Energiomvandling Rörelseenergi på partikelnivå

Vad händer i praktiken när rörelseenergi flyttar sig från ett objekt till ett annat? Går
det att förstå ljusets transformation till materiell rörelse och omvänt? En lång tid har
vi talat om rörelseenergi som ett begrepp. Nu måste vi se efter vad som faktiskt sker.

Gravitationsvågor

Gravitationen spelar en avgörande roll i förståelsen av föremåls rörelseenergi. Men vi har inte så stor hjälp av
den traditionella modellen, det behövs en modernare syn på gravitationens dynamik. Enligt den senare uppfylls
universum av gravitationsvågor (G-vågor) som kommer från alla riktningar i rummet. Partiklar och större objekt
reagerar på de infallande vågorna genom att bilda rörelseenergifält i sin omgivning. En partikel som är i likformig
rörelse kommer att stapla longitudinella vågor omkring sig, våglängden blir något kortare i rörelseriktningen och
mer utdragen i ”utgångsriktningen” (dvs bakåt). Med detta i åtanke kan vi börja studera omvandling av energi.

Biljardeffekten

Den enklaste energiomvandlingen är när ett objekt överlämnar sin rörelseenergi till ett annat objekt. I bilden bredvid rör sig en grön partikel från vänster i riktning mot en stillastående gul partikel. Den gröna partikeln ses med ett extra vågfält som symboliserar dess rörelseenergi. När partiklarna kolliderar (mitten) övertar den gula partikeln en G-våg från den gröna partikeln. Den gula partikeln måste nu röra sig i motsatt riktning utifrån den inkommande vågen. Vi kan enkelt konstatera att denna rörelsemodell inte är helt förenlig med Einsteins teorier. Einstein menade ju att två objekt som rör sig i förhållande till varandra (på något underligt sätt) samtidigt kan vara både i rörelse och i vila. Enligt den här modellen är det partikelns vågfält som avgör dess rörelse. Tomrummet i sig har med andra ord en ”vilofrekvens” för G-vågor och partiklar har på motsvarande sätt ett ”vilovågfält” om de befinner sig i vila. Partikeln ”vet själv” vilken hastighet den befinner sig i (för vilket kaos vore det inte annars).

Bildandet av ljus

När materia kolliderar kan ljuspartiklar (fotoner) bildas. Exakt hur det går till har varit okänt men denna modell kan i stora drag beskriva förloppet. I bilden till höger kolliderar partikel grön med partikel gul. I sammanstötningen ser vi hur båda partiklarna hamnar i ett vilotillstånd men att två dipoler skapas ur deras tidigare rörelseenergifält. Benämningen ”dipoler” används på grund av att dessa ännu inte utvecklats till fotoner, det som ännu fattas är ”spinnet”. En dipol som bildats i vakuum kan inte favorisera en pol i rörelseriktningen. Den måste därför vrida sig 90 grader så att både minus- och pluspolen blir jämställda. När dipolen vrider sig uppstår ett slags ”friktion” mot vakuum och en spinnrörelse uppstår, fotonen har skapats. Vid en stark kollision kan fler vågfält omvandlas till dipoler/fotoner men effekten är alltid kvantifierad.

Ljus till mekanisk rörelse

En foton kan också ge rörelseenergi åt en partikel (bilden till höger). En foton som kommer in från vänster rör sig mot den gröna partikeln, som är i vila. När fotonen närmar sig än mer börjar den vrida sig så att dess positiva fält riktar sig mot den negativa partikeln (som oftast är en elektron). När vridningen på 90 grader är helt slutförd har fotonens spinn upphört och det som återstår kallas alltså en ”dipol”. I nästa skede omvandlas dipolen till ett extra vågfält runt den gröna partikeln (vågfält runt partiklar består alltid av minusfält och plusfält i kombination, detta framgår inte av de förenklade bilderna). När partikeln tilldelats ett vågfält mer än vad dess vilofält representerar, är den per definition i rörelse. Man kan även läsa sekvensen ”nerifrån och upp”; detta ger en partikel som bromsas in varvid en dipol bildas. Partikeln bringas till vila och dipolen vrider sig för att bilda en foton. I det speciella förlopp då en atom exciteras av en energirik ljuspartikel sker ingen egentlig energiomvandling. Fotonen lägger sig då i en sluten bana runt någon av atomens elektroner. Den nu tyngre elektronen kan därmed välja en bana längre ifrån atomkärnan. Elektronen, som rör sig i elliptiska rosettbanor, har dessutom minskat sin relativa hastighet. I och med att elektronen gör sig av med fotonen återtar elektronen sin tidigare bana. En foton kan dela sig i två, om våglängden inte stämmer vid excitationen, vilket indirekt framgår av ”Comptoneffekten”.

Parbildning och annihilation

En spektakulär form av energiomvandling är när elektronen och dess antipartikel (positronen) bildas ur energin
som uppstår vid exempelvis en partikelkollision. Denna parbildning kan även ske när fotonen når upp till en viss
tröskelenergi. Fotonens negativa respektive positiva pol delar i praktiken upp sig och formar två helt fristående
partiklar. Men det bildas även andra, mindre partiklar i processen. Dessa ”minielektroner” kallas för neutriner.

Det omvända sker när en elektron stöter ihop med en positron. Båda förintas då och ger upphov till två fotoner.
Om partiklarnas spinn vid sammanslagningen är av motsatt riktning bildas istället tre fotoner. Spinnets riktning
vid alla partikelreaktioner är av stor betydelse för sönderfallsprodukten. Semistabila partiklars sönderfall kan ju
också sägas vara en form av energiomvandling. Men detta är en hel vetenskap i sig, det får bli ett annat kapitel.

* Det som sägs på den här sidan avviker i många delar från den vetenskapliga ”mittfåran”; just detta är poängen.

Vetenskapen har kört fast i sin utveckling och det behövs nya idéer och initiativ. Varför inte börja här och nu?

Joakim R S Nilsson

E-post Joakim