Astronomi

Evrenin kütle-enerjisinde neden diğer enerji türleri dikkate alınmıyor?

Evrenin kütle-enerjisinde neden diğer enerji türleri dikkate alınmıyor?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Evrenin Kütle-Enerjisi:

%5 sıradan madde, %27 karanlık madde, %68 karanlık enerji

Termal enerji, potansiyel enerji, kinetik enerji, kimyasal enerji ve radyan enerji gibi diğer enerjiler ne olacak?


WMAP ve Planck Uydusu gibi çeşitli görevler evrenin kütle-enerji içeriğini ölçmüştür. Bu bilimsel girişimler tarafından üretilen aşağıdaki gibi görüntüler görme eğilimindesiniz.

Kredi: NASA/WMAP Bilim Ekibi

Bu, evrenin tüm kütle-enerji içeriğini üç kovaya böler: Karanlık Enerji, Karanlık Madde ve (kütlesi) atomlar. Ama evrenin geri kalanı ne olacak? Elbette, eğri uzay-zaman metriğindeki enerji veya atomların kinetik enerjisi veya fotonlardaki radyasyon enerjisi veya nötrinoların kütle enerjisi gibi başka kütle enerjisi de vardır! Gökbilimciler ve fizikçiler bu şeyleri unuttular mı? Cevap hayır, sadece size bundan bahsetmiyorlar çünkü önemli değil.

Evren için denklem

Evrenin içeriği ve evrimi, Friedmann denklemi olarak bilinen bir şey tarafından tanımlanır (teknik olarak bir dizi denklem vardır, ancak bu burada alakalı değildir). Bu denklemin önemli ve kullanışlı bir şekli aşağıda verilmiştir.

$$frac{H(a)^2}{H_0^2} = Omega_{0,R}a^{-4} + (Omega_{0,b} + Omega_{0,c})a ^{-3} + Omega_{0,k}a^{-2} + Omega_{0,Lambda} +… $$

Bu denklem karmaşık görünebilir, ancak bölümleri açıklamama izin verin. Sol taraf aşağı yukarı evrenin geçmişteki (veya gelecekteki) genişleme hızı ile bugünkü genişleme hızıdır. Sağ taraf, evrenin kütle-enerjisine yapılan çeşitli katkıların toplamıdır. Buradaki önemli parametreler, $Omega$ ile gösterilen çeşitli "enerji yoğunluğu parametreleri"dir. Radyasyon ($Omega_{0,R}$), baryonik madde ($Omega_{0,b}$), soğuk karanlık madde ($Omega_{0,c}$), uzay için parametreleri dahil ettim. -zaman eğriliği ($Omega_{0,k}$) ve karanlık enerji ($Omega_{0,Lambda}$), ancak daha fazla enerji yoğunluğu parametresi de ekleyebilirsiniz. Göstereceğim nihai nokta, gerçekten önemli veya anlamlı olan sadece birkaç enerji yoğunluğu parametresinin olduğu ve geri kalanların tamamen göz ardı edilebileceğidir.

Termal/Kinetik Enerji

Termal ve kinetik enerjiler gibi şeylerden bahsediyorsunuz (ısıl enerji sadece bir parçacık koleksiyonunun toplam kinetik enerjisinden geldiğinden, aslında aynı şeydir). Bunları sayamayız ve sayamayız çünkü bir şeyin termal veya kinetik enerjisini kesinlikle tanımlamanın bir yolu yoktur. Belirli bir kütlenin kinetik enerjisini tanımlamak için hızını belirterek gereksinimleri, ancak bu hızın belirli bir referans çerçevesine göre tanımlanması gerekir. Özel görelilik bize mutlak bir referans çerçevesi olmadığını söyler, bu da hızınızı bana, Güneş'e veya Galaksinin merkezine göre tanımlayabileceğim ve her tanımla sizin için farklı bir kinetik enerji elde edebileceğim anlamına gelir.

Radyasyon Enerjisi

Radyasyon enerjisi sadece ışıktaki enerjidir. Evren fotonlarla doludur (çok büyük bir kısmı CMB fotonlarıdır) ve bu fotonlar sıfırdan farklı enerjiye sahiptir. Ancak bu enerji mevcut evrende neredeyse tamamen ihmal edilebilir. WMAP sonuçlarından, $Omega_{0,R} = 5 imes10^{-5}$ olduğu tahmin edilmektedir, bu da Evrenin kütle-enerji bütçesinin yaklaşık 0,005$\%$'ına katkıda bulunmaya eşittir. Yukarıdaki grafikte küçücük, küçücük bir şerit olurdu. İlginçtir, bu her zaman böyle değildi. Evreni geriye doğru çalıştırırsanız, çok erken bir zamanda $Omega_{R}$'ın Evrendeki baskın kütle enerjisi kaynağı olduğunu görürsünüz.

Nötrino enerjisi

Radyasyon enerjisine benzer şekilde, nötrino enerjisi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Kısmen, bunun nedeni nötrino kütlesinin çok küçük olmasıdır. $Omega_{0, u}$ için bir tahminim yok ama muhtemelen $Omega_{0,R}$ kadar küçük veya daha küçük ve eşit derecede önemsiz olduğunu söyleyebilirim.

Yerçekimi ve Kimyasal Enerji

Bu tür enerjiler, potansiyel enerjiler olarak bilinir. Garip bir enerji türü çünkü aslında gerçek değiller. Onlar potansiyel. bu senin enerjin alacaktı bir eylem yaptıysanız (örneğin, bir vücudu bir alanda hareket ettirmek). Bir topu yukarıda tutarsanız, topun yerçekimi potansiyel enerjisine sahip olduğunu söyleyebilirsiniz, ancak top aslında o enerjiye sahip değildir, sadece düşürdüğünüzde enerji kazanma potansiyeline sahiptir. Biz sadece dengeleme enerjisini daha düzenli ve basit hale getirmek için bu enerjiye sahip olduğunu söylüyoruz. Topu düşürdüğünüzde, yerçekimi alanından geçerek ve ondan enerji alarak enerji kazanır. Yani gerçekten, sorunuz arka plandaki yerçekimi alanlarının doğasında var olan enerji hakkında konuşmakla ilgili. Aynı şey kimyasal enerji için de geçerlidir. Aşırı oksidasyon, diğer adıyla ateş gibi kimyasal süreçler, enerjiyi serbest bırakır, ancak bu enerji atomik bağların kırılmasından gelir ve bu bağların kırılması, elektrik potansiyel enerjisini başka bir şeye dönüştürmeyi içerir.

Sonuçta, evrene nüfuz eden kuantum alanlarından enerji eklemek istiyorsunuz, $Omega_{QF}$. Bu sayıyı tahmin edemem, hatta deneyen birini bile görmedim, ama sizi temin ederim ki bu sayı son derece küçük olacaktır, hatta daha önce düşünülen enerjilerden çok daha fazla olacaktır. Yine, ihmal edilebilir olduğunu ve yukarıdaki pasta grafiğinde en küçük bir şerit zerresi olduğunu görüyoruz.

Uzay-Zaman Eğriliği Enerjisi

Uzay-zamanın kendisinde enerji var. Bu, Genel Relativite'den bilinmektedir. Evrenin bu uzay-zaman enerjisi $Omega_{k}$ ile gösterilir. Bununla ilgili ilginç olan şey, evrenin düz görünmesi! Bu, makul bir kesinlik için $Omega_{0,k} = 0$ anlamına gelir. Bu enerji ihmal edilebilirden daha fazlasıdır, yoktur (gözlemsel kesinlik dahilinde).

Sonuç

Eminim buna dahil etmek isteyebileceğiniz birçok farklı enerji türü düşünebilirsiniz, ama umarım geldiğim noktayı anlamışsınızdır. Hepsi tamamen ihmal edilebilir. Muhtemelen en büyük katkı radyasyondan gelir ve bunun Evrenin kütle-enerji bütçesinin $0,005\%$'ı olduğu gösterilmiştir. Gördüğümüz şey, Evrene Karanlık Enerjinin hakim olduğu, bir miktar Karanlık Maddeye, az miktarda atoma ve geri kalan her şeyin ihmal edilebilir miktarlarına sahip olduğudur. Ve fazla mesai, bu pasta grafiğin Karanlık Enerji kısmı, biz atomları ve karanlık maddeyi arsadan çıkarabilecek duruma gelene kadar daha da büyüyecek, çünkü bunlar şimdiki nötrinolar ve radyasyon kadar önemsiz olacaklar.


QFT sözlüğüne girmeden buna bir şans vereceğim.

Bahsettiğiniz enerjiler evrenin temel güçleri değil. Bunun yerine, hepsi dört temel yerçekimi, elektromanyetizma, zayıf ve güçlü kuvvetin ifadeleridir.

zayıf kuvvet en tuhafı, etkisi nesneleri hareket ettirmek değil, parçacık türlerini değiştirmek. Bunun için parçacıkların buluşması gerekir, bu nedenle mesafeye etki etmez. Aynı zamanda adından da anlaşılacağı gibi zayıftır, çünkü herhangi bir parçacık karşılaşmasında tür değişikliği pek olası değildir.

güçlü kuvvet yaklaşık bir femtometre (10$^{-15}$m, bir atom çekirdeğinin tipik boyutu) olan çok küçük mesafelerde aktif değildir. Böylece bu da düşer.

elektromanyetik güç yerçekimine kıyasla oldukça güçlüdür, ancak evrende eşit miktarda pozitif ve negatif yüke sahip olması nedeniyle, bu, büyük uzunluk ölçeklerinde korunur.

O zaman, korunamayan yerçekimi kalır. Böylece kozmik uzunluk ölçeklerinde yerçekimi hakimdir.

ısı enerjisi, potansiyel enerji, kinetik enerji, kimyasal enerji ve ışıma enerjisi

Termal enerji, mikroskobik olarak hareket eden parçacıkların kinetik enerjisidir, birbirlerine yeterince sık çarparlar, böylece momentumları her zaman yeniden dağıtılır ve böylece ortalama olarak aynı yerde kalırlar.
Potansiyel enerji, içinde bulunduğunuz temel kuvvet alanının tam enerjisidir.
Kimyasal enerji elektromanyetizma + kuantum mekaniğidir.

Radyasyon enerjisi biraz daha açıklama gerektiriyor: Ancak genel görelilik sayesinde yerçekiminin evrene nasıl hükmettiğini daha iyi anlıyoruz: Kozmik genişlemeyi yöneten aslında evrenin enerji-momentum-yoğunluğudur. Sanırım kütle-enerji dediğiniz şey bu. Ve 'ışın enerjisi', evrenin enerji-momentumuna katkıda bulunan fotonların enerji-momentumudur. Fiziksel kozmoloji bunu hesaba katar ve hatta evrenimizin yaşamında, enerji-momentumda fotonların egemen olduğu bir evre olduğunu türetebilir.


Yenilenebilir Enerjinin Farklı Türleri Nelerdir?

Yenilenebilir enerji, günümüz dünyasında giderek daha önemli bir konu haline geliyor. Fosil yakıtların artan maliyeti ve İklim Değişikliği tehdidine ek olarak, bu alanda verimlilikte iyileştirmeler ve azalan fiyatlar gibi olumlu gelişmeler de yaşandı.

Tüm bunlar, alternatif enerji talebini artırdı ve daha temiz, daha sürdürülebilir elektrik enerjisi yöntemlerine geçişi hızlandırdı. Bununla birlikte, biyokütle, güneş, rüzgar, gelgit ve jeotermal enerjinin pek çok çeşidi olduğunu ve her birinin kendine göre avantaj ve dezavantajları olduğunu belirtmek önemlidir.


Termodinamik sistem

bir termodinamik sistem uzayda duvarlarla sınırlanmış, tanımlanmış geçirgenlikleri olan ve kendisini çevresinden ayıran bir madde ve/veya radyasyon kütlesidir. Çevre, diğer termodinamik sistemleri veya termodinamik sistemler olmayan fiziksel sistemleri içerebilir. Bir termodinamik sistemin duvarı, tüm maddeye, tüm radyasyona ve tüm kuvvetlere 'geçirgen' olarak tanımlandığında, tamamen kavramsal olabilir. Bir termodinamik sistem, her zaman hem yoğun hem de kapsamlı özellikleri kapsayan belirli bir dizi termodinamik durum değişkeni ile tam olarak tanımlanabilir.

arasında yaygın olarak kullanılan bir ayrımdır. yalıtılmış, kapalı, ve açık termodinamik sistemler. bir yalıtılmış termodinamik sistem, ısıyı iletmeyen ve tüm radyasyonu mükemmel şekilde yansıtan, rijit ve hareketsiz, her türlü madde ve tüm kuvvetlere karşı geçirimsiz duvarlara sahiptir. (Bazı yazarlar burada 'izole' kelimesi kullanıldığında 'kapalı' kelimesini kullanırlar.)

bir kapalı termodinamik sistem, maddeyi geçirmeyen duvarlarla çevrilidir, ancak termodinamik işlemlerle, dönüşümlü olarak ısıyı geçirgen ('diyatermal' olarak tanımlanır) veya geçirimsiz ('adyabatik') yapılabilir ve bu, termodinamik süreçler için (başlatılan ve sonlandırılan) termodinamik işlemlerle), Joule'nin ısının mekanik eşdeğerinin orijinal gösteriminde olduğu gibi, sistem hacminin değişmesi veya sistem içeriğindeki iç sürtünme ile çalkalama ile dönüşümlü olarak hareket etmesine izin verilebilir veya verilmeyebilir ve dönüşümlü olarak pürüzlü veya pürüzsüz hale getirilebilir, bu nedenle Sistemin yüzeyindeki sürtünme ile ısınmasına izin vermek veya vermemek.

bir açık termodinamik sistem, kendisini başka bir termodinamik sistemden ayıran en az bir duvara sahiptir, bu amaç için açık sistemin çevresinin bir parçası sayılır, duvar en az bir kimyasal maddeye ve böyle bir duvarı radyasyona karşı geçirgendir. , açık sistem termodinamik dengedeyken kendi içinde bir sıcaklık farkı sürdürmez.

Bir termodinamik sistem, termodinamik işlemler adı verilen ve sistemin duvarlarını veya çevresini değiştiren harici müdahalelere tabidir, bunun sonucunda sistem termodinamik ilkelerine göre geçici termodinamik işlemlerden geçer. Bu tür işlemler ve süreçler, sistemin termodinamik durumundaki değişiklikleri etkiler.

İçeriğinin yoğun durum değişkenleri uzayda değiştiğinde, bir termodinamik sistem, her biri farklı bir termodinamik sistem olan birbirine bitişik birçok sistem olarak düşünülebilir.

Bir termodinamik sistem, karşılıklı termodinamik dengede, herhangi bir duvarla birbirinden ayrılmamış buz, sıvı su ve su buharı gibi birkaç faz içerebilir. Veya homojen olabilir. Bu tür sistemler 'basit' olarak kabul edilebilir.

Bir "bileşik" termodinamik sistem, belirli ilgili geçirgenliklere sahip bir veya birkaç duvarla karşılıklı olarak ayrılmış birkaç basit termodinamik alt sistem içerebilir. Böyle bir bileşik sistemin başlangıçta bir termodinamik denge durumunda izole edilmiş, daha sonra bazı alt-sistemler arası duvar geçirgenliğinin artışının bir termodinamik çalışmasından etkilenmiş olarak, bir geçici termodinamik süreci başlatmak ve böylece nihai bir termodinamik süreci başlatmak genellikle uygundur. termodinamik dengenin yeni hali. Bu fikir Carathéodory tarafından kullanılmış ve belki de tanıtılmıştır. Başlangıçta termodinamik denge durumunda izole edilmiş bir bileşik sistemde, duvar geçirgenliğinin azalması ne termodinamik süreci ne de termodinamik durumdaki bir değişikliği etkilemez. Bu fark termodinamiğin İkinci Yasasını ifade eder. Mikro-durumların erişilebilirliğinin artması nedeniyle entropi ölçümlerindeki artışın, enerji dağılımındaki artışı gösterdiğini göstermektedir. [1]

Denge termodinamiğinde, bir termodinamik sistemin durumu, denge olmayan bir durumun aksine bir termodinamik denge durumudur.

Bir sistemin duvarlarının geçirgenliklerine göre, termodinamik dengeye ulaşılana kadar zamanla değişmediği varsayılan sistem ve çevresi arasında enerji ve madde transferleri meydana gelir. Denge termodinamiğinde dikkate alınan durumlar sadece denge durumlarıdır. Klasik termodinamik şunları içerir: (a) denge termodinamiği (b) konunun kavramsal gelişiminde tarihsel olarak önemli olan sistem durumlarından ziyade süreçlerin döngüsel dizileri açısından ele alınan sistemler. Sürekli akışlarla tanımlanan sürekli devam eden süreçler açısından düşünülen sistemler mühendislikte önemlidir.

Termodinamik sistemlerin durumlarını tanımlayan termodinamik dengenin varlığı, termodinamiğin esas, karakteristik ve en temel varsayımıdır, ancak nadiren bir numaralı yasa olarak anılır. [2] [3] [4] Bailyn'e göre, termodinamiğin sıfırıncı yasasının yaygın olarak prova edilen ifadesi bu temel önermenin bir sonucudur. [5] Gerçekte, doğada pratik olarak hiçbir şey katı termodinamik dengede değildir, ancak termodinamik dengenin varsayımı genellikle çok faydalı idealleştirmeler veya yaklaşımlar sağlar, hem teorik hem de deneysel deneyler pratik termodinamik denge senaryoları sağlayabilir.

Denge termodinamiğinde durum değişkenleri akıları içermez çünkü bir termodinamik denge durumunda tüm akılar tanım gereği sıfır değerlerine sahiptir. Denge termodinamik süreçleri, akışları içerebilir, ancak bunlar, bir termodinamik süreç veya işlem tamamlandığında, bir sistemi nihai termodinamik durumuna getirene kadar durmuş olmalıdır. Denge dışı termodinamik, durum değişkenlerinin, bir sistem ile çevresi arasındaki kütle veya enerji veya entropi transferlerini tanımlayan sıfır olmayan akıları içermesine izin verir. [6]

1824'te Sadi Carnot, termodinamik bir sistemi şu şekilde tanımladı: çalışan madde (buhar hacmi gibi) incelenen herhangi bir ısı motorunun.


Evren entropi ve kaosu destekliyorsa, yerçekimi neden var?

Sadece 2 yarıyıla kadar inorganik kimya eğitimim var ve fizik derslerim kinematik ve termodinamik üzerine olduğu için böyle büyük ölçekli şeylerde eğitimim yok. bu sadece aklımda olan bir şeydi.

Bununla birlikte, şeyler bir anlamda "birbirine yapıştığı" için bana daha düzenli durumlara yol açıyor gibi görünen yerçekimi nasıl var olur ve evrenin kaos ve düzensizlik tercihiyle çelişir?

Elbette, evren artan entropiden yanadır (meslekten olmayan terimlerle), ancak bu, diğer tüm fizik yasalarını görmezden gelmek için serbest bir geçiş değildir. Daha çok, enerjinin, momentumun ve diğer her şeyin korunumunu sağlayan olabilecek tüm olası şeylerden, evren entropide mümkün olan en yüksek veya en yüksek olası toplam artışı veren birini "seçecektir".

Ayrıca diğer insanların söyledikleri: yerçekimi mutlaka daha düşük entropi durumları yapmaz.

Evren entropi ve kaosu destekliyorsa, yerçekimi neden var?

Bu soruda ifadeler zaten çok kapalı. Entropi bir niceliktir, bir "süreç" veya bir "durum" değildir. Bir şeyin "entropiyi desteklediğini" söylemek mantıklı değil. Entropi, termodinamik süreçlerin entropinin arttığı şekilde gerçekleştiğini belirten yasada yer almasına rağmen, "termodinamiğin ikinci yasası" da değildir.

Kaos ve entropi de ilişkili değildir. Kaos, bir sistemin zaman evriminin başlangıç ​​koşullarına çok güçlü bir şekilde bağlı olduğu ve biraz farklı başlangıç ​​koşulunun kısa bir süre sonra çok farklı zaman evrimine yol açtığı anlamına gelir.

Son olarak, yerçekiminin bununla pek bir ilgisi yok ve başlıktaki sorunuz (bence aşağıda ne sorduğunuz daha açık) temelde "eğer elmalar ve taşlar varsa, balıklar neden var?" gibi görünüyor. Yerçekiminin termodinamikten bağımsız olarak var olmaması gerektiğini neden düşündüğünüzü anlamıyorum. Yerçekimi kuvvetlerinin hakim olduğu bir sistemin termodinamiğini düşünebilirsiniz ve kozmolojide (evrenin evrimi) yapılan da budur.

Elbette, yerçekiminin hakim olduğu termodinamik sistemler, ideal bir gazdan veya diğer "mikroskopik" termodinamik sistemlerden farklı davranabilir.

Şeyler bir anlamda "birbirine yapıştığı" için bana daha düzenli durumlara yol açan yerçekimi nasıl var oluyor ve evrenin kaos ve düzensizlik tercihiyle çelişiyor?

Sorun, bu terimlerin belirsiz ve yanlış tanımlarını kullanmanızdır. Entropi "düzensizlik" olarak tanımlanmazken, kaosun bununla hiçbir ilgisi yoktur. Fakat bu soru ("yerçekimi çöküşü nasıl olur, (görünüşte)" rağmen termodinamiğin ikinci yasası?") ve sorunun cevabı temelde bu alıntıdan önceki son cümleye geliyor ve buradaki kullanıcılardan biri bununla ilgili bir blog yazısı yazmıştı.

Yani yerçekimi çöküşü termodinamiğin ikinci yasasını ihlal ediyor ve asla olmamalı. Ancak, daha önce tanıttığım yerçekimi sistemlerinin dengesinden kendiliğinden sapmanın tuhaf özelliğini unutuyoruz: sürekli artan sıcaklık farkının alt sistemlerine ayrılabilirler (ve zamanla olacaklardır). Hangisinin giderek daha fazla ısındığını biliyoruz: Bu, çöken kısım. Gittikçe soğuyan "radyasyon"dur: yerçekimi kütlesinden kaçan gerçek radyasyon (yerçekimi veya elektromanyetik) veya yerçekimsel olarak bağlantısız hale gelen sadece dışarı atılan madde.

Böylece bir kütle çökebilir, ancak çok büyük bir entropi depolamak için kendisinin bir parçasını feda etmesi gerekir, böylece çökmeye devam eden parça, termodinamiğin ikinci yasasını bir bütün olarak yerine getirirken daha düşük bir entropiye sahip olabilir.

Böylece erken Evren yerçekimsel olarak çökerek "radyasyonu" dışarı atar ve süreç çeşitli ölçeklerde tekrarlanır. Bu nedenle, çok büyük bir yüksek entropi genişliğinde çok düşük entropili küçük cepler buluyoruz.

Entropi, düzensizlik anlamına gelmez. Bunu anlamak için, sadece enerji dinamiklerinden bahsetmediğimizi, aynı zamanda bilgi dinamiklerinden de bahsettiğimizi anlamalısınız.

Uzaydaki bir buhar bulutu soğuyana kadar genişleyecektir. Su moleküllerinin hareketi durana kadar soğur. Enerji açısından, sistem yüksek enerjiden enerjisiz hale geldi. Bilgi açısından, düşük bir kesinlik durumundan -- herhangi bir zamanda, herhangi bir su molekülünün konumu ve hızının tahmin edilmesi imkansızdır -- her su molekülünün konumunun bilindiği yüksek kesinlik durumuna geçtiniz ( diğerlerine göre).

Ama sana öğretilen model bu değil. Size bir kutu buhar kullanarak termodinamik öğretildi. Burada su molekülleri etkileşecek şekilde sınırlandırılmıştır. Kendilerini bir buz kristali haline getirecek şekilde etkileşime girerler. Su, belirli bir sıcaklıkta kristalleşir, bunun altında sistemde hiçbir değişiklik olmaz.

Bir kristal son derece rastgele değildir, bu yüzden öğretmenlerin rastgeleliği "düzensizlik" olarak tanımlamaya devam etmelerinin ve bunun bu modelden bunu nasıl elde ettiklerinin beni aşar. Önyargılarının ortaya çıkması üzerine göz kamaştırıcıları var.

Herhangi oran. Entropi, bir enerji kavramını -- sıcaklık -- bir bilgi kavramı -- kesinlik ile ilişkilendirir.

Bu, karmaşık sistemler için de geçerlidir. Nesneler, mutlak sıfırın üzerindeki bir sıcaklıkta meydana gelen sistemin son durumunu ima edecek şekilde etkileşime girer. Aradaki fark, sistemin son durumunu tahmin etmenin ne kadar kolay veya zor olduğudur.

Sistemin entropi sıcaklığında nasıl göründüğü yerel etkileşimlere bağlıdır. Basit bir sistemde nesneler o kadar basit ve klişe bir şekilde etkileşime girer ki, sonucu yöneten genel bir kural olduğunu söyleyebiliriz. Su her zaman kübik kristaller halinde donar. Karmaşık bir sistemde, nesnelerin etkileşime girmesi için genel bir kural gibi görünmeyen yeterince farklı yol vardır. Bu nedenle sonucu kesin olarak tahmin etmek mümkün değildir. Açık olmak gerekirse, sonucun etkileşim kurallarıyla yakın bir ilişkisi vardır. Bir meşe palamudu ekersen, bir meşe ağacına sahip olacağını biliyorsun. Bir meşe ağacının nasıl görüneceğini tam olarak bilemezsiniz. Ne kadar uzun, kaç dal, kaç yaprak. Bağlı olmak. Sadece bekleyip nasıl büyüdüğünü görmelisin.

Buhar kutusu ve evren, sistemin sonucu üzerinde derin bir etkiye sahip olan dışsallıklara sahiptir. Buhar kutusu durumunda, dışsallık kutudur. Bu, su moleküllerinin dağılmasını engeller, onları etkileşime girmeye zorlar. Evren söz konusu olduğunda, yerçekimi hemen hemen aynı etkiye sahip bir dışsallıktır.

Ve evet, yerçekimi bir dışsallıktır. Evrenin dışından gelir. Bu Einstein'ın genel görelilik kuramıydı. Yani bazı açılardan, geriye doğru şeyler var. "Yerçekiminin etkisi göz önüne alındığında, olası sonuçlar nelerdir?" diyebilirsiniz. Ama bazen duyduğum gibi, "şu ve bunun gibi şeyler yerçekimi ile sonuçlandı" diyemezsiniz. "Kota bulutu yerçekimine neden oldu ve yerçekimi bir yıldız oluşturmak üzere daraldı" demek, neden ve sonucu tersine çevirir. Ki bunu biliyordun, bu yüzden soruyu sordun. Ve haklısın. Hiçbir sistem kendini tanımlayamaz. Hiçbir sistem kendi başlangıç ​​koşullarını tanımlayamaz. Bu kanıtlandı.

Ben bir hekim ve filozofum, astrofizikçi değil. Ama hepimiz Gödel'in teoremi ve neden-sonuç ilkesine bağlıyız ve argümanımın temellerinin tartışılacağından şüpheliyim.


Bize sor

Genel Fizik:Parçacıklar - Parçacık Türleri

Elektronların alt bölümlere ayrılabileceğine dair hiçbir kanıt yoktur. Saf, birincil parçacıklar gibi görünüyorlar. Madde ve enerji bir şekilde aynı şeyin farklı formları olsa da, elektronların durgun bir kütlesi vardır ve bu nedenle saf enerji değil, madde olarak kabul edilirler.

Dr.Eric Christian
(Mayıs 2000)

Kuark, tüm hadron ailesinin (protonlar, nötronlar, pionlar, vb.) yapı taşı olan atom altı bir parçacıktır. Altı tür kuark vardır: yukarı, aşağı, çekicilik, garip, üst ve alt (son ikisine bazen gerçek ve güzellik denir) ve bunların altı antimadde karşılığı.

Asla "serbest" kuarklar göremezsiniz, onlar her zaman ikili veya üçlü olarak görünürler. Bunun nedeni, kuarklar arasındaki kuvvetin aslında mesafe ile artmasıdır (yerçekimi, elektromanyetizma, vb.'nin aksine). Yani iki kuarkı ayırmaya çalışırsanız, enerji koymanız gerekir ve sonunda iki kuarkı daha dönüştürecek kadar enerji koyarsınız ve sonunda iki serbest kuark yerine her biri iki kuarktan oluşan iki parçacık elde edersiniz.

Kuarklar teorisi (Kuantum Kromodinamiği) kesinlikle ikinci sorunuzun cevabı için bir adaydır, ancak bu sadece kişisel görüş.

Elektronlar ve pozitronlar kuarklardan *oluşmaz*. LEPTONS olarak bilinen ayrı bir parçacık "ailesinde" bulunurlar. Leptonlar ve kuarklar "temel" (bölünemez) parçacıklardır. Leptonlar, protonların ve nötronların yaptığı "güçlü" veya "hadronik" kuvveti deneyimlemezler. Ayrıca bilinen altı lepton (elektronlar, elektron-nötrinolar, müonlar, müon-nötrinolar, tau ve tau-nötrinolar) ve bunların altı antimadde karşılığı (pozitronlar antimadde elektronlarıdır) vardır. Gauge bozonlarını (fotonlar, W+ bozonu, W- bozonu, Z bozonu ve gluonlar) ekleyin ve var olduğu kanıtlanmış her şeye sahip olursunuz. Diğer daha egzotik parçacıklar (fotinos, gluinolar, vb.) için pek çok teori vardır, ancak burada listelenenlerle tüm normal maddeleri elde edebilirsiniz.

Dr. Louis Barbier ve Eric Christian

Ölçülen çoğu müon, uzaydan gelen enerjik kozmik ışın parçacıkları (birinciller) atmosferdeki atomlarla çarpışarak müonlar da dahil olmak üzere ikincil parçacıklar ürettiğinde Dünya atmosferinde ortaya çıkar. Primerlerin yıldız patlamalarından veya diğer bazı şiddetli astronomik olaylardan kaynaklandığı düşünülüyor ve bu olaylarda üretilen yüksek enerjili parçacıklardan çok daha düşük enerjili parçacıklar var. Birincil yönün yönü müon tarafından oldukça iyi korunur, bu da dikey müonların tipik olarak dikey gelen birincillerden üretildiği anlamına gelir.

Birincil kritik miktarda atmosferik kütleden geçtikten sonra bir müon üretilir. Dikey birinciller için bu, yüzeyin yaklaşık 20 km üzerinde gerçekleşir. Bununla birlikte, müonların üretildiği irtifa, belli bir açıdan gelen primerler için daha yüksektir, çünkü yolları onları daha fazla sayıda atmosferik atomun yanından geçirir.

Müon elektrik yüklü olduğundan, sürekli olarak enerji kaybeder veya atmosferik moleküllerdeki atomik elektronlarla çarpışmalardan dolayı yavaşlar. Bu etki, hızlı hareket eden bir arabayı frenlemeye çok benzer, yani araba ne kadar hızlı olursa, onu tamamen durdurmak o kadar uzun sürer. Müon atmosferin derinliklerine indikçe, atmosferik yoğunluk artar ve birim mesafe başına daha fazla çarpışma meydana gelir. Üstelik müonlar, diğer parçacık türlerine (elektronlar ve nötrinolar) dönüşmeden önce çok uzun yaşamazlar.

Yani atmosferde oldukça yüksek bir yerde oluşan bir müon, oraya çok fazla hava molekülü ile çarpışmadan ulaşırsa Dünya'nın yüzeyine ulaşacaktır. Yandan gelen bir müonun Dünya üzerindeki üretim noktasından size ulaşması daha uzun zaman alır ve çok daha fazla hava molekülünün yanından geçer, bu da yüzeye ulaşmak için dikey bir primerden daha yüksek enerjili bir primer gerektirir. Yüksek enerjili primerlerin düşük enerjili primerlere göre daha nadir olduğunu hatırlayın, dolayısıyla Dünya'ya yandan ulaşan daha az müon olmasının başka bir nedeni daha var.

Her şey ömür boyu ve enerji kaybıyla ilgili. Yandan gelen müonların, doğrudan yukarıdan gelenlerden daha yüksek enerjiye ve dolayısıyla daha nadir ana primerlere sahip olmaları gerekirken, doğrudan yukarıdan gelenler en az atmosferde en kısa yola ve en iyi gözlem şansına sahiptir. Bunun dışında herhangi bir yönden kaynaklanabilirler.

Dr. Charles Smith ve John Clem
(Nisan 2003)

  1. daha önce hep okuduğum şey, nötrinoların ışık hızında hareket ettiği ve
  2. evrenin genişleme hızının arttığını gösteren süpernova kalıntıları araştırmalarından elde edilen bulgular?
  1. Nötrinoların kütlesi varsa, ışık hızında hareket etmezler, ancak hiç kimse nötrinoların hızını ölçmedi. Işık hızına yakın bir hızla hareket ettikleri ortaya çıktı, ancak hiçbir zaman c'de hareket ettikleri gerçeği olarak alınmadı.
  2. Evrenin genişleme hızı artıyorsa, evrendeki kütle için esasen itici bir kuvvet oluşturan bir "Kozmolojik Sabit" vardır. Önemli bir nötrino kütlesi, ihtiyaç duyulan kozmolojik sabiti artıracaktır, ancak gözlemler üzerinde başka bir etkisi yoktur.

Tüm nötrinolar (elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları) elektriksel olarak nötrdür. Eğer suçlanırlarsa, tespit edilmeleri çok daha kolay olurdu.

Dr.Eric Christian
(Haziran 2002)

Antimaddenin tanımı Cosmicopia sözlüğündedir.

Elektrik ve manyetik alanlar, antimaddeyi odaklamak, sınırlamak ve depolamak için kullanılabilir. Soğuklarsa, antiprotonlar birkaç gün boyunca bir Penning tuzağında saklanabilir.

Bu arada, madde ve anti-madde çarpıştığında, parçalanmazlar. Birbirlerini yok ederler, bu da iki orijinal parçacığın yok olduğu ve enerjilerinin başka biçimlere dönüştüğü anlamına gelir.

Louis Barbier ve Beth Barbier
(Ağustos 2000)

Kütle ve enerji aynı şeyin farklı biçimleridir (veya daha iyi bir düşünceyle, durgun kütle bir enerji biçimidir). Tüm enerjinin (kütle dahil) toplamı korunur. Madde ve antimadde çarpıştığında, kalan kütle enerjilerini fotonlara (kütlesiz ışık parçacıkları) dönüştürürler. Enerji hala korunur.

Maddenin ve antimaddenin yok olması sırasında enerji salınımı nasıl hesaplanır? Fizikten büyük bir arkadaşım tarafından sağlanan bilgilere dayanarak, bu enerji salınımı E=mc 2 kullanılarak hesaplanamaz. Bu ifade doğru mu? Ya da buna eşlik eden enerji salınımı Einstein'ın denklemiyle gerçekten hesaplanabilir mi?

Serbest bırakılan enerji, E=mc2 artı iki parçacığın başladığı herhangi bir kinetik enerjidir. "m", iki parçacığın birleşik kütlesidir. Enerji tipik olarak iki veya daha fazla foton olarak salınır (momentum vektörünü korumak için en az iki foton gerekir).

Dr.Eric Christian
(Ağustos 2000)

"Ürkütücü parçacıklar" terimi, kuantum dolaşık fotonları ifade eder.

Fotonlar, ışığı (ve gama ışınları ve x-ışınlarını) oluşturan kütlesiz "parçacıklardır" - her zaman ışık hızında hareket ederler. Daha teknik bir ifadeyle, fotonlar elektromanyetik kuvveti taşır.

Kuantum mekaniği, parçacıkların atomik ve atom altı düzeyde nasıl davrandığının teorisidir. Kuantum mekaniği, parçacıkların dönüş ve yük gibi nicelenmiş (sabit değerlere sahip) özelliklere sahip olduğunu söyler. Bu özelliklerin değerleri topluca parçacığın "durumu" olarak adlandırılır. Ayrıca, herhangi bir zamanda herhangi bir parçacığın, farklı özelliklere sahip durumların bir kombinasyonu olarak tanımlanabileceğini söylüyor. (Kuantum mekaniğinde bu kombinasyona süperpozisyon denir.) Örneğin, yalnızca 4 ana yöne (kuzey, güney, doğu, batı) işaret edebilen ama arada hiçbir yeri gösteremeyen bir rüzgar gülü hayal edin. (Tabii ki pek faydası yok!) Her neyse, kuantum mekaniksel terimlerle rüzgar gülünün "durumunu" (herhangi bir zamanda konumunu) dört durumun bir kombinasyonu olarak tanımlayabilirsiniz: kuzey, güney, doğu ve batı , her biri bazı ilişkili olasılığa sahip. Rüzgar gülüne bakmadığınızda, aynı anda dört eyalette de bulunur. Sadece ona baktığınız zaman onu dört pozisyondan birine girmeye zorlarsınız. Bunun kuantum terimleriyle anlamı budur.

Now entangled particles are ones (say pairs of particles for simplicity) such that, measuring one property of one of them affects the second particle. For example, with entangled photons, measuring the spin of one of them will affect the measured spin of the other. (Aside: the photon is a "spin-1" particle. It has a spin of either +1 or -1. That is, its spin is either parallel (+1) or anti-parallel (-1) to its direction of motion.) Another example is when the pi-0 - pronounced "pi-zero" - (a neutral charge, elementary particle) decays into an electron and a positron (its antiparticle). The electron and positron are entangled.

Quantum entangled photons - or spooky particles - are being used in the design of quantum computers. The information contained in the entangled particles is called a "qubit", analogous to the bits used in ordinary digital computers. They are also being used in making better, more precise atomic clocks.

Two web sites you can check out are:

A Google search for "spooky particles" will turn up many sites. Happy reading!


5. Conclusion

In this entry, we have presented the physics of mass-energy equivalence as widely understood by both physicists and philosophers. We have also canvassed a variety of philosophical interpretations of mass-energy equivalence. Along the way, we have presented the merits and demerits of each interpretation. We have also presented a brief history of derivations of mass-energy equivalence to emphasize that the equivalence of mass and energy is a direct result to changes to the structure of spacetime imposed by special relativity. Finally, we have briefly and rather selectively discussed the empirical confirmation of mass-energy equivalence.


29.5 What Is the Universe Really Made Of?

​The model of the universe we described in the previous section is the simplest model that explains the observations. It assumes that general relativity is the correct theory of gravity throughout the universe. With this assumption, the model then accounts for the existence and structure of the CMB the abundances of the light elements deuterium, helium, and lithium and the acceleration of the expansion of the universe. All of the observations to date support the validity of the model, which is referred to as the standard (or concordance) model of cosmology.

Figure and Table summarize the current best estimates of the contents of the universe. Luminous matter in stars and galaxies and neutrinos contributes about 1% of the mass required to reach critical density. Another 4% is mainly in the form of hydrogen and helium in the space between stars and in intergalactic space. Dark matter accounts for about an additional 27% of the critical density. The mass equivalent of dark energy (according to E = mc 2 ) then supplies the remaining 68% of the critical density.

​Composition of the Universe.

Figure 1. Only about 5% of all the mass and energy in the universe is matter with which we are familiar here on Earth. Most ordinary matter consists of hydrogen and helium located in interstellar and intergalactic space. Only about one-half of 1% of the critical density of the universe is found in stars. Dark matter and dark energy, which have not yet been detected in earthbound laboratories, account for 95% of the contents of the universe.​

​What Different Kinds of Objects Contribute to the Density of the Universe

​This table should shock you. What we are saying is that 95% of the stuff of the universe is either dark matter or dark energy—neither of which has ever been detected in a laboratory here on Earth. This whole textbook, which has focused on objects that emit electromagnetic radiation, has generally been ignoring 95% of what is out there. Who says there aren’t big mysteries yet to solve in science!

Figure shows how our ideas of the composition of the universe have changed over just the past three decades. The fraction of the universe that we think is made of the same particles as astronomy students has been decreasing steadily.

​Changing Estimates of the Content of the Universe.

Figure 2. This diagram shows the changes in our understanding of the contents of the universe over the past three decades. In the 1970s, we suspected that most of the matter in the universe was invisible, but we thought that this matter might be ordinary matter (protons, neutrons, etc.) that was simply not producing electromagnetic radiation. By the 1980s, it was becoming likely that most of the dark matter was made of something we had not yet detected on Earth. By the late 1990s, a variety of experiments had shown that we live in a critical -density universe and that dark energy contributes about 70% of what is required to reach critical density. Note how the estimate of the relative importance of ordinary luminous matter (shown in yellow) has diminished over time.​

​What Is Dark Matter?

​Many astronomers find the situation we have described very satisfying. Several independent experiments now agree on the type of universe we live in and on the inventory of what it contains. We seem to be very close to having a cosmological model that explains nearly everything. Others are not yet ready to jump on the bandwagon. They say, “show me the 96% of the universe we can’t detect directly—for example, find me some dark matter!”

At first, astronomers thought that dark matter might be hidden in objects that appear dark because they emit no light (e.g., black holes) or that are too faint to be observed at large distances (e.g., planets or white dwarfs). However, these objects would be made of ordinary matter, and the deuterium abundance tells us that no more than 5% of the critical density consists of ordinary matter.

Another possible form that dark matter can take is some type of elementary particle that we have not yet detected here on Earth—a particle that has mass and exists in sufficient abundance to contribute 23% of the critical density. Some physics theories predict the existence of such particles. One class of these particles has been given the name WIMPs, which stands for weakly interacting massive particles. Since these particles do not participate in nuclear reactions leading to the production of deuterium, the deuterium abundance puts no limits on how many WIMPs might be in the universe. (A number of other exotic particles have also been suggested as prime constituents of dark matter, but we will confine our discussion to WIMPs as a useful example.)

If large numbers of WIMPs do exist, then some of them should be passing through our physics laboratories right now. The trick is to catch them. Since by definition they interact only weakly (infrequently) with other matter, the chances that they will have a measurable effect are small. We don’t know the mass of these particles, but various theories suggest that it might be a few to a few hundred times the mass of a proton. If WIMPs are 60 times the mass of a proton, there would be about 10 million of them passing through your outstretched hand every second—with absolutely no effect on you. If that seems too mind-boggling, bear in mind that neutrinos interact weakly with ordinary matter, and yet we were able to “catch” them eventually.

Despite the challenges, more than 30 experiments designed to detect WIMPS are in operation or in the planning stages. Predictions of how many times WIMPs might actually collide with the nucleus of an atom in the instrument designed to detect them are in the range of 1 event per year to 1 event per 1000 years per kilogram of detector. The detector must therefore be large. It must be shielded from radioactivity or other types of particles, such as neutrons, passing through it, and hence these detectors are placed in deep mines. The energy imparted to an atomic nucleus in the detector by collision with a WIMP will be small, and so the detector must be cooled to a very low temperature.

The WIMP detectors are made out of crystals of germanium, silicon, or xenon. The detectors are cooled to a few thousandths of a degree—very close to absolute zero. That means that the atoms in the detector are so cold that they are scarcely vibrating at all. If a dark matter particle collides with one of the atoms, it will cause the whole crystal to vibrate and the temperature therefore to increase ever so slightly. Some other interactions may generate a detectable flash of light.

A different kind of search for WIMPs is being conducted at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, Europe’s particle physics lab near Geneva, Switzerland. In this experiment, protons collide with enough energy potentially to produce WIMPs. The LHC detectors cannot detect the WIMPs directly, but if WIMPs are produced, they will pass through the detectors, carrying energy away with them. Experimenters will then add up all the energy that they detect as a result of the collisions of protons to determine if any energy is missing.

So far, none of these experiments has detected WIMPs. Will the newer experiments pay off? Or will scientists have to search for some other explanation for dark matter? Only time will tell (Figure).

​ Dark Matter.

Figure 3. This cartoon from NASA takes a humorous look at how little we yet understand about dark matter. (credit: NASA)​

​Dark Matter and the Formation of Galaxies

As elusive as dark matter may be in the current-day universe, galaxies could not have formed quickly without it. Galaxies grew from density fluctuations in the early universe, and some had already formed only about 400–500 million years after the Big Bang. The observations with WMAP, Planck, and other experiments give us information on the size of those density fluctuations. It turns out that the density variations we observe are too small to have formed galaxies so soon after the Big Bang. In the hot, early universe, energetic photons collided with hydrogen and helium, and kept them moving so rapidly that gravity was still not strong enough to cause the atoms to come together to form galaxies. How can we reconcile this with the fact that galaxies did form and are all around us?

Our instruments that measure the CMB give us information about density fluctuations only for ordinary matter, which interacts with radiation. Dark matter, as its name indicates, does not interact with photons at all. Dark matter could have had much greater variations in density and been able to come together to form gravitational “traps” that could then have begun to attract ordinary matter immediately after the universe became transparent. As ordinary matter became increasingly concentrated, it could have turned into galaxies quickly thanks to these dark matter traps.

For an analogy, imagine a boulevard with traffic lights every half mile or so. Suppose you are part of a motorcade of cars accompanied by police who lead you past each light, even if it is red. So, too, when the early universe was opaque, radiation interacted with ordinary matter, imparting energy to it and carrying it along, sweeping past the concentrations of dark matter. Now suppose the police leave the motorcade, which then encounters some red lights. The lights act as traffic traps approaching cars now have to stop, and so they bunch up. Likewise, after the early universe became transparent, ordinary matter interacted with radiation only occasionally and so could fall into the dark matter traps.

The Universe in a Nutshell

In the previous sections of this chapter, we traced the evolution of the universe progressively further back in time. Astronomical discovery has followed this path historically, as new instruments and new techniques have allowed us to probe ever closer to the beginning of time. The rate of expansion of the universe was determined from measurements of nearby galaxies. Determinations of the abundances of deuterium, helium, and lithium based on nearby stars and galaxies were used to put limits on how much ordinary matter is in the universe. The motions of stars in galaxies and of galaxies within clusters of galaxies could only be explained if there were large quantities of dark matter. Measurements of supernovae that exploded when the universe was about half as old as it is now indicated that the rate of expansion of the universe has sped up since those explosions occurred. Observations of extremely faint galaxies show that galaxies had begun to form when the universe was only 400–500 million years old. And observations of the CMB confirmed early theories that the universe was initially very hot.

But all this moving further and further backward in time might have left you a bit dizzy. So now let’s instead show how the universe evolves as time moves forward.

Figure summarizes the entire history of the observable universe from the beginning in a single diagram. The universe was very hot when it began to expand. We have fossil remnants of the very early universe in the form of neutrons, protons, electrons, and neutrinos, and the atomic nuclei that formed when the universe was 3–4 minutes old: deuterium, helium, and a small amount of lithium. Dark matter also remains, but we do not yet know what form it is in.

​History of the Universe.

Figure 4. This image summarizes the changes that have occurred in the universe during the last 13.8 billion years. Protons, deuterium, helium, and some lithium were produced in the initial fireball. About 380,000 years after the Big Bang, the universe became transparent to electromagnetic radiation for the first time. COBE, WMAP, Planck, and other instruments have been used to study the radiation that was emitted at that time and that is still visible today (the CMB). The universe was then dark (except for this background radiation) until the first stars and galaxies began to form only a few hundred million years after the Big Bang. Existing space and ground-based telescopes have made substantial progress in studying the subsequent evolution of galaxies. (credit: modification of work by NASA/WMAP Science Team)​

​The universe gradually cooled when it was about 380,000 years old, and at a temperature of about 3000 K, electrons combined with protons to form hydrogen atoms. At this point, as we saw, the universe became transparent to light, and astronomers have detected the CMB emitted at this time. The universe still contained no stars or galaxies, and so it entered what astronomers call “the dark ages” (since stars were not lighting up the darkness). During the next several hundred million years, small fluctuations in the density of the dark matter grew, forming gravitational traps that concentrated the ordinary matter, which began to form galaxies about 400–500 million years after the Big Bang.

By the time the universe was about a billion years old, it had entered its own renaissance: it was again blazing with radiation, but this time from newly formed stars, star clusters, and small galaxies. Over the next several billion years, small galaxies merged to form the giants we see today. Clusters and superclusters of galaxies began to grow, and the universe eventually began to resemble what we see nearby.

During the next 20 years, astronomers plan to build giant new telescopes both in space and on the ground to explore even further back in time. In 2018, the James Webb Space Telescope, a 6.5-meter telescope that is the successor to the Hubble Space Telescope, will be launched and assembled in space. The predictions are that with this powerful instrument (see [link]) we should be able to look back far enough to analyze in detail the formation of the first galaxies.

Key Concepts and Summary

Twenty-seven percent of the critical density of the universe is composed of dark matter. To explain so much dark matter, some physics theories predict that additional types of particles should exist. One type has been given the name of WIMPs (weakly interacting massive particles), and scientists are now conducting experiments to try to detect them in the laboratory. Dark matter plays an essential role in forming galaxies. Since, by definition, these particles interact only very weakly (if at all) with radiation, they could have congregated while the universe was still very hot and filled with radiation. They would thus have formed gravitational traps that quickly attracted and concentrated ordinary matter after the universe became transparent, and matter and radiation decoupled. This rapid concentration of matter enabled galaxies to form by the time the universe was only 400–500 million years old.


Why aren't there any orbitals after s, p, d and f?

After Element 60 I noticed that there weren't any new orbitals anymore, there were just "more of the others". Why is that? Anything to do with energylevels?

There are. The orbital angular momentum quantum number can be anything from 0 to (n - 1), and n can be anything from 1 to infinity. The naming convention goes (starting from zero and increasing by 1 unit each time) like s, p, d, f, g, h, i, j, k, etc.

The problem is that we've only discovered 118 elements so far. We haven't got high enough in the ground state electron configurations to reach the g-orbital.

In nuclei, g, h, and i orbitals are easy to reach. The shell model even has a j-orbital at 168 protons or neutrons.

Anything to do with energylevels?

Yes, it's completely to do with the energies of the orbitals. Particles fill the orbitals in order of increasing energy. Atomic electrons fill all of the lowest-energy orbitals before they ever reach a g-orbital.


Getting (Un)Confused About Matter and Energy

In the last couple of weeks I produced an article on Mass and Energy (along with a bit on Momentum). But I warned you in that article not to confuse “Mass” (which is somewhat related to Energy, after Einstein’s work) and “Matter” (which is not related to energy, despite the fact that the phrase “matter and energy” can be found all over the place.)

I’ve just finished a new article “Matter and Energy: A False Dichotomy”. This article points out that “matter” is defined differently in different contexts. And in each of those contexts, matter and energy aren’t opposites, partners, or in any other way crisply related. The situation is inherently confusing — but I hope the article itself cuts through some of that confusion and helps clear up the matter.

Share this:

Like this:

Related

4 responses to &ldquo Getting (Un)Confused About Matter and Energy &rdquo

the simplest way to put it is ‘for every action is an equal and opposite reaction’…sir issac newton’s theory of pure simplicity standing the test of time. governing totality,and every singularity…eternity is a very long time in space,any inbalance beteween space time no matter how insignificantly minute has catastrophic cosequences…if for example the mass value of the universe increased by as little as one quark for every googlemilllion lightyears,eventually the entire universe would become one block of mass…(please note) if you think im being a little flippant to exagerate,im absolutely not!!mass has an eternity to do it in…as does energy.the first most fundamental law governs from totality to infinite singularity…the higgs bozon,and the higgs field,interact with mass in the same manner as time in space,…
Time is the equal and opposite reaction,preceeding the action of forming mass. just as all mass is basically congealed energy,all of space,is congealed time,both the positive,and negative…quantum at the particular level,yet in general its relative…

Thank you for an excellent site. I have read your particle/antiparticle article and would like to know the mechanism that actually converts mass in to energy – I am happy that +/- chatrges annihilate etc but what causes two equal masses to annihilate?

First, I’d like to rephrase your question because your phraseology, though çok common in public discourse, is actually not correct and quite misleading, and will actually end up confusing you very deeply.

I encourage you to read my mass and energy again (and if you already have, read it again, after reading this reply.) https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/mass-energy-matter-etc/mass-and-energy/ What is happening in electron + positron –> two photons should not be phrased as “mass being converted to energy”. What is happening is that “energy stored in mass is being converted to energy of motion“. Mass-energy –> Motion-energy.

Mass simply isn’t conserved. It can disappear. Or appear. And it does, all the time, in particle physics. The mass isn’t annihilating in these processes it’s just not something that has to stick around in the first place. Massive particles turn into massive ones massive particles turn into massless ones. Or ones of large mass turn into ones of small mass.

But always, always, always in particle physics, the energy (and the electric charge) is the same before and after any of these processes it is the energy that is being converted from mass-energy to motion-energy or from motion-energy to mass-energy, or even to other types of energy. And notice that unlike the electric charge, which is positive for the particle and negative for the anti-particle, or vice versa, and so in total is zero, the energy for the particle and the anti-particle is positive for both — so it doesn’t annihilate at all. The total energy is positive, and it remains so.

Ok — now, how can mass-energy be turned into motion-energy. Well, here we’re in danger of hitting a wall, I’m afraid. You know from your experience with little kids that every answer to a why question itself allows another why question, and at some point you hit the end of the road where the only answer is “because.” We’re close to that here. The only answer I can easily give you is that “this is something that particles (which are little ripples in fields) can do.” That’s not very satisfying.

What I would need to give you a more satisfying answer would be either

1) a description of the phenomenon in equations, which you wouldn’t probably want, but is the easiest way to explain it, unfortunately.

2) an example from nature, with which you are already familiar, that exhibits an analogous phenomenon. Unfortunately, I don’t have a good one (yet). The closest example I have — but it involves an analogy which is partly apt and also partly misleading — is to focus not on particle-antiparticle annihilation but on particle decay. When a particle decays (say, a Higgs particle turns into two photons) there is a similar disappearance (partial or complete) of mass, but with mass-energy converted to motion-energy. The analogy here is to dissipation, where a vibration of a violin string (which, notice, doesn’t move anywhere — the vibration is pinned to the violin) is converted to sound waves (which can travel outward from the violin to your ear.) https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/why-do-particles-decay/most-particles-decay-why/ But the mathematics for this, while vaguely evocative of the math for particle decay, is really not the same in detail, so it doesn’t really answer your question properly.

3) a video or mathematical simulation which would allow you to watch how this kind of thing can happen, either for particle-antiparticle annihilation or (more likely) for particle decay. I’m not sure if I know how to do this yet, and it would be a lot of work, but it is a direction that I might take this website in future.

Sorry I can’t do much better at this time. Following how energy moves around from place to place is one of the most important things to understand about nature, and I have to figure out some better ways of explaining it…

Thank you for the time you spent on this and apologies for my poor phraseology: it’s the mechanism of converting from one form of energy to another what I was after. Option (1) is probably best – some references would suffice.

First Time Visitor?

From the CMS experiment at the Large Hadron collider, a proton-proton collision that created a Higgs boson, which subsequently decayed to two particles of light (shown as green rods.)