Szybciej od światła w idei "teleportacja elektronu do przestrzeni nadświetlnej"

W labiryncie idei

Motto: Jądro planety stygnie, Ziemia się zapada, rośnie w siłę natury globalna zagłada.

Idea:
We wszechświecie rozszerzającej się przestrzeni niemożliwy jest kosmolot szybszy od światła.
Zatem trzeba zatrzymać rozszerzanie się przestrzeni wszechświata, aby kosmolot był możliwy.

Ilustracja ChatGPT

W tym ułożeniu wykorzystana jest idea z poprzedniej notki (link). Tu eksperyment idei w "laboratorium ChatGPT". Scenariusz oparty jest na ułożeniu sprzeczności: nieokreśloność i określoność. Ponadto w idei fantastyki i teleportacji (hipotetyczny w skali makroskopowej proces przenoszenia obiektów z jednego miejsca w inne, bez zachowania ciągłości istnienia obiektu w przestrzeni).

W tej idei dla prędkości elektronu v = 0 masa relatywistyczna równa się masie spoczynkowej, m_r = m₀. Natomiast dla prędkości v → c masa relatywistyczna jest masą elektronów i pozytonów bezładnościowo bezmasowych. Jednak w samej idei nie znane jest czy wzrost masy relatywistycznej elektronu związany byłby ze wzrostem masy relatywistycznej w układzie go rozpędzającym, zbudowanym z materii matematycznych nukleonów, czy odnosi się do pozytonu bez masy spoczynkowej związanym z elektronem? Potrzeba taki pozyton poglądowo dodać w idei. W poprzednich rozważania było przyjęte, że elektron/pozyton z masą spoczynkową nie anihiluje z pozytonem/elektronem bez masy spoczynkowej.

Elektron z masa m₀ wraz pozytonem bez masy m₀

W tym ułożeniu elektron związany jest z pozytonem. Pozytonu nie widzimy, ponieważ nie ma masy spoczynkowej. W idei E = mc² kropka atramentu na papierze to "kropka masy", a piksel na ekranie to "kropka energii". Zatem elektron można pośrednio pokazać.

Poniżej szkic obrazu ukazuje oddziaływanie elektrostatyczne i elektrodynamiczne pomiędzy elektronem i pozytonem. Gdyby elektron był w spoczynku, to działałaby na niego tylko siła elektrostatyczna. Ponieważ jest w ruchu "wokoło pozytonu bez masy m₀" (w idei fantastycznej obie cząstki są w ruchu względem siebie), to działa na niego również siła magnetyczna.

Przeskok międzyprzestrzenny

Pokonanie bariery c (szybkość światła) pomiędzy przestrzenią podświetlną i nadświetlną poprzez "techniczna fluktuację" przyrostu zmiany energii w czasie.

ChatGPT: Formuła ΔE⋅Δt ⩾ ℏ/2 jest wyrażeniem zasady nieoznaczoności Heisenberga, jednej z fundamentalnych zasad mechaniki kwantowej. Zasada ta dotyczy ograniczeń, jakie istnieją w dokładnym pomiarze pewnych par wielkości fizycznych. W tym przypadku odnosi się do nieoznaczoności energii i czasu.

Przykład zastosowania: Jeżeli elektron przechodzi między dwoma poziomami energetycznymi w bardzo krótkim czasie, zasada nieoznaczoności mówi, że energia tego przejścia nie może być dokładnie określona.
Znaczenie zasady: Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi, że im dokładniej mierzymy jedną z tych wielkości (np. energię), tym mniej dokładny jest pomiar drugiej (np. czasu).

*
Rys 1. Szkic idei:

Energia impetu przyspieszenia w przestrzeni podświetlnej i hamowania w przestrzeni nadświeltnej:

Fluktuacja w naturze próżni, skala: ΔE_p⋅Δt_p ⩾ ℏ/2 → cząstka w przestrzeni podświetlnej.
Fluktuacja w naturze techniki idei: ΔE_?⋅Δt_? ⩾ ℏ/2 → cząstka w przestrzeni nadświetlnej?
Matematyczne nukleony są odporne na działanie bozonu Higgsa, Ziemia się nie zapadła.

W fizyce jest stosowany wzór pierwszy. Dlatego ΔE i Δt odróżnione są powyżej poprzez indeks "p" oraz "?".

Eksperyment w "laboratorium ChatGPT"

Czy w tej idei w rzeczywistym laboratorium elektron pokona międzyprzestrzenną barierę c i przemieści się z przestrzeni podświetlnej do przestrzeni nadświetlnej - zniknie "zanurzając się" w przestrzeni π (pi)?

W pierwszym eksperymencie teleportowany jest w idei elektron od prędkości v = 0 do v = 0.5.
W drugiem eksperymencie teleportowany jest w idei elektron od prędkości v = 0.866 do v = 0.9c.

1. ChatGPT

1. Czy można elektron rozpędzić do szybkości v = 0.5c (c - szybkość światła)?

Tak, elektron można rozpędzić do prędkości v = 0.5c, gdzie c to prędkość światła w próżni. Ponieważ elektron ma masę spoczynkową, podlega zasadom szczególnej teorii względności. Prędkość 0.5c jest osiągalna, jednak dla elektronów poruszających się z dużymi prędkościami, konieczne jest uwzględnienie relatywistycznych efektów. Im bliżej prędkości światła, tym więcej energii potrzeba na dalsze przyspieszenie.

2. Ile wyniosłaby zmiana energii elektronu ΔE po zmianie jego prędkości z v = 0 do v = 0.5c?

Zmiana energii elektronu wyniosłaby około ΔE ≈ 1.27 × 10⁻¹⁴ J.
// 1eV = 1.602 × 10⁻¹⁹ J, ΔE = 79.3 keV //

3. Oblicz Δt dla ΔE = 1.27 × 10⁻¹⁴ J z równania ΔE * Δt = ℏ/2.

Czas wynosi około Δt ≈ 4.15 × 10⁻²¹ sekundy.

4. Oblicz jakiej siły potrzeba, aby rozpędzić elektron z prędkości v = 0 do v = 0.5c w czasie Δt = 4.15 × 10⁻²¹?

Siła potrzebna do rozpędzenia elektronu z prędkości v = 0 do v = 0.5c w podanym czasie wynosi około F ≈ 0.038 N.
Siłę F można zweryfikować na podstawie równania zmiany energii i czasu. Możemy użyć relacji F = ΔE / v ⋅ Δt do przeliczenia, czy uzyskana wartość siły pokrywa się z wcześniejszym obliczeniem F ≈ 0.038 N. Wcześniejsze obliczenie dało wynik F = 0.038 N. Rozbieżność sugeruje, że wcześniejsze obliczenia były nieco zawyżone. Aby energia ΔE = 1.27 × 10⁻¹⁴ J była zużyta na przyspieszenie elektronu w czasie Δt = 4.15 × 10⁻²¹ s, wymagana siła wynosi F= 0.0204 N.

2. ChatGPT:

Zagadnienie:
1. Czy można elektron rozpędzić do szybkości v = 0.9c (c - szybkość światła)?
2. Podaj ile wyniosłaby zmiana energii elektronu ΔE po zmianie jego prędkości elektronu z v = 0.886c do v = 0.9c?
3. Podaj czas Δt dla obliczonej w punkcie 2 zmiany ΔE z równania ΔE * Δt = ℏ/2.
4. Podaj jakiej siły F potrzeba, aby rozpędzić elektron z prędkości v = 0.886c do v = 0.9c w czasie Δt obliczonym w punkcie 3 dla zmiany ΔE obliczonej w punkcie 2?

Odpowiedź: ... //formuły//...

Czy chciałbyś, abym teraz przeprowadził szczegółowe obliczenia dla każdego z tych punktów? Możemy obliczyć zmiany energii, czas oraz siłę na podstawie podanych danych.

Tak, oblicz i podaj wynik dla powyższych wartości ΔE, Δt, F.

It seems like I can’t do more advanced data analysis right now. Please try again later...

Teraz nie może przeprowadzić bardziej zaawansowanej analizy danych.
I później, później... również nie mógł. Jak już będzie mógł, to dopiszę.

cdn. Dopisane.

Odpowiedź: Tak, elektron można rozpędzić do prędkości v=0.9c, ale przy bardzo dużym nakładzie energii. Zgodnie z teorią względności, im bardziej prędkość zbliża się do prędkości światła, tym większa jest wymagana energia. Elektron posiada masę spoczynkową, więc przy prędkościach relatywistycznych konieczne jest uwzględnienie efektów relatywistycznych.

Wynik obliczeń:

Zmiana energii elektronu przy zmianie prędkości z v=0.886c do v=0.9c wynosi ΔE ≈ 1.13 ×10⁻¹⁴ J.
Czas dla tej zmiany energii wynosi Δt ≈ 4.67 × 10⁻²¹ s.
Siła potrzebna do przyspieszenia elektronu w tym czasie wynosi F ≈ 0.009 N.

3. ChatGPT:

Pytanie: Jakie uzyskano największe przyspieszenie elektronu? Do jakiej największej szybkości fizycy rozpędzili elektron?

Odpowiedź: Największe przyspieszenia i prędkości elektronów uzyskane w laboratoriach naukowych zostały osiągnięte w akceleratorach cząstek. Przykłady takich akceleratorów to:

1. Przyspieszenie elektronu
W akceleratorach liniowych i kołowych, takich jak SLAC (Stanford Linear Accelerator Center), elektrony mogą osiągać ekstremalne przyspieszenia. W przypadku takich urządzeń, elektrony są przyspieszane do prędkości bardzo bliskich prędkości światła na odcinkach mierzących kilometry.

Typowe przyspieszenia elektronu w akceleratorze liniowym mogą wynosić nawet 10¹⁷ m/s². Tak wysokie wartości są związane z działaniem pól elektrycznych w akceleratorach.

2. Największa prędkość elektronu
Elektrony mogą być przyspieszane do prędkości bardzo bliskiej prędkości światła. W nowoczesnych akceleratorach cząstek, elektrony osiągają prędkości przekraczające 99.999999% prędkości światła. Na przykład w LHC (Wielki Zderzacz Hadronów) czy Fermilab, elektrony (lub inne cząstki) osiągają energię rzędu TeV (teraelektronowoltów), co odpowiada prędkościom ekstremalnie bliskim c (prędkości światła).

Największa prędkość, jaką osiągnięto dla elektronu, wynosiła prawie 0.999999999999c, gdzie c to prędkość światła.

Fizycy nigdy nie są w stanie rozpędzić elektronu dokładnie do prędkości światła ze względu na ograniczenia wynikające z relatywistycznej mechaniki — wymagałoby to nieskończonej ilości energii.

***

4. ChatGPT:

Pytanie: Na czym polega różnica zapisu pomiędzy ΔE ⋅ Δt ⩾ = ℏ i ΔE ⋅ Δt ⩾ = ℏ/2?

Odpowiedź: Różnica między dawniej podawanym wyrażeniem nieoznaczoności czasowo-energetycznej, czyli: ΔE ⋅ Δt ⩾ ℏ a obecnie używanym ΔE ⋅ Δt ⩾ = ℏ/2 związana jest z różnymi interpretacjami zasady nieoznaczoności Heisenberga oraz jej formalnymi sformułowaniami w mechanice kwantowej.

Dawna wersja: ΔE ⋅ Δt ⩾ ℏ
To wyrażenie było stosowane jako przybliżony związek między niepewnościami energii (ΔE) a czasem (Δt), często w kontekście procesów zachodzących w systemach kwantowych. Interpretowano je jako bardziej intuicyjne i operacyjne: jeśli układ kwantowy istnieje przez czas Δt, to niepewność energii tego układu będzie ograniczona przez wartość ℏ, ale niekoniecznie równą ℏ.

Nowoczesna wersja: ΔE ⋅ Δt ⩾ = ℏ/2?
Obecnie częściej stosuje się bardziej formalną wersję, wynikającą bezpośrednio z równań mechaniki kwantowej. W tym podejściu nieoznaczoność czasowo-energetyczna traktowana jest w analogii do nieoznaczoności pozycji i pędu (gdzie Δx ⋅ Δp = ℏ/2) i wynika z formalnych podstaw mechaniki kwantowej, a konkretnie z komutatorów operatorów.

Równanie to odnosi się do układów, w których energia i czas są powiązane przez komutatory i inne relacje kwantowe, a ℏ/2 jest minimalnym możliwym iloczynem niepewności, co wynika z matematycznych właściwości stanu kwantowego.

Podsumowanie:
Zmiana z ΔE ⋅ Δt ⩾ = ℏ na ΔE ⋅ Δt ⩾ = ℏ/2 wynika z bardziej precyzyjnego, formalnego ujęcia mechaniki kwantowej i zrozumienia, że istnieje minimalna możliwa wartość iloczynu niepewności energii i czasu dla pewnych procesów kwantowych. Dawna forma była bardziej intuicyjna i przybliżona, natomiast nowoczesna wersja bazuje na dokładnych wynikach teoretycznych.

***