetesen láthatatlanok.
Van egy sor fotonunk,
amiket el fog nyelni az üveg.
Rakjunk egy fotonhoz fénysebesség mérőt, hogy ellenőrizhessük,
hogyan változik a sebessége.
Nézd meg a foton lassít, mikor találkozik az üveggel.
Aztán a foton visszagyorsul a teljes fénysebessége, mikor kilép az üvegből.
A többi foton a sorban szintén visszagyorsul a teljes fénysebességre.
Miután kiléptek az üvegből visszarendeződik a normál mező távolság.
Most látni fogjuk a versenyt két foton sor között.
Közülük csak az egyik halad át az üvegen.
Figyeljük meg, hogy az alsó sorban fotonok összenyomódnak
amint találkoznak az üveggel.
Amikor pedig kilépnek az üvegből,
az összenyomódott mezők elrúgják magukat az üvegtől és visszanyerik a
a teljes fény sebességet.
Indítsunk el egy másik versenyt a foton sorok között.
Még egyszer láthatjuk, hogyan nyerik vissza az összenyomott mezők az alakjukat,
amint kilépnek az üvegből.
Visszanyerik a teljes fénysebességet.
Ez az összenyomott mező a felelős a száloptika meghajlásáért,
mely a bal felső sarokban látható.
Tehát ahogy a fotonok és mezőik áthaladnak az üvegen
összenyomódnak, mint egy rugó.
Aztán ez a foton rugó ahogy kilép az optikai szálból
visszanyeri az eredeti alakját enyhén visszarúgja az optikai szálat.
Szóval mint láthatod
fény valójában tolja az üveget, amint kilép belőle.
Akkor is , amikor erről a képernyőről származó fotonok elindulnak a retinánk felé,
elnyomják a képernyőt, amint elrugaszkodnak,
hogy visszanyerjék eredeti, nem összenyomott alakjukat.
Ismét: a foton mezőjének mérete
meghatározza a foton hullámhosszát.
Itt látod a jellegzetes hullámformákat, amik a látható fényt
és elektromágneses sugárzást is jellemzi.
A valóságban ilyen hullámforma nincs is.
A hullámforma hasznos amikor elektromágneses sugárzásról beszélünk,
de a fény más.
Ugyanis semmilyen hullámformát nem mutat.
A fény nem mozog fel és le. És nem is kígyózik.
Még egyszer: a hullámhossz megegyezik a mezők méretével.
Ezen a képen a felső sorban nagyított, sematizál fotonok láthatóak
Láthatod a forgási sebességeiket és nagyságukat egymáshoz képest.
Ki kell hangsúlyozni, hogy ezek
a fotonok nem teljesen gömbök,
valójában inkább energia koncentrátumok.
Hasonlítanak a vákuumkamrabeli labda plazmához.
Most pedig látni fogjuk, hogy a különféle hullámhosszú fotonok
különféle szögekben törnek meg.
Másképpen mondva:
a fehér fény egy prizmán áthaladva
színskálát hoz létre.
Ebben az animációban az idő átmenetileg megállt,
a fotonok is állnak, hogy jobban láthassuk
az üveg okozta hatást.
A foton sor mezői, ahogy belépnek a prizmába,
a más színű sorok más szögekben törnek, hajlanak meg.
Aztán mikor kilépnek a prizmából ismét különféle szögekben hajlanak meg
a hullámhosszuktól, azaz
a színüktől függően.
Világos, hogy az üvegprizma felületén
a fehérrel jelölt foton mezők megtörnek. Most ezekre koncentrálunk.
Most két fotont fogunk figyelni,
melyek mezői áthaladnak az üveg prizmán.
Láthatod, hogy a lila foton mezői
jobban megtörnek az üveg prizmába lépéskor, mint a vörös foton mezői.
Aztán mikor kilépnek a foton mezők az üvegből,
a lila foton mezői
jól láthatóan élesebb szögben törnek.
Most kinagyítjuk a foton mezőket
az üveg prizmába hatoláskor.
Tisztán láthatod, hogy a lila foton mezők élesebben törnek, mit a vörösek.
Ez egyszerűen a méretük miatt van.
A kisebb méretű mezők élesebben törnek.
Mivel a mező mérete arányos a hullámhosszal
a valós életben,
is így törik a fény az üveg prizmán.
Most nézzük a vörös foton mezőit amint az üvegprizmába lépnek.
Vedd észre, ahogyan a mező vonalának eleje először eléri az üveget,
az eltorzuló mező eltéríti eredeti irányából a fotont.
Majd amikor teljesen belép
egy sűrűbb, de kisebb mezőt látunk továbbhaladni.
Kilépéskor a sűrített mező visszanyeri eredeti alakját.
Mivel a foton a kilépéskor visszanyeri a mezője eredeti méretét,
a növekedés elnyomja őt az éltől
és ez megint megváltoztatja a haladás irányát.
Nézzük még egyszer a lila és vörös fotonok mezőit
ahogyan áthaladnak az üvegprizmán.
Most már tudhatod, valójában miért is törik meg a fény valahányszor
áthalad az üvegen vagy más átlátszó anyagon.
Ez egészen egyszerű, ha már tudod, hogyan is épül fel a fény a fotonokból.
Még egyszer rápillanthatsz a foton ellentétes polaritású mezőire.
Itt van néhány sor foton és a ráigazított hullám görbe.
Most toljuk egymáson a két sor fotont.
Mikor a hullám görbék pont átfedik egymást
azt mondjuk fázisban vannak.
Amikor pedig a görbék nem fedik egymást,
akkor nincsenek fázisban.
Amikor a fotonok fázisban vannak
a vörös polaritású mezők
egymás felett vannak, ugyanúgy, mint a kék mezők.
Ez az energiák összeadódásával jár, a foton fényesebben ragyog.
Ezt hívjuk konstruktív interferenciának.
Amikor a foton mezők ellentétes fázisban fedik egymást
azaz az ellentétes polaritású mezők vannak egymás felett,
akkor a vörös mezők energia áramlásai
kioltják a kék mezők áramlásait.
Ez azt eredményezi, hogy a fedésben levő
fotonok nem bocsátanak ki fényt.
Más szavakkal a fotonok ellentétes fázisban vannak.
Ezt hívjuk destruktív interferenciának.
Ahogy toljuk egymásra a fotonokat,
hol konstruktív, hol destruktív interferenciát látunk.
Ezért a fény, hol kialszik, hol fényesebben ragyog
a lézeres kísérleteknél.
Láthatod ez nem egy egyszerű ki be állapot.
Minél nagyobb azonos mezőrész fedi egymást,
annál fényesebben ragyog a foton.
Minél közelebb vannak az ellentétes fázishoz
annál jobban sötétülnek a fotonok.
Ez az oka, hogy nem elvágó éleket, hanem interferencia mintákat látunk.
A jelenség miatt a a világos interferencia minták
fokozatosak az átmennek a sötétbe.
Vegyünk két panelnyi foton mezőt.
A jobb oldali mezők paneljét forgatjuk.
A valóságban az átfedésben levő ellentétes mezők
egyáltalán nem bocsátanak ki fényt,
de sajnos a szoftveremmel ezt nem tudom bemutatni .
De ettől még értheted.
Figyeld, mi történik az egyik panel forgatása során.
Most nézzük meg az él elhajlást.
Figyeld meg az érdekes mintát a penge szélei körül.
Ez az animáció egy foton ágyút mutat,
mely csak sorban lövi ki a fotonokat a sárga élre.
Amint a fotonok mezői beleütköznek
az élbe, azonnal elhajlanak.
A foton maga elhalad az él mellett,
de az útja megváltozik,
ahogy a mezői keresztezik az élt.
Ahogy különféle közelségben haladnak el a fotonok az él mellett
más-más mértékben törve, egy legyezőt képeznek.
Aztán ahogyan ezek a fotonok keresztezik egymást
különféle interferencia minták keletkeznek.
Ez az oka a penge élei körül
kialakuló barázdáknak és más interferencia mintáknak.
Most a rés elhajlást fogjuk tárgyalni, mely lényegében
két párhuzamos
és nagyon közeli él menti elhajlást jelent.
Amint láthatod minél szélesebb a rés annál kisebb a minta.
Az áthaladó fotonok nagyobb százaléka
hajlik el a szűkebb rés mentén, mint a szélesebb résen való áthaladáskor.
Így a szélesebb résen áthaladó fotonok
kisebb százaléka lép reakcióba az élekkel,
mint szűk rés esetén.
Ez a bemutató az MIT-n készült
vörös lézer segítségével,
különféle szélességű résekkel.
A rés növelés csökkenti a minta szélességét.
A rés csökkentése növeli a minta szélességét.
Ismét egy fotont ágyút látunk,
csak most úgy van beállítva,
hogy két sor fotont lő ki.
Az egyetlen rés egy teljes legyező mintát képez a fotonok mezőiből.
Most pedig megnézzük
két rés esetén, mi történik.
A távolságot a két rés között
változtatjuk, hogy láthassuk hogyan hat ez az interferencia mintákra.
Ezek az interferenciák hol kioltást,
hol pedig erősödést eredményeznek.
Most már tudod, mi az oka a fény kettős természetének.
A mezők a foton körül nyilvánvalóan a fény és miden más elektromágneses sugárzás
hullám viselkedéséért felelősek.
Ám van itt még egy probléma a kétréses kísérletnél, amivel foglalkoznunk kell.
Az interferencia jelenség akkor is létrejön, ha csak egyetlen
foton megy át két résen.
Úgy tűnik,hogy a foton vagy az elektron önmagával interferál.
Ez hogyan lehet?
Amit, ezidáig láthattuk az a valódi
mezőszerkezetet egyszerűsített változata volt,
a könnyebb érthetőség kedvért.
Sokkal nagyobbak ezek a mezők mint, amit eddig láttál.
Most ez kicsit bonyolultabb lesz,
amint elkezdjük megvitatni, ahogyan ezek a mágneses terek
átfedik egymást és kölcsönhatásban vannak egymással.
Itt van újra a foton és a körülötte levő mezők.
Ám a valóságban
ezek az elektromágneses mezők túlnőnek a jelzett határokon.
Sokkal messzebbre is van hatásuk,
de minél jobban eltávolodunk a fotontól annál kisebb ez a hatás.
Most láthatod a vörös mezőt
ahogyan kiterjed az eddig tárgyalt határain túlra.
Még egyszer hozzáteszem sokkal gyengébb,
a jelzett határain túl, mint azon belül a fotonhoz közel.
Most a kék kiterjesztett mezőt látod.
Minél jobban távolodsz a fotontól, annál gyengébb ez a mező.
Figyeld meg a hasonlóságot a hidrogén 421 hullám működésével.
Most két fotont látsz.
Most láthatod a kiterjesztett elektromágneses mezőjét a két fotonnak.
Láthatod ahogyan ezek a megnövelt mezők átfedik egymást.
Itt megfigyelheted a fedésben levő kiterjesztett mezők drótvázát.
Ismét érzékelheted, ahogyan a kiterjesztett mezők átfedik egymást.
Vegyünk még néhány fotont a mezőikkel együtt, hogy egész sort kapjunk belőlük.
Itt láthatod egyetlen foton kibővített elektromágneses mezőjét.
Most már kettő kibővített elektromágneses mezőt látsz.
Most láthatod mindnek az elektromágneses mezőjét.
És már érted is miért kerültem
eddig ezeket a kibővített elektromágneses mezőket.
Ahogyan ez az átfedés létrejön, az nagyon fontos akkor,
amikor meg akarod érteni a kétréses kísérletet
és azt, hogy az anyagban miért is olyan erősek a kötések.
Most már étheted, ezek az elektromágneses mezők hogyan
terjednek ki és hatnak messze a fotontól
épp ugyanúgy, ahogyan a Nap mezői kiterjednek és hatnak messze a naptól.
A nap mezői túlnyúlnak a Plútón
és még abban a messzeségben is sodor a napszél töltött részecskéket.
Teljesen jó, ha úgy gondolsz a Napra, mint egyetlen gigászi fotonra.
Ismét itt a fotonunk a kiterjesztett elektromágneses mezőivel.
Az fizika egyik legérdekesebb kísérlete a kétréses kísérlet.
Ez idáig nem volt kielégítő magyarázat
az interferencia mintára, amit egyetlen foton vagy elektron
okoz a réseken áthaladva.
Ez olyan, mintha az elektron vagy a foton önmagával interferálna.
De éppenséggel ez az ellentmondás feloldható, amint nem csak úgy gondolsz
a fotonra és elektronra, mint egyetlen sűrített energia labdára.
A fotonok és elektronok elektromágneses mezői ennél sokkal nagyobbak
és ezekben
a mezőkben mindenhol energia áramlik.
A foton vagy elektron, amikor áthalad az egyik résen,
a kiterjesztett mező energiájának egy része
a másik résen halad át.
Ez az energia interferál az első résen átjutott
foton vagy elektron energiájával.
Ez az amiért a foton vagy elektron önmagával interferál.
A hírhedt kétréses kísérlet rejtélyének leple lehullt örökre.
És ezzel vége az Elsődleges Mezők 3. részének.
A jelenleg hét részesre tervezett sorozat
alapja az Elsődleges Mezők Elméletnek
és megmagyarázza a világot, melyben élünk.
Három részen túl vagyunk, még négy lesz.
Ebben a részben
ismerkedtünk a foton elektromágneses sugárzásával
és azzal ahogyan az elektromágneses mező körbeveszi őket.
Láttuk az okát a konstruktív és destruktív interferenciának.
Bemutatásra került, ahogyan a fotonok azonos polaritással kerülnek fedésbe
az konstruktív interferenciát okoz és a foton sokkal fényesebben ragyog.
Amikor ellentétes polaritású elektromágneses mezők kerülnek egy vonalba
azok kioltják egymást és elsötétítik a fotont.
Megismerhettük az okot a destruktív interferencia mögött.
Láttuk a penge élén,
hogyan hajlanak meg a fotonok mezői
és hoznak létre érdekes a képen is látható interferencia mintákat.
Megvizsgáltuk az egy darab foton réselhajlását.
Láttuk az okot, amiért az üvegbe lépő fény lelassul,
kilépéskor pedig visszanyeri eredeti sebességét.
Aztán megérthettük, hogy az üvegszálból kilépő foton mezője visszarúgja
a szálat, ahogyan a mező kiterjeszkedik és visszanyeri a foton
az eredeti sebességét.
Megismertük az igazi okot, miért törik a fény az üvegen a be és kilépéskor.
Láttuk hogyan függ a fénytörés szöge a mezők méretétől.
Mikor legközelebb szivárványt látsz, jusson eszedbe milyen szép is a tudomány.
Végre megoldottuk
az elhíresült
és sokáig rejtélybe burkolózó kétréses kísérlet talányát.
Az Elsődleges Mezők 4. részében
az anyag atomi szintű szerkezetével fogunk foglalkozni.
Most kezd igazán érdekessé válni a történetünk.
Elsőleges Mezők
Teljesen új elmélet, ami megmagyarázza azokat az alapvető erőket,
melyek formálnak minden anyagot
mind az atomi mind a galaktikus szinteken.
Az elméletet és a fogalmakat, melyek a film tartalmazott
David Allan Lapoint alkotta és mutatta be.
Feliratot magyarra álmodta: Rausch Zoltán V1 2013.03.01 Szeretlek fiam Marcell :-)
Elsődleges Mezők 3. rész