Elektroner; hva er de?!

[Ayb]

Har i lang tid prøvd å få en endelig forståelse av hva elektroner er, uten hell. Når jeg først trodde jeg hadde forstått at de er (la oss forklare det lett) noe "magisk" noe som ikke befinner seg på noe bestemt sted før de blir påvirket av et måleinstrument, så leser jeg et annet sted at jo, de er helt vanlige partikler som til enhver tid befinner seg på kun ett sted, men at forskerne bare kaller dem for en ubestemmelig sky siden det er så vanskelig for mennesker å vite akkurat hvor de er.

Så hva er det? Eller er det ingen som vet dette enda?

Prøver å forstå hvordan quantum tunneling fungerer, og skulle da gjerne visst hvordan elektroner fungerer først.

 

Håper spørsmålet var noenlunde forståelig, i motsetning til temaet.

[Multiverktøy]

negative ladninger rundt atomer?

[L4r5]

Elektroner er negativt ladete elementærpartikler.

[Ayb]

Takker for svar, men jeg var helst ute etter noe mer enn det man lærer på barneskolen.

[Potetmann]

Det at man ikke kan vite den nøyaktige posisjonen til enhver tid skylles heisenbergs uskarpshetrelasjon. I fysikken bryr man seg ofte mer om virkningene av ting enn om hva ting faktisk er. For eksempel vet man ikke hva masse eller ladning egentlig er, men man kan beskrive fenomener som gravitasjon eller elektriske krefter allikevel. Det at man sier at elektronet er en negativ partikkel er bare vikårlig. Man kunne like godt ha sagt at protonet har blå ladning og elektronet har rød. Poenget er at ved å si at de har motsatte ladninger blir det lettere å forstå hvordan elektriske krefter virker.

Endret 7. mars 2013 av Potetmann

[Han Far]

Det er ikke slik at elektroner kun er på ett punkt, og at vi bruker uskarphetsrelasjonen kun fordi vi ikke har gode nok instrumenter til å måle posisjonen. Posisjonen til elektronet er smurt utover rommet, slik at det ikke er "på denne siden av atomet 50% av tiden", men "50% på denne siden av atomet".

 

Slik er det helt til vi gjør en måling av posisjonen. Hvis jeg har et apparat som kan fortelle meg at et elektron er f.eks 0.1 nm fra et punkt, tvinger jeg elektronet til å være inne i et område så stort som det jeg har informasjon om. Det er da rimelig å si at jeg har klemt sammen elektronet til en kule med radius på 0.1 nm. Det vil såklart ikke ha den formen for alltid etter at jeg slutter å måle, det vil gå over ganske kjapt. Dette er forøvrig litt av kjernen i spørsmålet om elektronet er en bølge eller en partikkel: Når elektronet er klemt sammen til et lite punkt vil partikkeloppførselen være veldig fremtredende. Det oppfører seg mer som en klinkekule enn som en stor, myk ball.

 

Ett eksperiment som viser veldig mye av galskapen er dobbeltspalteforsøket. Elektroner skytes mot en plate med to parallelle sprekker. Bak platen er det en detektor, f.eks en fotografisk film som får et merke der det ble truffet. Hvis vi sender inn laserlys vil vi få interferensmønster som vist her. Hvis vi sender inn en strøm av elektroner får vi det samme mønsteret! Det tyder på at elektronene oppfører seg som bølger, som interfererer med hverandre og hele greia.

 

Men det blir verre: Hvis vi sender inn elektronene ett og ett får vi det samme interferensmønsteret. Man skulle tro at elektronene blir skutt gjennom én spalte og treffer som punkter, siden de ikke har noe å interferere med. Slik er det altså ikke. Det tyder på at elektronene, siden de kan være smurt ut i rommet, passerer gjennom BEGGE spaltene som bølger, og interfererer med seg selv!

 

Men det blir verre: For hva om vi gjør som jeg nevnte noen avsnitt over, og måler hvor elektronene er, slik at vi kan tvinge dem til å oppføre seg som partikler? Det går an å gjøre ved å plassere detektorer ved spaltene, slik at vi vet om et elektron gikk gjennom til venstre eller høyre. Hvis vi gjør den målingen, får vi ikke lenger interferens. Målingen ved venstre spalte gjør at elektronet ikke passerer gjennom høyre, og ikke interfererer med seg selv. Bare det å se på elektronet påvirker utfallet.

[Ayb]

Tusen takk for utfyllende svar! Dette var det jeg var ute etter.

[Simonhauan]

Kanskje denne videoen også hjelper litt

[Flin]

Spørsmålet fra tittelen står enda, hva er elektroner? Spørsmålet du stiller er et av de mest fundamentale spørsmål du kan spørre. Et spørsmål man nesten ikke kan gi et godt svar på.

 

Hvis du derimot spør hvordan oppfører et elektron seg, ja da kan vi svare. Vi kan beskrive egenskapene til elektroner godt og Han Far gir et godt sammendrag av de vi vet. Et svar jeg har fått at et elektron er en ting som oppføre seg sånn som elektroner oppfører seg.

 

Nå finnes det teorier som prøver å forklare ting på et enda mer fundamentalt nivå, men om man foreksempel tar streng teori så får man bare et nytt spørsmål. Hva er en streng?

 

 

Tunellering er også en ganske komplisert prosess hvis du skal forstå det 100%. Du kan jo sjekke ut

[SeaLion]

Nå finnes det teorier som prøver å forklare ting på et enda mer fundamentalt nivå, men om man foreksempel tar streng teori så får man bare et nytt spørsmål. Hva er en streng?

 

For å ikke snakke om hvordan man eventuelt skal kunne påvise eksistensen av slike strenger. Det er antatt at hvis man hadde hatt en hyper-LHC, som var ca trehundretrillioner ganger kraftigere, så kunne man funnet ut om strenger eksisterer eller ikke. Inntil da kan de såkalte strengteoriene faktisk kun regnes som vitenskaplige hypoteser.

[-trygve]

Det finnes faktisk noen halmstrå å klamre seg til. Et er eksistensen av ekstra dimensjoner; dette er faktisk en forutsigelse fra strengteori, men oppdagelsen av ekstra dimensjoner alene er ikke nok til å bekrefte strengteori. Men hvis det viser seg at det finnes ekstra dimensjoner med tilstrekkelig stor utstrekning vil det i de fleste modeller gjøre at energiskalaen som er nødvendig for å se strenger er lavere enn ellers antatt.

 

Et annet halmstrå er indirekte effekter av fysikk på strengnivå. Akkurat hvilke indirekte effekter vi eventuelt kan komme til å se er vanskelig å forutsi, men for å forstå konseptet kan man se på Brownske bevegelser. Det man studerer der er støvkorn som kanskje er av mikrometer-skala, og ut fra det kan man ikke bare påvise eksistensen av atomer, men også estimere størrelsen på atomene.

 

Men som sagt, dette er bare noen halmstrå å klamre seg til. Jeg er stygt redd for at realiteten er at vi trenger denne hyper-kollisjonsmaskinen som er fullstendig utenfor rekkevidde.