Det tomme rum er ikke tomt: Roterende partikler udsat for friktion
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Det tomme rum er ikke tomt: Roterende partikler udsat for friktion

En roterende grafitpartikel med en radius på 100 nanometer i det tomme rum, hvor temperaturen er 2,7 kelvin, vil ganske langsomt over ca. 600 millioner år stoppe sin rotation.

Det forklarer Alejandro Manjavacas og Javier Garcia de Abajo fra Instituto de Óptica i Madrid i en ny artikel i Physical Review Letters.

Det er umiddelbart et noget overraskende resultat, for hvad skulle dog bremse en partikels rotation i det tomme rum?

Kvantemekanisk er det tomme rum, dog ikke fuldstændigt tomt, men fyldt med virtuelle partikler, der dukker frem og forsvinder igen.

Det er et forhold, som er velkendt fra Casimir-effekten, hvor vakuumfluktuationer i det elektromagnetiske felt giver anledning til en kraftpåvirkning på to metalplader, der er tæt på hinanden.

Det er også velkendt, at ladninger, der accelereres i vakuum, giver anledning til reaktionskræfter, der virker tilbage på ladninger, skriver Manjavacas og Garcia. Det vil påvirke drejningsmomentet for roterende ladninger.

Endelig vil selv accelererende neutrale objekter være udsat for friktionskræfter, da de udsender fotoner på grund af ændringer i randbetingelserne for det elektromagnetiske felt - et forhold der kendes som Casimir-stråling.

Et meget sværere problem

I forhold til disse situationer er det mere vanskeligt at indse, hvad der vil ske med en roterende, neutralt ladet kugle i vakuum, skriver de to spanske forskere i deres artikel.

Vil en sådan kugle udsende lys, når den roterer, og vil den på et tidspunkt stoppe rotationen?

Svarene kan kun findes ved en delikat kvantemekanisk analyse, skriver Manjavacas og Garcia - men kort fortalt er svaret ja på begge spørgsmål.

En simpel formel

De to spanske forskere præsenterer tilmed en enkel formel for, hvor lang tid kuglen vil rotere.

Under simple antagelser, der er gældende i de fleste situationer, viser beregningerne, at kuglens rotationstid først og fremmest afhænger af to parametre: kuglens radius og temperaturen af omgivelserne.

Mindre kugler roterer i kortere tid end større kugler, og jo højere temperaturen er, jo hurtigere stopper rotationen.

I varme støvområder i universet vil rotationen stoppe inden for et tidsrum, der kan måles i timer, dage eller år.

Men i områder, hvor temperaturen ligger omkring 2,7 kelvin, som er temperaturen af den kosmiske baggrundsstråling, vil en grafitpartikel med en radius på 100 nanometer kunne snurre rundt i omkring 600 millioner år.

Manjavacas og Garcias analyse er først og fremmest unik ved, at det er den første fuldstændige kvantemekaniske beskrivelse af roterende partikler, der er præsenteret. De peger dog selv på, at deres resultater også vil få betydning for studier af kosmiske nanopartikler.

Dokumentation

Vacuum friction in rotating particles

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvor tomt er det hvis der er partikler i det? Og bliver det mere eller mindre tomt fordi partiklerne stopper deres rotation.
De er godt nok svære at blive kloge på disse astrofysikere og kvantemekanikere.

  • 0
  • 0

@Ramskov

Tak for en glimrende artikel.

Der er en enkelt ting, jeg ikke forstår:

"Kvantemekanisk er det tomme rum, dog ikke fuldstændigt tomt, men fyldt med virtuelle partikler, der dukker frem og forsvinder igen."

Er du rar at uddybe det for undertegnede bondeknold ?

  • 0
  • 0

I kvantemekanikken bliver sampling teoremet (hvor godt kan en bølge karakteriseres med et endeligt antal målepunkter) til Heisenbergs usikkerhedrelation i og med at alle partikler har bølgeegenskaber.

Usikkerhedsrelationen sætter en nedre grænse for hvor lidt usikkerhed et system kan karakteriseres med. Det viser sig at usikkerhedsrelationen gælder alle systemer og dermed også tomt rum, hvor den sætter en grænse for hvor tomt rummet kan være. Rummet kan ikke være mere tomt end at der er nok partikler, der tilsammen har nok usikkerhed. Dette sker ved en kontinuær skabelse af partikel-antipartikel par, som regel med kort levetid.

Det er disse partikel-antipartikel par, der giver anledning til Hawking radiation omkring sorte huller, hvor par skabt lige ved horisonten ikke kan recombine og dermed bliver til stråling. Det vil sige at sorte huller har en udstråling og dermed mister masse over tid. I solerede sorte huller har derfor en begrænset levetid givet af horisontens overflade og hullets masse. Det er bl.a. denne effekt der garanterer at LHC ikke lave levedygtige sorte huller til fare for planeten, da et eventuelt sort hul vil fordampe.

  • 0
  • 0

@Svend Ferndinansen
Denne analyse drejer sig om en enkelt partikel, som er alene i et ellers tomt rum. Men du har ret i, at det nogen gange er svært at blive klog på kvantemekanikerne.

@Benny Allan Pedersen
Når temperaturen af det tomme rum er 2,7 kelvin, er det temperaturen af den kosmiske baggrundsstråling (eftergløden fra Big Bang), der er tale om. Se f.eks. hvordan institutleder John Renner Hansen fra Niels Bohr Institutet forklarer det her:
http://ing.dk/artikel/90621-spoerg-scienta...

@Henrik Pedersen
Se Jens Adler Nielsens kommentar.

  • 0
  • 0

Der kan da vel ikke være noget nyt i at solens udladninger fylder den del af verdensrummet vi befinder os i med en evig strøm af partikler der lige som alt andet lades med energi herfra .

  • 0
  • 0

@ Iver Schmidt Sørensen
Det har bare ikke noget med sagen at gøre. Her tale vi om en teoretisk beregning af, hvordan en enkelt partikel i et - i øvrigt - tomt rum opfører sig.

  • 0
  • 0

Jens Ramskov.
Netop --partiklet opfører sig som nævnt netop fordi det overlever på den energi det får tlført .
Tvivler også på teorierne om antipartikelteorien hvis man da ikke med disse mener partikler med overvejende modsat ladning , således disse kan "aflade" udslette det modsat ladede partikel.
Det ser også sort ud med de fleste teorier på "sorte huller" i de tilfælde hvor man ikke erkender disse er lignende et centrum i en hvirvelstorm , eller skypumpe for forklarings skyld , det sorte hul er et sugerørs centrum hvor alt bliver suget ind i og det er vel gængs teori , men de indsugede partikler hvirvles i den voldsomme rotation ud i det omgivende rør af adre partikler , suget er så stærkt at der ikke kan slippe lys, eller radiobølger ud herfra og resultatet er at hullet ikke kan ses og fremtræder som en sort plet .

  • 0
  • 0

@Iver Schmidt Sørensen
Rummet er tomt (bortset fra den ene roterende partikel) per definition.

Der er ingen energitiførsel i denne beregning. Læs den videnskabelige artikel, som jeg har givet link til.

Du taler om et fysisk system, som ingen relevans har for den matematiske beregning af, hvordan roterende partikler er udsat for friktion.

Sorte huller eller antipartikle spiller ikke ind i denne beregning.

  • 0
  • 0

Som jeg læser artiklen, så stopper elektromagnetisk stråling - herunder varme og lys - rotation.

Vil dette også ske, hvis vores partikkel er i et isoleret system, der påvirkes af høj varme eller lys? Jeg tænker på, om et gyroskop på nanoniveau, vil kunne stabiliseres, ved at belyse den, således den ikke drejer rundt.

Eller, kunne vi have en mikroskopisk stang, som vi påvirker af en kraft på den ene side - og så forhindre, at den starter rotation, fordi vi belyser den, således kraften overføres til den modsatte side af stangen, uden der opstår rotation? Det lyder jo spændende - så må der være en usikkerhed på kraft, når der er høj varme? Et emne, vil ikke kunne "mærke" hvor der trykkes, eller ihvertfald ikke rotere, og påvirkes således ens, indenfor en meget kort afstand.

  • 0
  • 0

Jens Ramskov.
Den eneste energi der ikke kan fraisoleres af noget materiale i et tom rum er magnetisme.
Kan det være den bremsende effekt ??

  • 0
  • 0

@Iver Schmidt Sørensen
Givet et volumen i rummet og man fjerner alle partikler i volumenet, så kalder vi volumenet tomt. Men der er stadig til et hvert tidspunkt virtuelle partikler med kort levetid til stede, idet disse kreeres kontinuært. Det er disse virtuelle partiklers påvirkning af det roterende neutrale legeme, der skaber en friktion.

@Henrik Petersen
Du er ikke alene med konklusionen om at der ikke er stor forskel på virtuelle og klassiske partikler. Kvantemekanikken kan f.eks. opstilles som klassisk mekanik plus interaktionen fra virtuelle partikler.
Personligt er min forståelse at virtuelle partikler typisk er i partikel-antipartikel par, hvor deres indbyrdes kinetiske energi er mindre end deres indbyrdes potentielle energi, hvorfor de annihilerer hinanden hurtigt. I denne forståelse er virtuelle partikler lige så reelle som klassiske partikler.

  • 0
  • 0

@Iver Schmidt Sørensen
Du spørger om magnetisme kan være den bremsende kraft. Det har i hvert fald noget at gøre med den elektromagnetiske kraft.

Her er et citat fra originalartiklen:
In this paper, we investigate the friction produced on rotating neutral particles by interaction with the vacuum electromagnetic fields.

  • 0
  • 0

Er rummet ikke tomt, vil det ikke være muligt for alt hvad der sker i rummer at forekomme.

Set lidt anderledes, så er tomheden et andet ord for at være det mindste, men tomheden er faktisk også et andet ord for at være det største.

Nu bliver det interessant, for det mindste (det tomme rum) er samtidig også det største (det rum hvori hele universet eksisterer).

Det mindste er det største og omvendt. 0 = 1
Det uendelige lille er også det uendelige store.

Et forståelsesbillede der ikke er til at fatte, men dog alligevel er realitet.

Med venlig hilsen
Lars Kristensen

  • 0
  • 0

Jens Ramskov.
Elektromagnetisk er nok mere korrekt i benævnelse i dette tilfælde og nok den eneste energi der vil kunne trænge ind i et rum der er så isoleret fra alle andre partiklers indtrængen , således der ene og alene befinder sig det ene partikel man vil måle på og som da udelukkende udsættes for elektromagnetisme .
Puha lang sætning.

  • 0
  • 0

"Tomhed" er den visuelle oplevelse af en mangel på gnidningsmodstand imod langsomme bevægelser, vi ved det fra lufttomme cylindere af glas hvor vi ser en fjer falde hastigt, et typisk forsøg.

Et andet forsøg er at lave to styk af vakuum og lægge dem sammen, man opdager at det ikke giver mening. Vi kender det fra et gammeldags barometer med kviksølv, som danner en variabel mængde af vakuum. Som ligner, at vakuum er "intet som helst". Man kan dog ane en mistanke i dette forsøg, at vakuum måske er en substans som atomer ikke evner at blokere for. Altså en tanke om, at vi måske befinder os midt inde nede i et ocean af noget, som atomer flyder omkring i.

Hvordan afprøve den tanke? Det er let: Hvis vi forøger hastigheden af en fysisk partikel, da opdager vi at der er en gnidningsmodstand i vakuum. Vakuum er altså ikke tomhed. Dette støttes alle vegne af vor synssans at vi kan se stjerner på himlen, som kun er muligt fordi vakuum er en substans der evner at formidle bølgebevægelser. Dette har de fleste overhovedet ikke lært i skolen. I danske skoler får børn typisk at vide at lys er partikler, og, hvis man presser en lærer, da vil læreren irriteret svare at lys er både partikler og bølger, og kalder det for en bølgepartikel, sindssygdom i en lærers faghjerne. Derfra udspringer der et hav af vanvid af forsøg på at forklare at sindssygdommen er korrekt. Perfekt grobund for skabere af science fiction. Einstein var en verdensmester til at våse så slemt at det inspirerer til mere vås. Alt hans vås hører hjemme på lossepladsen.

Problemet er, at det er vanskeligt at bevise med tekniske forsøg, at vakuum er en substans. Uden bevis, hvad skal man tro? Man ved intet, altså tror på man noget. Altså religion. Vi har foroven i denne tråd en artikel om et forsøg, der tyder på at vakuum ikke er helt tomt, og der nævnes "virtuelle partikler". Bedre vås findes ikke. Vakuum er altså åbenbart "måske tomhed". Samtidig kan vi læse artiklen med vore øjne, der er altså en bølgebevægelse imellem computerens skærm og vore øjne, og det kan ikke forklares med "måske tomhed". Bølger forudsætter et hav af partikler der indbyrdes udveksler en energi med hinanden.

En meget vigtig fysisk egenskab, er spin, rotation. Et gyroskop er overhovedet ikke let at kyle omkring med, i hvert fald kun i visse dimensioner af vinkler. Man kan forestille sig meget om vakuum, fordi vi intet ved. Måske er vakuum et hav af ganske almindelige kvarker og lignende i gigantiske antal og som tilfældigt ikke har fået et spin endnu, eller som har mistet spin. Uden et hurtigt spin: måske betyder det en meget lille modstand imod bevægelser, og dermed med en evne til at støde effektivt sammen imod hinanden, dermed en evne til at kunne formidle bølger. Specialtilfældet, atomer, er måske blot et reaktionsfænomen når det antal af partikler bliver presset tæt sammen, partikler som tilfældigt alle sammen har et spin med høje hastigheder, et kaotisk hvirvel af gyroskoper. Disse tanker, sådan cirka, vil forklare tyngdekraften (skyggevirkninger i et ocean der danner et tryk). Disse tanker vil også forklare vakuums bølgeudbredelseshastighed, det fænomen som vi har kaldt for "lys", at hastigheden altid er cirka den samme i alle retninger, kun muligt hvis havet af bittesmå partikler er uden nogen væsentlige spin-hastigheder, eller, at antallet er så gigantisk at små variationer udjævner sig.

Hvis sådanne arter af tanker er blot nogenlunde rigtige, da vil vi kunne bygge rumraketter der kan flyve hurtigere end bølgeudbredelseshastigheden igennem vakuum. Det vil kræve en lang og meget stærk og spids raket med en masse atomer ombord som brændstof, som skal kyles baglæns for at danne fremdrift. Ved høje hastigheder vil raketten måske opleve så stor en gnidningsmodstand at rakettens længde forandrer sig, og vakuum som er allernærmest omkring raketten, vil også forandre sig, danne et større tryk allernærmest, en større tæthed imellem partikerne som vakuum består af, en naturlig dannelse af bølgehvirvler der vil forstyrre de sædvanlige visuelle rumlige geometrier. Det svarer til, at når en færge sejler hurtigt, da kan udendørs passagerer ved rælingen ikke se ret godt nedad igennem havets overflade tæt omkring skibet.

Endnu et billede: Hvis man giver en prop en meget høj spin-hastighed og lader proppen falde til neddykket i et bassin, da vil rotationshastigheden blive opslidt af den energi der hele tiden bliver stjålet af udsendelsen af bølger i vandets molekyler, på grund af sammenstød imellem proppens overflade af atomer, og vandets molekyler. Bølgeudbredelser igennem vakuum må nødvendigvis fungere sådan, beviset er at vi kan se med vore øjne.

  • 0
  • 0

I denne tråd/artikel har vi så lært at:
- Virtuelle partikler har en fysisk eksistens.
- Elektromagnetiske bølger opstår af sig selv i det ellers tomme rum.
- 1 = 0 (Den har jeg ledt efter længe, nu kan jeg endeligt bevise at min computer tager fejl når den hårdnakket påstår at jeg har skrevet noget forkert kode).
- At man bare skal bruge en meget spids rumraket så kan man opnå overlyshastighed.

Hvad mon bliver det næste på dette forum?

  • 0
  • 0

Uvidenhed eller---? energi-skyen af energi i to partikler med modsat spind vil i nærkontakt virke som tand i tand tandhjul og være uden bremsende effekt . Det modsatte hvis to partikler er i samme spinretning , da vil de onmkringværende energi-skyer komme i modgnidning og ophobe bremsende energier imellem sig .
Er det almen viden ?

  • 0
  • 0

@Iver Schmidt Sørensen
Jeg kan jo kun snakke for mig selv, men jeg har i denne tråd haft vanskeligt ved at forstå hvad du mener. Primært har det været vanskeligt at skelne mellem dokumenterede postulater og spekulative teser.
For at svare på dit smørgsmål, så kender jeg ikke til en naturlov, der regulerer elementarpartiklers vekselvirkninger kun ved at se på spinretningen uden at kigge på elektrisk ladning. Derudover er jeg usikker på concepterne bremsende effekt, modgnidning og energisky:
- Bremsende effekt fordi spin af elementar partikler er diskret.
- Modgnidning, fordi jeg aldrig er stødt på det ord før og fordi friktion ikke er defineret for elementar partikler.
- Energisky, fordi jeg kun kender energi som potentiel energi, kinetisk energi og masse.

  • 0
  • 0

Jens Adler.
En partikel kan ikke have en afgrænsning-(-iflg. forsøg med passager gennem spalteåbninger har partikler) en efter min mening omkring sig en til umålelighed stor energi udbredelse ,som jeg kalder energisky,eller energiudbredelse.Det er disse energiubredelser jeg tror der må have indbyrdes påvirkning .

  • 0
  • 0