Jak powininna zachowywyć się cząstka np
Jak powininna zachowywyć się
cząstka np. elementarna, jeżeli poddana jest ona ciągłemu
mikrofalowemu promieniowaniu elektromagnetycznemu w próżni i jeżeli
nie uwzględnię innych możliwych sił działających
na nią?
Na to pytanie mogę odpowiedzieć,
jeżeli uwzględnię zasadę zachowania energii.
Cząstka, która ma bardzo małą
masę w naszym laboratorium, musi się poruszać pod wpływem
promieniowania reliktowego i to zachodzić musi bez względu, czy to
promieniowanie traktuję jako falę
czy też jako cząstki.
Ona musi najpierw pochłaniać
energię tego promieniowania.
Promieniowanie reliktowe (promieniowanie
tła) nadbiega ze wszystkich kierunków Wszechświata z tą
samą mocą. Analogicznie do „stałej słonecznej” można
nazwać taką stałą dla promieniowania reliktowego
„stałą wszechświata” i wyrażać jej wielkość
w W/m2 .
Ponieważ żaden kierunek nie jest
wyróżniony, jeżeli chodzi o kierunek ewentualnego ruchu cząstki
pod wpływem takiego prominieniowania, to można
założyć, że może ona tylko drgać.
Moja teza, że cząstki elementarne
nie posiadają swojej masy, dawałaby tutaj jeszcze lepsze wyniki, bo
taka bezmasowa cząstka mogłaby drgać z każdą
częstotliwością.
Ona byłaby w stanie drgać ze
wszystkimi częstotliwościami jednocześnie.
Jeżeli cząstka oddaje pobraną
energię z opóźnieniem czasowym, to musi być ona trochę
„cieplejsza” aniżeli ciało doskonale czarne, które to promieniowanie
wysyła.
Z drugiej strony, jeżeli jest ona „cieplejsza”,
to musi ona według prawa Stefana-Bolzmanna więcej energii
wysyłać.
Doszedłem więc tylko do jednego
wniosku.
Cząstka elementarna (a także atom i
dowolne inne ciało) ma taką samą średnią energię,
jak średnia energia promieniowania (tu reliktowego).
W moich obliczeniach i rozważaniach
uwzględniłem dwie figury geometryczne.
Są nimi sześcian i wpisana w niego
sfera. Sześcian ma bok o długości jednego metra a sfera
promień długości 0,5 metra.
Ciało o kształcie kuli rozprasza
promieniowanie we wszystkie możliwe kierunki a więc na zewnątrz w
obszar sfery i do swojego wnętrza.
Dla uproszczenia obliczeń przyjmuję,
że takie ciało może pochłaniać energię
promieniowania na powierzchni przekroju kuli, którą to wyliczam za
pomocą wzoru π r2
Ciała wysyłają energię w
powierzchnię 4 π r2.
Gęstość energii promieniowania
reliktowego musi zatem być podzielona przez 4 aby obliczyć gęstość
energii wysyłanej przez cząstkę (atom lub inne ciało).
Prawo Stefana-Bolzmanna pozwala według
poniższego wzoru na obliczenie mocy promieniowania przechodzącego
przez określoną powierzchnię na zewnątrz ciała
doskonale czarnego.
P = σ A T4 (P - moc promieniowania w W, A - powierzchnia w m2, T - temperatura w
stopniach Kelvina )
gdzie:
σ = 5,6704 10-8 W/(m2 K4) (stała Stefana-Bolzmanna)
Pozwala mi on na obliczenie mocy tego
promieniowania reliktowego ( T = 2,725 ) przepływającej przez
powierzchnię jednego metra kwadratowego.
P/A = 5,6704 10-8 (2,725)4 = 3,1216653266 10-6 W/ m2 lub [ J/(s m2) ]
Natężenie promieniowania
tła jest jednakowe ze wszystkich kierunków.
Onznacza to, że przez każdą
sciankę sześcianu o powierzchni jednego metra kwadratowego w
każdej sekundzie przepływa energia równa 3,1216653266 10-6 J w dwóch kierunkach na
zewnątrz i do wnętrza.
Dlatego całkowita energia jest
sześć razy większa i wynosi1,872999196 10-5 W/ m2 (6 * 3,1216653266 10-6 W/ m2 ).
Całkowitą gęstość
energii tego promieniowania otrzymam dzieląc tą wartość
przez prędkość światła w póżni.
Wynosi ona
6,247652821 10-14 J/ m3
Chcę taraz przeanalizować
rozpraszanie tego promieniowaniua tła przez ciała o kształcie
kuli, dlatego muszę przjść od sześcianu do sfery o czym
to powyżej wspominiałem.
W sześcianie umieściłem w
myślach sferę (kulę) o średnicy 1 m.
Poniżej obliczam powierzchnię
przekroju tej kuli.
Równa się ona π * (d/2)2.
Jeżeli średnica d = 1m, to Ak = π / 4
O ten czynnik zmniejsza się energia,
która przepływa przez sześcian i jest przez tę kulę
(sferę) pochłaniana.
Moja kula pochłania promieniowanie
reliktowe, które nadlatuje ze wszystkich 6 stron mojego sześcianu.
Całkowita energia, która w każdej
sekundzie przepływa przez kulę, musi być 6 razy większa
(trzy osie (x,y,z) i dwa kierunki na każdej osi) i wynosi:
6 π / 4 * 3,1216653266 10-6 J
A więc:
3 π / 2 * 3,1216653266 10-6 J = 1,47105129 10-5 J
Energia ta musi być przez tą
kulę o powierzchni 4 π * (d/2)2 (d = 1m, to 4 π * (d/2)2 = π)
w tym samym czasie wyprominieniowana,
jeżeli miałaby być w równowadze energetycznej z tym
promieniowaniem.
W sekundzie musi ta kula z całej swojej
powierzchni wypromieniować energię równą 4,68250187 10-6 J energii (1,47105129 10-5 J / π ),
Jeżeli uwzględnię tylko
promieniowanie reliktowe.
Interesuje mnie tu gęstość
energii promieniowania tej kuli (sfery), którą otrzymam, jeżeli
podzielę wyżej otrzymaną wartość przepływu
energii, czyli 4,68250187 10-6 J/(s m2), przez prędkość światła w póżni.
Ta gęstość energii wynosi