Allereerst Lynnyx hartelijk welkom op het forum. Als je van wetenschappelijke vragen stellen houdt, ben je hier aan het goede adres, en niemand zal je daar raar op aankijken. Ik ga maar lineair door je post heen, dat is misschien het makkelijkst bij zo'n kannonade aan vragen. Wellicht is het makkelijker in het vervolg om maar 1 vraag per topic te stellen, maar hier is dat misschien moeilijk omdat het een algeheel aantal puzzel stukjes zijn die ontbreken volgens mij.
Licht bestaat voor zover ik weet uit fotonen
Klopt, maar licht is een beetje een vervelende eikel. Licht kan je namelijk soms het beste zien als een kannonade aan kleine deeltjes genaamd fotonen. Het deeltjeskarakter van licht, het bestaat uit hele kleine biljartballen en gedraagt zich ook zo. Echter soms (meestal) is het handiger om licht te zien als een stralingsgolf. Dit heb je nodig om licht breking en dingen zoals diffractie (kleuren in een prisma, een regenboog, lichtbreking etc.) op een goede manier te verklaren.
de kleinste deeltjes uit het dagelijks leven,
Tja dat is dan meteen lastig met die dualiteit (het licht moeten zien als golf EN als deeltje) die ik zojuist heb uitgelegd. De golflengte van zichtbaar licht is tussen de 400 en 800 nanometer (ongeveer), dus je zou kunnen zeggen dat een foton van roodlicht zo'n 800 nm groot is. Als je naar licht en de interactie met materie wil kijken (ik heb het gevoel dat je post daar naar toe gaat), dan moet je denken in golven. Dus het licht deeltje is dan zo'n 800nm groot, wat zo'n 2000 keer groter is dan bijvoorbeeld een atoom in een kristal als glas. Dus er zijn genoeg kleinere deeltjes.
deeltjes die we eigenlijk nauwelijks kunnen onderscheiden van energie en die in een instant ook kunnen overgaan in energie(, waardoor de kleur van een mat zwart oppervlak inherent is aan het feit dat de fotonen hier niet terugkaatsen, maar omgezet worden in energie(, warmte)). Heb ik dit goed begrepen?
Nauwelijks te onderscheiden van energie zou ik niet willen zeggen. Laten we naar je voorbeeld van het zwarte oppervlak kijken. Ik weet je niveau niet goed, dus als ik iets uitleg wat je al lang weet, moet je me dat maar vergeven, en als je iets niet begrijpt, moet je me dat ook maar vergeven en gewoon vragen.
Het zwarte oppervlak zal uit atomen bestaan en die bestaan weer uit elektronen. Die elektronen draaien om de atoomkern heen, een heel klein beetje vergelijkbaar met ons zonnestelsel waar planeten om de zon heendraaien. De elektronen zitten niet zomaar, zoals onze planeten, op een willekeurige afstand om de atoomkern heen, maar zitten op hele specifieke afstanden. De hoogte van die elektronen is van veel dingen afhankelijk, en ik denk dat je zou kunnen zeggen dat hoe hoger het elektron van de kern af zit, hoe meer energie het elektron heeft. Je moet wel weten dat een elektron niet op elke willekeurige hoogtes kan zitten, maar op bepaalde gequantiseerde energie niveaus. Quantisatie is dus ook waar de Quantum in Quantum mechanica vandaan komt.
Goed ik heb dus verteld dat elektronen in gequantiseerde banen zitten en dat als ze meer energie hebben dat ze dan in een hogere baan zitten dan als ze minder energie hebben. Elektronen kunnen ook van een lagere baan naar een hogere baan gaan, maar daar hebben ze een beetje energie voor nodig. De manier waarop een elektron energie kan krijgen is door een foton op te eten (absorberen), hij neemt de energie van het foton in zich op en gaat op een hogere energie 'baan' zitten. Andersom werkt dit ook, een elektron kan ook naar een lagere baan gaan en energie over hebben, die stuurt dan een foton uit. Ik vertelde ook dat niet alle banen toegankelijk zijn voor de elektronen (quantum mechanica), dus lang niet alle fotonen zullen wat doen voor een elektron. Als een elektron zoveel energie nodig heeft als een foton van blauw licht in zich draagt om naar de volgende baan te gaan, dan zal een rood foton niet genoeg energie hebben om het elektron naar de volgende baan te brengen. Andersom zal het materiaal met die specifieke elektronbanen alleen maar rode fotonen uitzenden. Is dat helder?
Als een foton niet genoeg energie heeft om een elektron naar de volgende baan te schieten, kan het wel zo zijn dat de energie van het foton omgezet wordt in warmte, doordat het heel hard tegen het atoom aan botst en deze daardoor laat trillen. Warmte is niets anders dan trillende atomen, en presto. Fotonen met energien van zichtbaar licht hebben niet genoeg energie om de elektronen van het zwarte materiaal in een hogere baan te duwen, en botsen dus alleen tegen de atomen en worden omgezet in warmte. Bij een rood materiaal, zullen dus de rode fotonen uit het zonlicht gebruikt worden om de elektronen omhoog te duwen, en het elektron valt even later weer naar beneden en stuurt dus weer een rood foton weg. Alle andere kleuren worden geabsorbeerd en omgezet in warmte.
Men zegt ook dat tussen de atoomkern en tussen de elektronenwolk en dus ook tussen de elektronen in de elektronenwolk, en tussen de verschillende atomen en/of moleculen zich niets bevindt.
Ook heb ik begrepen dat er grote holtes zijn in het heelal. Tussen alle elementen zitten holtes waar zich (zo goed als) niets bevindt. Heb ik (ook )dit goed begrepen? Kan u eventueel na mijn uiteenzetting dieper hierop ingaan als mijn niveau dit vereist?
Klopt tussen de elektronen en de kern zit niets. Je kon dit geloof ik vergelijken met een hand vol zand in een kathedraal (qua verhoudingen). Tussen de verschillende atomen en moleculen zit ook niets, omdat dat de kleinste bouwstenen zijn van materie. Dus er kan bijvoorbeeld geen lucht tussen zitten omdat dat zelf ook weer van atomen gemaakt is. Zie moleculen als de woorden van de natuur en de atomen als de letters die de woorden vormen. Als je in het boek van de natuur kijkt zie je tussen de letters ook geen andere dingen toch? De letters zijn de kleinste bouwstenen. Dat er grote holten zijn in het universum, is zeker ook waar, maar heeft niets met het ander te maken. Je moet oppassen dat je niet een oneigenlijke vergelijking maakt. Een atoom is leeg, het hoofd van mijn docent is leeg, met andere woorden het hoofd van mijn docent is een atoom, of heeft er iets van weg.
Ook heb ik begrepen dat licht dat water een bepaalde brekingsindex heeft als het water ingaat, echter vanaf een bepaalde hoek weerkaatst het licht op water. Ik heb destijds aan mijn leraar gevraagd hoe dit komt, maar hij zei dat het nogal ingewikkeld was(, we hadden weinig tijd). Ik heb dit daarna nooit meer gevraagd. Maar ik zou het op prijs stellen als iemand dit kan uitleggen, want naar mijn idee is ook dit gerelateerd aan mijn vraag. Hoe gedraagt licht zich dus in het algemeen en hoe blijkt dat in deze casus?
Dit kan met alle transparante materialen gebeuren, niet alleen met water. Dit heeft te maken met licht breking. Het is vrij handig uit te leggen naar aanleiding van twee analogien. Denk bijvoorbeeld eens aan iemand die met een auto over de snelweg reist. Op het moment dat hij moet uitwijken voor een andere auto, zal hij richting het gras gaan rijden. Hij rijd dus schuin rechts in de berm. Zodra zijn rechtervoorwiel het gras raakt zal het heel erg heftig worden afgeremd. Op het moment dat dat gebeurt, rijd het linkervoorwiel nog wel op de weg en heeft nog steeds dezelfde snelheid. De auto zal nu een bocht naar rechts willen maken, omdat de rechterkant vertraagd wordt. Zo werkt het ook ongeveer met licht. Als licht vertraagd wordt omdat het in een andere materiaal komt (bijvoorbeeld water) zal het een beetje worden afgebogen. Afhankelijk van hoe heftig de hoek was waarmee je in het water scheen en afhankelijk van de brekingsindex zal het water op een gegeven moment terugkaatsen. Het is in dit geval misschien makkelijker om het andersom te zien. Stel je voor dat je een laser onderwater hebt die schijnt naar het wateroppervlak. Op het moment dat het al onder iets van 40 graden tegen het wateroppervlak schijnt zal het volledig de laser terugkaatsen. Kijk maar eens vanaf de grond door de ruit van een aquarium, je zult zien dat vanaf bepaalde hoeken je niet meer door het water naar het plafond kan kijken. Weer terug naar de analogie. Op het moment dat je op de berm rijdt met je auto, en terug wil naar de snelweg, zal je voorwiel welke voor het eerst de autoweg raakt, even flink versneld worden omdat de weerstand van de weg minder is dan de berm. Hierdoor zal dat wiel versnellen en rij je terug de berm in. Teken het maar eens voor jezelf.
Hoe het echt komt met moleculen en licht is iets ingewikkelder uiteraard. Je weet nu dat atomen licht absorberen en ook direct erna weer uitzenden als een elektron weer terug valt. Wanneer de miljarden fotonen uit een lichtstraal een materiaal tegenkomen, zullen ze allerlei elektronen in hogere banen brengen die ook weer naar beneden storten. Wanneer dat gebeurt sturen de atomen in een willekeurige richting het foton uit. De reden dat je niet licht alle kanten op ziet gaan heeft te maken met interferentie. Dit betekent zoveel als golven (fotonen) optellen. Misschien kan je voorstellen dat wanneer een golf op een hoogtepunt is en het een golf tegenkomt met een dieptepunt dat ze elkaar dan opheffen (wellicht heb je wel eens van anti-geluid gehoord, dit is precies dat). Andersom kan het ook, als twee golven precies gelijk aan elkaar zijn (twee fotonen dus), en hoogtepunten aansluiten aan de hoogtepunten, dan worden de hoogtepunten twee keer zo hoog, en het foton dus twee keer zo fel. Het leuke is dat op het moment dat al die fotonen willekeurig uitgestuurd worden in een materiaal, dat alleen de fotonen in de voorwaartse richting op een constructieve manier interfereren. De rest dooft elkaar uit, net zoals antigeluid. Als de snelheid van het licht in een materiaal lager is (wat het eigenlijk bijna altijd is) dan in de buitenlucht, zal het een beetje afgebogen worden. Dus het licht wordt een beetje in een andere richting constructief geinterfereerd. Dus onder een hoek zie je de straal doorgaan, en de rest van de richtignen zijn uitgedoofd.
Hoe kan licht zich zo veelvuldig door het 'niets' bewegen? Ik vind dit eigenlijk een bizar verschijnsel, hoe kan er iets door niets heen gaan?
Helaas heb je hier een van de allergrootste mysteries te pakken van het universum. Het is niet voor niets dat honderden jaren mensen gedacht hebben dat licht een medium nodig heeft. Net zoals dat geluid trillingen van lucht is en golven op zee het water nodig hebben om te golven. Wat heeft licht dan nodig om in te trillen? Men dacht dat er iets moest zijn en noemde dat de ether. Zoals ik het graag zie is het volgende (geen idee of het klopt). Licht is een golf, zoals ik had verteld. Het is alleen een beetje ingewikkelde golf. Namelijk het is een golf van een elektrisch veld (wat om een battarij zit) en een magnetisch veld (het veld om een magneet heen) door elkaar heen. Dus je hebt in de x-richting een elektrische golf, en in de y-richting een magnetische golf (ik ga ervanuit dat je coordinaten hebt gehad, anders moet je het zeggen). De golf zelf plant zich voort in de z-richting. De elektrische golf en de magnetische golf wisselen elkaar af, wanneer de ene hoog is, is de andere laag. Ik zie het altijd zo dat de energie door gegeven wordt tussen de magnetische golf en de elektrische golf. Een beetje alsof ze allebij elkaar voortduwen door het universum heen en steeds energie uitwisselen. Volgens mij is er geen bewijs of theorie nog die onomstotelijk verklaart waarom licht dit kan.
'oer-atoom'
Ik weet niet precies wat je daarmee bedoelt. Misschien het zaadje voor de oerknal? Ik geloof er persoonlijk niet zo in. Er is ook niet echt een tijd voor de oerknal omdat de tijd begon bij de oerknal. Tijd begon te lopen na de oerknal. Dus ervoor bestaat niet, het kan oneindig lang geduurt hebben of 0 seconde tegelijkertijd. Want er is geen tijd. Dat is wel een ****.
Deze gedachte roept op haar beurt weer het volgende vermoeden bij mij op: Als het 'niets' zoals wij dat kennen, daadwerkelijk hetzelfde zou zijn als geen deeltjes in zich hebbende, dan zou dit toch een scheuring betekenen?
Dat volg ik niet, waaorm zou het moeten scheuren, omdat er een vacuum dan is?
Dat roept bij mij alwéér de volgende redenering op: Als ik aan een koekje hard genoeg trek dan scheurt het, maar als het heelal hetzelfde zou werken dan zou het heelal aan de binnenkant ook scheuren?
Het heelal kan absoluut gaan scheuren, sterker nog dat gebeurt bij een zwart gat en bij een wormhole. Dit is echter wel een heel erg uitgebreide discussie later.
Dan begeef je je in de relativiteit en dan kan ik je aanraden om eerst eens het forum door te lezen. Ik ben elders relativiteit wel redelijk toegankelijk aan het uitleggen.
Roept bij mij de vraag op, leven wij in een oneindig heelal?
Tja daar zijn een aantal ideeen over. Kijk eens bij minicursussen voornamelijk bij die van Rogier over de ruimte tijd, erg leuk om te lezen.
Goed ik hoop dat ik je wat verder heb kunnen helpen. Probleem is dat als mensen doorelkaar jouw vragen gaan beantwoorden dan wordt het misschien een bende. Dus in het vervolg 1 vraag per topic. Hopelijk snap je waarom. Een topic kan heel snel door elkaar gaan lopen.
EDIT: Volg Jan's idee op! Ik was te lang bezig met deze post.
Zoals ik al zei, 1 vraag per topic.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.
