Deoarece in articolul anterior am folasit o relatie de structura a constantei de actiune sunt dator sa arat cum am ajuns la ea. Si pentru asta am sa postez articolul in care tratez despre descifrarea constantei de actiune h.
Descifrarea constantei de acţiune h (constanta lui Planck)
Constanta de acţiune (constanta lui Planck) h este considerată cea mai mică acţiune din universul fizic. Fiind acţiune este dată de produsul unei energii Wh cu un timp τh. Adică h=Ah=W·τh= constant. Pentru ca acest produs să fie constant, d.p.d.v. logic sunt două posibilităţi: Ori amândoi factorii sunt variabili şi în opoziţie, astfel încât, când unul creşte, celalalt să scadă proporţional; Ori amândoi factorii sunt constanţi în permanenţă. Prima posibilitate presupune un mecanism complicat care să controleze cei doi factori în cursul fenomenelor fizice (cuantice). De aceea admitem (postulăm) numai a doua posibilitate. Dacă am admis varianta factorilor constanţi trebuie să admitem că de fapt constanta universală h este compusă din alte două constante universale, şi rămâne să determinăm cele două componente ale constantei de acţiune h. Pentru identificarea celor două componente (cuanta de energie Wh şi cuanta de timp τh)
ale constantei de acţiune h facem următorul raţiomament. Ştim că produsul h·ff=Wf este energia unei cuante de lumină (energia unui foton). În acest produs factorul ff (frecvenţa fotonului) reflectă ceeace se întâmplă în unitatea de timp, într-o secundă. Dar produsul tot h·ff reflectă ceeace se petrece într-o fracţiune de secundă, adică exact pe durata emisiei fotonului. Înseamnă de aici că informaţia asupra duratei fotonului este conţinută în constanta de acţiune h. Această informaţie este chiar durata fotonului τh care este o cuantă de timp şi este o constantă universală ca şi constanta h. Înseamnă în continuare că avem şi o cuantă de energie Wh tot ca o constantă universală. Urmează să identificăm această cuantă de energie. Deoarece fotonul este emis (se naşte) la interacţiunea dintre electron şi nucleu, energia implicată în această interacţiune este numai energia potenţială (totală, sau de repaus) a electronului. Fiindcă numai această energie putem spune că rămâne constantă pe durata emisiei fotonului. Putem să admitem pentru început că energia constantă Wo componentă a constantei de acţiune este tocmai energia potenţială (totală, de repaus) a electronului (deşi este o energie mult prea mare pentru a fi componentă a celei mai mici acţiuni). Wpe=me·c²= k·(qe)²/re ; Dacă determinăm timpul cu care ar trebue înmulţită această energie ca să obţinem constanta h ,
τho= h/Wpe = h/ me·c²= h·re/ k·(qe)²= tfae= 8,082437·10exp –21 (s) găsim că acest timp este chiar perioada tfae a fotonului γfae de la anihilarea electronului. Cu acest timp putem scrie constanta de acţiune sub forma;
h= Who·tfae= (k·(qe)²/re) ·tfae = k·(qe)²/re ·ffae ; Dar acest timp tfae care este şi el o constantă universală nu este durata fotonului Δtf = τh fiind mult prea mic. Trebuie să căutăm în structura (formula) constantei h un adimensional fizic (un număr) care să multiplice timpul (perioada) tfae astfel că să obţinem durata fotonului τh. Factorul
(qe)²/re este energie. Mai ramâne doar k, constanta interacţiunilor electrice. Dar ; k= 1/4·π·εo în care εo este permitivitatea electrică a vidului, şi se măsoară în farazi/metru. Dar faradul F ca unitate de măsură a capacitaţii electrice (C) are dimensiunea fizică a lungimii (l) ca şi metrul m , care este unitate de măsură a lungimii. Aşadar εo este un adimensional fizic. Stabilind adimensionalitatea lui εo rezultă adimensionalitatea fizică a lui k, şi totodată dispare separaţia (ruptura dogmatică) dintre electromagnetism şi mecanică. (Fiindcă din formula vitezei luminii se vede că
μo = permeabilitatea magnetică a vidului este invers de viteză la pătrat;
μo = 1/v² = 4·π·k/c² (H/m) ; iar inductivitatea L este invers de acceleraţie
L(H) = 1/a (s²/m) etc. Rezultă că multiplicatorul timpului (perioadei) tfae este chiar constanta interacţiunilor electrice k. Aşadar durata fotonului este τ = tfae , şi este tot o constantă universală. Înseamnă de aici că trenul de unde al fotonului γfae de la anihilarea electronului conţine k ≈ 9 · 10 exp 9 unde, fiecare undă conţinând (purtând) o cuantă de energie Wh şi o cuantă de masă mh ;
Wh = Wλfv = (qe)²/re =(me/k) · c² . Cuanta de masă este deci masa unei singure unde a fotonului aflat în propagare (translaţie) prin vid mλfv
mh = mλfv =me/k = 1,01211· 10 exp –40 (Kg). Când fotonul γfae este structurat ca electron (ca sarcină electrică elementară) factorul k este multiplicatorul energiei unei singure unde a fotonului în vid. Din însumarea energiei tuturor undelor fotonului γfae (printr-un mecanism de interferenţa constructivă) rezultând energia potenţială (de repaus) a electronului Wpe.
(Wpe = k ·Wλfv = k·(qe)²/re = k·(me·c²/k) = me·c² = h·ffae). Putem prin urmare putem să spunem că sarcina electrică este forma de existenţă a fotonului în repaus, şi prin generalizare că particulele elementare sunt forma de existenţă a fotonilor (de anihilare corespunzători) în repaus. Având durata fotonului putem determina imediat şi lungimea fotonului în vid, care va fi de aseamenea o constantă universală
lfv = τh · c = k · tfae · c = k·λfae = 2,18· 10 exp –2 (m) = 2,18 (cm) . În cazul unui foton oarecare putem scrie energia fotonului; Wf = h·ff = (k·(qe)² · ffae)/re·ffae, în care raportul (ff/ffae) = θ este gradul de interferenţă a pulsaţiei fotonului oarecare cu pulsaţia fotonului gama electronic iar adimensionalul k·θ = k·(ff/ffae) este chiar numărul de unde al fotonului care se propagă liber în spaţiu purtând în fiecare undă aceeaşi cuantă de energie Wh şi aceeaşi cuantă de masă mh ;
Wh = Wλfv = (qe)²/re = mh· c² = (me/k) · c² Formula de mai sus poate fi pusă sub forma; Wf = h·ff = (k·(qe)²·tfae)/re·tfae = (qe/re) ·(qe/tf) ·k· tfae ; în care qe/re este tensiunea electrică a fotonului în vid ;
Ufv = qe/re = (1,602· 10 exp –19)/(2,87473· 10 exp –15) =5,686·10 exp –5 (V); qe/tf este curentul fotonului (curent specific, plecând de la sarcina electrică, generat sau indus de sarcina electrică, dar fară sarcina electrică, curent care la nivel ultra ultra microscopic ar produce aceleaşi efecte ca şi curentul electronic la nivel macroscopic) în vid , şi
k·tfae =Δtfv = τh este durata fotonului. Factorul qe/re este de asemenea o constantă universală, şi anume este cuanta de tensiune Uh. Prin însumarea potenţialelor (tensiunilor) de undă ale celor k unde ale fotonilor γfae rezultă potenţialul electrostatic al electronului Uese = k · (qe/re) = 5,17 · 10 exp 5 (V), potenţial la care electronii acceleraţi (în acceleratoare), ajung la energie cinetică egală cu energia potenţială, şi pot genera prin interacţiune cu nucleele fotoni γfae care la rândul lor pot genera sarcinile electrice elementare (perechile pozitron-electron). De asemene obţinem o cuantă de impuls Gh înmulîţind cuanta de masa mh cu viteza luminii c;
Gh = mh· c = (me/k) · c = 3,03633 · 10 exp –32 (Kg · m/s) . Putem spune că produsul
h· ff este eticheta (de produs) a fotonului, care conţine principalii parametri fizici ai fotonului. Prin coroborarea acestor parametri cu legile (formulele) electromagnetismului şi ale mecanicii se pot determina toţi parametri fizici ai structurii dinamice a fotonului oarecare (structură similară motorului electric liniar) aflat în propagare (translaţie) în vid. Din considerentele de mai sus putem defini (şi scrie) constanta de acţiune h ca produsul energiei potenţiale a electronului Wpe cu perioada pulsaţiei tfae a fotonului γfae de la anihilarea electronului, sau (ceeace este echivalent şi pare perfect adevărat) că produsul între energia unei unde a fotonului (unei singure unde a unei cuante de energie) γfae Wλfv = Wh şi durata fotonului τh . Constanta de acţiune h se mai poate scrie şi sub forma h = k·me·qe/de·ffae ; în care (me/de) = (qe/re); de = 1,602· 10 exp –26 (m) şi rezultă din formula pentru viteza de propagare a undelor transversale, întrun mediu pe care îl modelăm ca o coardă alcătuită numai din sarcini electrice, în care forţa de tensionare T între două sarcini vecine la distanţa de este egală cu forţa electrostatică Fes , iar în locul masei unităţii de lungime μ avem sarcina unităţii de lungime.
Avem astfel; vutr = c =√T/μ ; T = Fes = k·(qe)²/de ; μ = qe/de ;
→ c²=(k·(qe)²/(de)²)·(de/qe) = k·qe/de ; → qe =(c²·de)/k ; si
de = (k·qe)/c² = (9·10 exp 9 · 1,602·10 exp –19)/9· 10 exo 16 =
=1,602·10 exp –26 (m) ; si de ≈ re/2· π²· k
Având în vedere că electronul se mişcă pe orbită asemănător unei unde (se propagă), şi ţinând cont că α (=constanta de structură fină) este raportul între viteza electronului pe prima orbită permisă (prima orbită Bohr; α = veo1/c = 1/137) şi viteza luminii în vid c , putem asimila inversul constantei de structură fină ca pe un indice de refracţie al mediului atomic (mediu cu densităţi ale energiei câmpului electromagnetic foarte mari)
nα = 1/α = 137. Dacă raportăm lungimea de undă a fotonului γfae în vid λfae = c·tfae la acest indice de refracţie, găsim o circumferinţă cu raza egală cu raza electronului re = 2,87473·10 exp –15 (m). Acest rezultat ne arată că electronul (sarcina electrică elementară qe) este o undă staţionară a fotonului γfae refractat la după un cerc cu raza egală cu raza electronului re. În această situaţie putem să scriem viteza luminii în vid în legatură cu parametrii fizici (cu constantele) ai electronului; avem astfel că
vl = vfv = c = 2· π· re· ffae· nα = √εo·μo Utilizând această formă de scriere (structurare) a constantei de acţiune h şi a vitezei luminii c în formulele în care acestea apar, se ajunge la scrierea simplificată a formulelor de mecanică cuantică, şi pentru aceasta ar putea constitui un mijloc de lucru foarte util cercetătorilor în domeniu.
În încheiere facem observaţia că în interacţiunile cuantice parametrii fizici ai electronului (constantele electronului; me, qe, Wpe, ffae, c) sunt referinţe (adică sunt parametri constanţi la care se raportează alţi parametri variabili). Chiar constanta efectului Compton Λo se vede ca este lungimea de undă a fotonului γfae de la anihilarea electronului ;
Λo = h/me·c =λfae = c·tfae ; fiindca h = k·me·qe/de·ffae ; si qe = c²· de/k .