Debata o nekonečnosti vesmíru

[Martin]

Ještě jsem si dočítal poslední 2 prezentace týkající se urychlovačů a detektorů.


Takže opravdu , když vrazíme foton do atomu, ten jej buď vyzáří, nebo pohltí tím, že jednoduše jednomu elektronu zvýší orbital. Tzn. že pokud se foton netrefí do elektronu, tak je vyzářen? Foton může v atomu "vzniknout" tím, že nějaký elektron přeskočí na nižší orbital. A fotonem můžeme elektron z atomu vyrazit (ionizace). Foton "zmizí". Jeho energie se použije na kinetickou energii elektronu (zmenšenou o tu část, která je nutná k jeho vymanění se z obalu).

Zajímavá poznámka k léčení nádorů. Takže jedině protony

Zabrousíme i trochu do oblasti polovodičů (PN přechody, fotovoltaika), což by mi mělo být blízké (jako elektrotechnikovi). Takže maximální účinnost panelů z křemíku nemůže být vyšší než 27%. Škoda (ale třeba časem zužitkujeme odpadní teplo a za křemík stačí dát vrstvu něčeho, co pohltí fotony, co prošly).



Stejně, řešíme tady "jenom" nekonečnost vesmíru, a probíráme se tunami "balastu". Plně doceňuji hlášku, že před 200 lety průměrný učenec znal všechno, a kovář, který se naučil číst a psát měl znalosti na úrovni univerzitního profesora - kromě toho uměl opravit vše od zlomené lopaty po parní stroj, včetně trhání zubu. A korunované to je výrokem, že dnes máme tolik znalostí, že špičkový vědec specializovaný na svůj (pod)obor ví čím dál tím větší h***o o čím dál tím menším h***u (vulgární, ale trefné)

[Elevea]

To je právě ono. Není to paprsek. Paprsek je něco jako shluk částic letících stejným směrem. Stále si je představuješ jako něco, co můžeš chytit do ruky a to je špatně.
Foton je zároveň částicí a zároveň vlnou. Pojem vlna znáš. Je to hybnost, která se přenáší mezi částicemi. Stejně tak foton. Je hybností, která se přenáší mezi částicemi.

Psal jsi, že rozumíš elektrice. Zkusíme to z jiného soudku... Foton, respektive elektromagnetické záření může vzniknout i jinak, než přechodem mezi orbitaly elektronu. Akorát je potom méně vnímán jako částice, protože v tomto případě se jako částice projevuje málo. Ale částicí pořád je.
Vezmi si třeba rádio. Tam používáš jako zářič kus drátu, který vybíjíš a nabíjíš, popřípadě na něm vedeš střídavě proud sem a tam. To děláš pomocí přesunu eletronů. Při přesunu eletronů vzniká samozřejmě teplo, ale zároveň se uvolňují fotony (vlny). Vezmeš elektron, posuneš ho do strany a zpět a tím změníš v prostoru rozložení náboje. Energie spotřebovaná na tuto akci se promítne jako záření a vznikne foton. Úplně stejně, jako když se elektron přesune mezi dvěma orbitaly. Akorát v případě drátu jsi spotřeboval méně energie na překonání delší vzdálenosti. Proto vzniklý foton má menší energii a delší vlnu.
Pozor, nevím jak to přesně funguje! Klidně ať se přidá nějaký rejpal a dovysvětlí to. Délka vlny je pevně svázaná s energií fotonu. Vím akorát, že souvisí s délkou antény (a jejími díly) a amplituda (tedy množství vyzářených fotonů) potom s výkonem, který do toho pustíš.
Jde mi ale hlavně o to, že foton je spíš změnou nečeho v prostoru. Porucha, jež vznikla přesunem náboje. Ty v tom hledáš částici a to je dobře jen z půlky.

Představa pohlcení fotonu atomem je složitější. Ten fígl s teplem ano, ale daný proces probíhá jinak. Vem si třeba mikrovlnné záření v mikrovlnce. Foton (víc fotonů najednou) nebo lépe vlna projde molekulou vody a otočí ji. Tím dojde k uvolnění tepla, protože to otočení je teplo. Hybnost molekuly.

A teď dopplerův efekt... Co se vlastně děje?
Šíření vlny není o tom, že se šíří něco od něčeho něčím. Prostředí nemůžeš vnímat jako objekt. Je to prostředí. Ty vidíš na hladině vody vlnu když do ní plácneš a u břehu dojde k nárazu vlny. A hladina se zvedá a klesá v nějakém rytmu, jak plácáš do hladiny vodou. Pro tebe ale není důležitá ta voda. Ta je jen prostředí. Tebe zajímá především "změna stavu", tedy vlna samotná. To, že je vlna tvořená vodou je naprosto nepodstatné.
Foton je to samé. Je to vlna v prostoru. Veze se na něčem, ale nechává to tam, kde to je. Důležitá je ona energie, kterou přenáší. Ta energií je interakcí mezi předmětem A, který tu interakci vyslal a předmětem B, který ji přijímá.
Když se předměty A a B vůči sobě nepohybují, vnímá B stejnou frekvenci vlny jako A, který ji vyslal. Ale pokud se vzdalují nebo přibližují, pak B nedostane stejnou informaci, jakou A vyslalo.
Je to úplně stejné, jako když se tě někdo pokusí praštit. Pěst mířící na tvoji bradu je informace. Když bradu posuneš proti pěsti, bolí to víc, když uhýbáš, bolí to míň. A koho zajímá vzduch, ve kterém se pěst pohybuje (je to fakt hodně, hodně upravené). Tebe vlastně nezajímá ani ta pěst. Tebe zajímá především hybnost té pěsti. A stejně je to u fotonu.
Když objekt B se vzdaluje od objektu A, který vyslal foton, tak ten na objekt B dopadne s menší energií, protože podstata fotonu sice zůstala stejná, ale jeho hybnost je menší - B před ním utíká. Dopadne na B tedy s menší frekvencí vlny, kterou pozorovatel na B vnímá jako červenější barvu. Stejně tak jako kdyby se vzdaloval břeh od tvého plácání ve vodě. Budeš vnímat menší frekvenci.

Uff, to jsem se rozepsal... Dám si na víkend pauzu. Du chlastat. Tak čau. Jestli jsem něco přehlédnul, tak mi to napiš. Ale věř, že podstata fotonu se vysvětluje blbě i studovanýmu fyzikovi.

[Martin]

jj, hybnost znám (nebo si to alespoň myslím). Tudíž například že když se oceánem šíří tsunami, tak se ve skutečnosti nepřesunuje voda, ale pouze si zjednodušeně řečeno molekuly vody předávají štafetově energii vzniklou například zemětřesením.

"Hybnost je fyzikální veličina, která je mírou posuvného pohybu tělesa a je součinem jeho hmotnosti a rychlosti." Tudíž u fotonu letící rychlostí C je hybnost = energie = frekvence = délka vlny = neklidová hmotnost = parametry vnitřní oscilace.

Zvuk se šíří vlastně tak, že stlačí na chvíli molekuly vzduchu, a tak se vlastně předává ta energie dál (až časem zeslábne - zvuk přestane být slyšet). Takže ani tady se ve skutečnosti nehýbe vzduch (no, možná trochu ano, ale jen v rámci toho stlačování).

Elektrický proud je vlastně pohyb volných elektronů v materiálu mezi místy s různým napětím (potenciál). Vlastně jde také o takové předávání si štafetového kolíku mezi atomy (v našem případě jde třeba o měď).

Ale pohyb fotonu ve vakuu? I když, v rámci kvantové fyziky je možné asi všechno, a klidně jsem schopen akceptovat, že foton vytvoří své virtuální dvojče o kousek dál, tomu předá svou energii, a pak zanikne. Pokud bych měl použít příměr v elektronikou, foton je elektron a vesmírný prostor je plný "děr" (přechod PN).



Právě bych taky uvítal nějakého toho rejpala, který by dosvětlil princip trochu konkrétněji.

Ano, délka vlny je 1/F, tudíž stejně jako frekvence u fotonu vlastně je jen jedním s možných popisů jeho energie.


Velikost antény u rádiových vln je právě myslím závislá na tom, co chceš chytat. Čím delší vlny chceš zachytit/vyslat, tím větší potřebuješ anténu (konkrétně délku drátu/spirály). Na UKV stačí pidi. Jenom foton jaksi nemá omezení v tom, že jeho energie není úměrná jeho dosahu (AM se šíří mnohem dál než F.M/VKV). Ještě je tam myslím úměra v tom, že délka antény by měla odpovídat frekvenci (neplatí že co nejdelší = nejlepší příjem) a taky směr drátu (v případě AM) - asi kvůli indukci (nejsem radioamatér, takže o tomhle moc nevím).


Ohřev mikrovlnami jsem teda doteď chápal jako natáčení molekul pomocí střídavého pole, tudíž se natáčí domény, a třetním vzniká teplo. Alespoň si to snad pamatuji dobře ze školy Na druhou stranu, představa magnetronu, který vystřeluje fotony, které se odrážejí od vnitřních stěn a rozkmitávají molekuly jídla/vody, a tím vzniká teplo, je stejně dobře stravitelná.


Bojím se ale, že ten příklad s přesdržkou mi moc nepomůže, protože to, jak moc dostanu po tlamě v tomto případě závisí na kinetické energii pěsti, a ta je daná její hmotností (která se měnit nemůže) a pak její rychlostí (která se měnit může). Jenže u fotonu je rychlost vždy rovna C. Ano, kdyby mohlo platit, že foton vylétávající s hvězdy letící k nám dostane rychlost C+rychlost hvězdy, a to by změnilo jeho energii/barvu, no problemo na pochopení. Ale takhle to určitě nefunguje.

Samozřejmě obecně princip, kdy pohybující se objekty vnímají frekvenci jinak nějaký čas znám (jeden čas jsem byl v SETI programu, takže o různých posunech frekvencí jsem četl denně).

Možná jsem otázku před tím formuloval špatně, tak se omlouvám, a zkusím to znovu:


Jaký je konkrétní vztah mezi rychlostí hvězdy, resp. jejím směrem vůči směru emitovaného fotonu, a jeho finální energií. Tudíž, jak pohyb hvězdy změní hybnost fotonu (pokud je jeho energie daná jeho určitou vnitřní oscilací). A pak, jakým způsobem se mu tato energie odebírá kvůli průletu vakuem/kvůli roztahování vesmíru?


Jasné, já na vysvětlení nespěchám. Mám na to zbytek života. Jenom všechny články, které otevřu, píší pořád jen foton foton foton, tak mám pocit, že pochopit ho od A do Z bude asi docela důležité pro pochopení zbytku.

ad hybnost: "Hybnost je vektorová veličina, stejně jako rychlost, a má stejný směr. Hybnost tělesa je rovná impulzu síly, který je potřeba na jeho uvedení z klidu do pohybu odpovídající rychlostí; na zastavení je potřeba impulz opačný."
Hvězda letící směrem k nám vystřelí foton s větší silou než když se vzdaluje, tudíž musí jeho vnitřek víc "rozkmitat"? Nechápu to

[Jamis]

Ale pohyb fotonu ve vakuu? I když, v rámci kvantové fyziky je možné asi všechno, a klidně jsem schopen akceptovat, že foton vytvoří své virtuální dvojče o kousek dál, tomu předá svou energii, a pak zanikne. Pokud bych měl použít příměr v elektronikou, foton je elektron a vesmírný prostor je plný "děr" (přechod PN).

Kromě toho, že je foton částice, má také vlnovou povahu (už ze to tu taky rozebíralo), proto se také mluví o dualitě vlna-částice - vez zkratce jde o to, že některé optické jevy lze vysvětlit pouze prostřednictvím vlnového charakteru světla, ale jiné jevy (třeba fotoelektrický jev) lze vysvětlit pouze pomocí fotonů. Obecně vyšších energiích převažuje částicový charakter, při nižších energiích charakter vlnový.

Když budeš brát fotony podle definice, jako kvanta elektromagnetické (EM) energie, možná to bude dávat větší smysl. EM pole a elektrický proud a elektrické napětí jsou jen vnější projevy tohoto pole, nejde o přenašeče energie. EM vlna, je jen speciální případ EM pole a může existovat nezávisle na svém zdroji, což je jeden z důsledků Maxwellových rovnic. Zjednodušeně řečeno: zdroj předá část své energie (ve formě klidové energie a hybnosti - poměr záleží na podmínkách) fotonům, které se při nízkých energiích chovají převážně jako vlny (např. rádiové vlny) a při vyšších energiích převážně jako částice (např. klasický rentgen).

Rozpad virtuálních částic ve vakuu probíhá nezávisle na šíření EM vln - nelze říct, že by tyto rozpady tvořily tzv. světelný éter, což je jedna z vyvrácených teorií, podle které mělo být světlo stejné povahy jako zvuk, pouze namísto mechanických kmitů molekul zvuku mělo jít o kmity světelného éteru. Tato teorie byla vyvrácena při Michelsonově experimentu za použití interferometru.

Velikost antény u rádiových vln je právě myslím závislá na tom, co chceš chytat. Čím delší vlny chceš zachytit/vyslat, tím větší potřebuješ anténu (konkrétně délku drátu/spirály). Na UKV stačí pidi. Jenom foton jaksi nemá omezení v tom, že jeho energie není úměrná jeho dosahu (AM se šíří mnohem dál než F.M/VKV). Ještě je tam myslím úměra v tom, že délka antény by měla odpovídat frekvenci (neplatí že co nejdelší = nejlepší příjem) a taky směr drátu (v případě AM) - asi kvůli indukci (nejsem radioamatér, takže o tomhle moc nevím).

S anténama a příjmem různých vysílání je to dost alchymie, protože ne vždycky člověk ví, jaké parametry vysílání má. Co se hodí vzít do úvahy (samozřejmě budu zjednodušovat):

* polarizace = anténa horizontálně, nebo vertikálně (aka směr drátu; většina rádií v ČR vysílá s vertikální polarizací, stejně jako bývalá analogová TV, digitální ve velkých městech má naproti tomu vertikální polarizaci). Aby to nebylo tak jednoduché, satelit má třeba kruhovou polarizaci. Jiným příkladem polarizace je laser (polarizované světlo)

* délka - pro prutovou anténu zanedbatelného průřezu, přibližně čtvrtina vlnové délky toho, co chci přijímat (jedná se o hrubé zjednodušení - je tam tuna dalších předpokladů)

* AM/FM = amplitudová/frekvenční modulace - v podstatě se jedná o úpravu signálu, kdy se nositelem signálu stane jedna ze složek a druhá zůstává konstantní (amplitudová modulace = frekvence ani fáze signálu se nemění; frekvenční modulace = amplituda ani fáze se signálu nemění). Jsou i jiné typy modulací (fázová, pulzní... a tuna dalších)



Nelze říct, že by se AM vlny šířily dál než FM vlny - v tu chvíli nejde o modulaci, ale o frekvenci vln (nebo o vlnovou délku - jedná se o úměrné veličiny). Dlouhovlnné vysílání se obvykle šíří dál (v podmínkách na Zemi) než krátkovlnné. Nicméně i krátkými vlnami lze komunikovat na velké vzdálenosti - používá se při tom odraz od Ionosféry. Opět záleží na frekvenci, která se mění spolu se sluneční aktivitou a dnem/nocí.

Perlička k Ionosféře: nejznámější výzkumný projekt zabývající se Ionosférou - HAARP - se pravidelně stává terčem konspiračních teorií.

Ohřev mikrovlnami jsem teda doteď chápal jako natáčení molekul pomocí střídavého pole, tudíž se natáčí domény, a třetním vzniká teplo. Alespoň si to snad pamatuji dobře ze školy Na druhou stranu, představa magnetronu, který vystřeluje fotony, které se odrážejí od vnitřních stěn a rozkmitávají molekuly jídla/vody, a tím vzniká teplo, je stejně dobře stravitelná.

Mikrovlnka je úžasný nástroj na demonstraci neionizujícícho EM vlnění a moha jeho aspektů mikrovlny, které produkuje magnetron jsou pohlceny látkou a dojde k jejich rozkmitání, přičemž frekvence je vyladěna, aby rozkmitávání fungovalo dobře na vodu (ale samozřejmě funguje i na jiné látky). To se dá probírat dloouho.

Jenže u fotonu je rychlost vždy rovna C. Ano, kdyby mohlo platit, že foton vylétávající s hvězdy letící k nám dostane rychlost C+rychlost hvězdy, a to by změnilo jeho energii/barvu, no problemo na pochopení. Ale takhle to určitě nefunguje.

Ano, světlo (jako všechno EM vlnění) se ve vakuu šíří přibližně 300 000 km/s (nižší rychlostí se ve vakuu pohybovat nemůže - mělo by to velmi zajímavé následky ). Barva světla je dána jeho vlnovou délkou.

Rychlosti se samozřejmě skládají i nadále, ale při rychlostech blízkých rychlosti světla je nutno použít (místo prostého součtu) relativistické skládání rychlostí, což je princip vyplývající ze Speciální teorie relativity (STR) za použití Lorentzových transformací (to jsou ty vzorce, které s oblibou fyzici odvozují v hospodě po 5-10 pivu... osobně to dělám s oblibou taky ).

Samozřejmě obecně princip, kdy pohybující se objekty vnímají frekvenci jinak nějaký čas znám (jeden čas jsem byl v SETI programu, takže o různých posunech frekvencí jsem četl denně).

Yup, jedná se o Rudý posuv (pro vzdalující se objekty) a Modrý posuv (pro přibližující se objekty).

Oba jevy jsou důsledkem tzv. Dopplerova jevu, který funguje i pro zvuk (zdánlivě kolísavá frekvence sirény na vlaku pro stojícího pozorovatele) - ovšem relativistická varianta funguje i pro EM vlnění.

Jaký je konkrétní vztah mezi rychlostí hvězdy, resp. jejím směrem vůči směru emitovaného fotonu, a jeho finální energií. Tudíž, jak pohyb hvězdy změní hybnost fotonu (pokud je jeho energie daná jeho určitou vnitřní oscilací). A pak, jakým způsobem se mu tato energie odebírá kvůli průletu vakuem/kvůli roztahování vesmíru?

Zkus popis Fotoelektrického jevu - velikost kvanta energie (pro EM vlnění energie fotonu) závisí na jeho frekvenci: Energie je rovna násobku frekvence a Plackovy konstanty - když si to dosadíš do rovnic pro Dopplerův jev, dostaneš odpověď na svou otázku: vzdalující se hvězda produkuje směrem k pozorovateli fotony s nižší frekvencí a tedy i energií. Vzhledem k tomu, že hybnost fotonu je přímo úměrná jeho energii, tedy i fotony vyzařované vzdalující se hvězdou budou mít nižší hybnost.

Jasné, já na vysvětlení nespěchám. Mám na to zbytek života. Jenom všechny články, které otevřu, píší pořád jen foton foton foton, tak mám pocit, že pochopit ho od A do Z bude asi docela důležité pro pochopení zbytku.

Tak doufám, že jsi po přečtení o něco blíž Twilight Sparkle approved

ad hybnost: "Hybnost je vektorová veličina, stejně jako rychlost, a má stejný směr. Hybnost tělesa je rovná impulzu síly, který je potřeba na jeho uvedení z klidu do pohybu odpovídající rychlostí; na zastavení je potřeba impulz opačný."
Hvězda letící směrem k nám vystřelí foton s větší silou než když se vzdaluje, tudíž musí jeho vnitřek víc "rozkmitat"? Nechápu to

Easy way hybnost fotonu - frekvence fotonu, jeho hybnost a energie jsou závislé veličiny.

[Martin]

Ad AM/FM.. asi má chyba.. Měl jsem na mysli AM=DV /dlouhé vlny/ a FM=VKV (velmi krátké vlny). Alespoň dřív se to tak na rádiích označovalo. Alespoň jsem nabyl takového dojmu, že VKV se dá chytit (kvalitně) jen v určité vzdálenosti od vysílače, ale SV/DV se dají díky odrazům od části atmosféry chytit v nějaké té podobě prakticky i na druhé straně Země.

A to ještě nemluvíme o nosné vlně. Nebudeme odbíhat

Ad mikrovlnka: podle JPP se dá podobně uvařit něco i pomocí obyčejného radaru, takže tam neplatí, že by se muselo něco odrážet od stěn mikrovlnky.

Rudý/Modrý posuv. Ano, ale spíš mě pořád uniká právě jaksi ten vztah (tj. přímé propojení mezi rychlostí zdroje emitujícího foton a nějakou fyzikální vlastností fotonu. Jaksi zatím mi to připomíná rovnici: rychlejší hvězda + foton => zázrak => foton má vyšší frekvenci Ale třeba najdu vzoreček v těch odkazech).


To ostatní si přečtu ještě asi tak 5x (včetně odkazů), než na to odpovím/zeptám se co dál. (možná raději víckrát) Třeba mi to mezitím dojde.


Jo, a děkuji zatím za tohle.. (viz. výše).

---

ad hybnost fotonu: Ano, a teď najít tu závislost mezi frekvencí a rychlostí zdroje.

---

Mám jeden takový dotaz: Dvojštěrbinový experiment platí i pro vakkum, nebo je k jeho "funkčnosti" potřeba vzduch?

Ono je asi prakticky jedno, zda budeme na foto nahlížet jako vlnění (nízké energie) nebo částice (vysoké), protože červený posun se týká obého (od výbuchu supernovy/velkého třesku až po viditelné světlo tmavé galaxie, všechno nakonec skončí v oblasti IR).

---

Relativistické skládání rychlostí - OK, tohle chápu. V Excelu jsem si ověřil, že ať zadám co zadám, nikdy mi U nevyjde víc než rychlost světla. V tomto ohledu ovšem rychlost fotonu nezávisí na rychlosti zdroje, což je sice logické, ale k vysvětlení změny jeho barvy nám to nepomůže. Jdu dál

---

Maxwellovy rovnice jsem pro změnu nepochopil, což bude asi problém Magnetické pole bych měl přitom ze školy znát, ale asi to nebude stačit. Každopádně, pokud by tohle byl nezbytný předpoklad k pochopení změny fotonu v závislosti na Doplerově jevu, odložíme to zatím na neurčito (ztráceli byste se mnou jen čas).

Ale zase je pravda, že ne všechno se dá brát jako částice (např. gravitace - i když jsou snad snahy najít částici, která by zajišťovala gravitační interakci).

[Jamis]

Ad mikrovlnka: podle JPP se dá podobně uvařit něco i pomocí obyčejného radaru, takže tam neplatí, že by se muselo něco odrážet od stěn mikrovlnky.

Ano dá - akorát to není moc efektivní. Mikrovlnná trouba je hodně efektivní na ohřev, radary moc ne - trouba taky žere řádově méně energie. Velice pěkně popsáno třeba zde. Včetně např toho, proč kovová lžička v hrnku s vodou v mikrovlnce nevadí, ale nádobí s kovovým vzorem může mikrovlnku poškodit (třeba odpálit magnetron).

Rudý/Modrý posuv. Ano, ale spíš mě pořád uniká právě jaksi ten vztah (tj. přímé propojení mezi rychlostí zdroje emitujícího foton a nějakou fyzikální vlastností fotonu. Jaksi zatím mi to připomíná rovnici: rychlejší hvězda + foton => zázrak => foton má vyšší frekvenci Ale třeba najdu vzoreček v těch odkazech).

Proč zázrak? Dopplerův jev uvažujme hvězdu (resp. lokomotivu) pohybující se směrem k tobě a vyzařující fotony (resp. se zapnutou sirénou). Část své hybnosti předá EM vlnění tzn. fotonu (resp. zvukové vlně) pohybující se směrem k tobě, což má za následek zvýšení frekvence fotonu (resp. tónu sirény). Dá se to představit tak, že pohybující se vlna (ať už světelná či zvuková) "hrne siločáry zvuku před sebou" a ty se zhušťují, takže na čele máš vyšší frekvenci a na zádi nižší. Když stojíš u železničního přejezdu, tak taky slyšíš proměnlivost tónu sirény, která ale ve skutečnosti používá stále tu samou frekvenci.

ad hybnost fotonu: Ano, a teď najít tu závislost mezi frekvencí a rychlostí zdroje.

Je to jednoduché - najdeš ve výše uvedených odkazech a trochu upravíš, aby to vypadalo pěkně (jsou to jen zlomky a násobky - pohodička).

Mám jeden takový dotaz: Dvojštěrbinový experiment platí i pro vakkum, nebo je k jeho "funkčnosti" potřeba vzduch?

Zeptám se jinak - co tě vede k domněnce, že by v prostředí měl fungovat jinak než ve vakuu?

Ono je asi prakticky jedno, zda budeme na foto nahlížet jako vlnění (nízké energie) nebo částice (vysoké), protože červený posun se týká obého (od výbuchu supernovy/velkého třesku až po viditelné světlo tmavé galaxie, všechno nakonec skončí v oblasti IR).

To záleží na tom, jaké jevy sleduješ - na některé jevy funguje částicový a na jiné jen vlnový popis.

[Martin]

Fotoelektrický jev mi myslím asi taky moc nepomohl. Zpočátku to byla španělská vesnice, ale pak mi došlo, že to je sice logické, ale chybí mi podstatný údaj.

Máme teda rovnici popisující foton:

m = hf/(c^2)

Pak máme rovnici kinetické energie hvězdy (vyjádřené hybností):

Ek = (p^2)/(2*m)

Asi můžeme předpokládat, že rychlost fotonu vylétávajícího z hvězdy bude vždy C (moc slabá gravitace).

Takže jak tyto dvě rovnice spolu souvisí?

Nebo jinak, pokud by to bylo nutné vyjádřit přes chápání fotonu jako vlny, jde to vyjádřit nějak jednoduše?

---

Je to jednoduché - najdeš ve výše uvedených odkazech a trochu upravíš, aby to vypadalo pěkně (jsou to jen zlomky a násobky - pohodička).

Zeptám se jinak - co tě vede k domněnce, že by v prostředí měl fungovat jinak než ve vakuu?

Jak pro koho

Zřejmě mylně zakořeněná představa ze školy o tom, co to vlastně je vlnění. Buď mám děravou paměť, ale ačkoliv vysvětlení zvukového vlnění jsme probrali dokonale, nevzpomínám si, že by nám bylo nějak extra vysvětlován princip el.mag. vlnění (já jim to nezazlívám, pro elektrotechnika v oblasti počítačů to není normálně podstatné)


S tím asi souvisí to, že ačkoliv příklad s lokomotivou a zvukem chápu, a asi si nedokážu připustit, že světlo funguje podobně. Proč taky? Šíření zvuku = stlačování vzduchu. Vesmír = není vzduch. Změna frekvence blížící se lokomotivy? Rychlost zvuku není o tolik (řádově) rychlejší než rychlost lokomotivy, takže ta může snadno přidávat nové "pulzy" do již probíhajících. Rychlost hvězdy vs. rychlost světla = úplně jinde.

---

Narazil jsem na přirovnání světelného doplerova jevu s radarovým měřením rychlosti (což je defakto to samé, jen v tomto případě je to odražený foton a ne emitovaný). Snad to pochopím lépe..

[Jamis]

Fotoelektrický jev mi myslím asi taky moc nepomohl. Zpočátku to byla španělská vesnice, ale pak mi došlo, že to je sice logické, ale chybí mi podstatný údaj.

Máme teda rovnici popisující foton:

m = hf/(c^2)

Pak máme rovnici kinetické energie hvězdy (vyjádřené hybností):

Ek = (p^2)/(2*m)

Asi můžeme předpokládat, že rychlost fotonu vylétávajícího z hvězdy bude vždy C (moc slabá gravitace).

Takže jak tyto dvě rovnice spolu souvisí?

Rychlost šíření (která je pro fotony konstantní a rovna c) ale přece v tomot případě nesouvisí s vlnovou délkou! Jde jen o vlnovou délku (kterou vnímáme jako barvu) a ta je závislá pouze na energii fotonu:



Vidíš z toho, že energie závisí pouze na vlnové délce a konstantách h a c. Přidáš k tomu změnu frekvence v důsledku relativistického Dopplerova jevu (ve kterém je zahrnuto zmíněné relativistické skládání rychlostí):



kde "lambda 0" (na levé straně rovnice) je pozorovaná vlnová délka a "lambda e" je vlastní vlnová délka zdroje (taková, kterou bys pozoroval, kdyby byla hvězda vůči tobě v klidu). Toto platí za předpokladu, že se objekt vzdaluje od pozorovatele rovnoměrně přímočaře.

Pak už si jen dosadíš do vzorce pro energii fotonu - pokud tě zajímá rozdíl energií.

Je to jednoduché - najdeš ve výše uvedených odkazech a trochu upravíš, aby to vypadalo pěkně (jsou to jen zlomky a násobky - pohodička).

Zeptám se jinak - co tě vede k domněnce, že by v prostředí měl fungovat jinak než ve vakuu?

Jak pro koho

Zřejmě mylně zakořeněná představa ze školy o tom, co to vlastně je vlnění. Buď mám děravou paměť, ale ačkoliv vysvětlení zvukového vlnění jsme probrali dokonale, nevzpomínám si, že by nám bylo nějak extra vysvětlován princip el.mag. vlnění (já jim to nezazlívám, pro elektrotechnika v oblasti počítačů to není normálně podstatné)

Pohoda dvouštěrbinový experiment je ukázka interference, takže ano - funguje i v prostředí.

S tím asi souvisí to, že ačkoliv příklad s lokomotivou a zvukem chápu, a asi si nedokážu připustit, že světlo funguje podobně. Proč taky? Šíření zvuku = stlačování vzduchu. Vesmír = není vzduch. Změna frekvence blížící se lokomotivy? Rychlost zvuku není o tolik (řádově) rychlejší než rychlost lokomotivy, takže ta může snadno přidávat nové "pulzy" do již probíhajících.

No tak to je spíš filosofický problém Teorie relativity se taky vymyká "zdravému rozumu", ale prostě ji zatím všechny experimenty potvrzují, takže je považována za platnou.

Rychlost hvězdy vs. rychlost světla = úplně jinde.

Mno... ne že by se vzdalovaly rychlostí světla, ale zkus si ty rychlosti najít a prohnat je rovnicemi pro rudý posuv - třeba budeš překvapen navíc spektrální analýza je jedno z nejpřesnějších měření, takže dosáhnout požadovanou přesnost není zas takový problém.

Narazil jsem na přirovnání světelného doplerova jevu s radarovým měřením rychlosti (což je defakto to samé, jen v tomto případě je to odražený foton a ne emitovaný). Snad to pochopím lépe..

U měření rychlosti radarem (a aktivní radiolokace obecně) počítáš čas, za který se ti vyslaný pulz vrátil a z toho počítáš vzdálenost. Echolokace pomocí sonaru funguje podobně - nejen v ponorkách, ale např. ultrazvuk v lékařství, kde máš jednotky centimetrů a rychlost zvuku ve stovkách m/s.

[Martin]

Takže nakonec jsem se spokojil s vysvětlením viz. zde

http://gybugandofisica.scienceontheweb.n...anHron.pdf

strana 14 a dál.

Červený posun způsobený expanzí vesmíru je defakto daný tím, že pokud platí, pak je vlastně totéž, jako když měříme hvězdu která momentálně letí směrem od nás (jenže se neustále po trase opakuje) - a na krátké vzdálenosti se tolik neuplatní (proto můžeme měřit i modrý posuv).


Důvodem mého nepochopení byl zřejmě fakt, že 99% autorů začalo vysvětlovat Doplera tak, že začali u šíření zvukových vln, a následně řekli "totéž platí i pro světlo, akorád že vlnění zvuku není vlnění elmag." a tím to celé pohřbili (co všichni máte s těma lokomotivama? druhá půlka je zase vysazená na sanitky ).


Takže, abych měl trochu jasno: pokud si chci nějak představit Doplerův efekt, MUSÍM nutně brát foton jako vlnění? Pokud do toho zahrnu foton jako částici, buď to pochopit nejde nebo je to děsně složité?


Děkuji zatím za snahu o vysvětlení, nebo alespoň o nasměrování

[Elevea]

Můžeš k tomu použít nerelativistické přirovnání, bez světla, bez zvuku, třeba jen pomocí kuliček na hřišti. Nebude to sice to samé, ale zbavíš se ponurého doplerova efektu na vlnění. Nebude to ale přesné. Musím tě ale varovat: Prakticky ti jen řeknu to, co znáš.

No, ale já asi použiju lepší příklad... Vezmeme vlak a sanitku a necháme je jet vedle sebe po silnici a kolejích v rovnoběžce. V sanitce jsou lupiči, kteří chtějí vyřídit strojvedoucího. Z toho důvodu jsou vyzbrojeni pistolí. Lupič zamíří, vystřelí na strojvedoucího, ale kulka se odrazí od skla, protože neměla dostatečnou ENERGII na proražení skla.
Tak to je v kelu, řeknou si lupiči. Tak vlak předjedou a rozjedou se proti němu. Ještě před tím, než se minou, lupiči vytřelí z pistole, probijou sklo a strojvedoucího raní. Je to ta samá kulka, měla stejnou úsťovou rychlost vůči sanitce, ale přesto probila sklo vlaku...
Když pomineme srdceryvnost nad zraněním strojvedoucího u tohoto příběhu o napoprvé nepodařené velké vlakové loupeži, můžeme si povšimnout zajímavé závislosti: Když po sobě střílí lupiči a strojvůdci (ano, on jim to potom jako hrdina oplatil) ve stejné vztažné soustavě, mají kulky pro oba pozorovatele stejnou energii, ale když po sobě střílí lidé v různých vztažných soustavách, mají kulky pro každého z nich energii různou.

A to je to, co se ti snažíme vysvětlit. Doplerův efekt je jen praktický důsledek interakce různých vztažných soustav užitím jiných prostředků interakce. Newtonova fyzika to popsala pro předměty (později zpřesnil Einstein), Dopler to popsal pro zvuk a Maxvell a další to rozšířili na záření. Stejně tak potom nastoupila kvantová mechanika, kde se to samé řeší u částic. Akorát každá fyzika má své speciální předpoklady, které se musí dodržet. Pořád jde ale jen o popis toho, jak se přelévá energie vesmírem a jak se to projevuje, abychom dokázali výsledky předpovědět.
Každopádně je to stále variace na to, co objevili už naši jeskynní předkové - kdo uhne před klackem, dostane menší ránu, kdo mu jde vstříc, dostane větší.