1 Postulaten in de fysica
2 De mysterieuze lading
3 De ontastbare ruimte
4 Energie en tijd
5 De dubieuze massa
6 De onbegrijpelijke materie
7 Golf en straling
8 Gravitatie door het verschil
9 Het veld als universele actor
10 Dimensies: voorstelling en verbeelding
11 De waarnemer in de fysica
12 Het foton en zijn snelheid
13 Warmte in ruimte-tijd
14 Verschijnsel en statistiek
15 Eenheden in de fysica
16 Fysica en wiskunde
17 Golf en/of deeltje
18 Kracht, impuls en energie


        

1. Postulaten in de fysica

Vooruitgang maken betekent in de fysica meestal dat men een stel postulaten vervangt door een nieuw stel. Enige bescheidenheid bij de aanbidders van nieuwe postulaten lijkt niet te veel gevraagd, en de studie van de fysica zou er wel bij varen.

top


2. De mysterieuze lading

Zelden hebben de natuurkundigen zolang berust in een ladingsmodel waarvan ze weten dat het onvolmaakt is: lading zou een eigenschap van de materie zijn die tot aantrekking en afstoting leidt, zoals door Franklin en Coulomb experimenteel werd vastgesteld. Maxwell stelde een sluitende theorie op toen hij uit de beweging van ladingen het ontstaan van elektromagnetische golven voorspelde. Millikan wist zelfs het kwantum van elektrische lading te bepalen. Einstein bouwde zijn relativiteitstheorie uit op de relatieve bewegingen van ladingen ten opzichte van magnetische velden maar baseerde vervolgens zijn theorieën op het bestaan van massa’s.
De werkelijke inhoud van het begrip lading bleef verborgen voor de natuurkundigen, niettegenstaande de experimentele en wiskundige ladingsmodellen toelaten om de werkelijkheid te simuleren waardoor tal van elektrische machines en toepassingen konden gebouwd worden.
Lading is in feite niets anders dan de sterke vervorming van de ruimte-tijd die hoort bij elementaire deeltjes, waardoor die deeltjes ruimte-tijd een eigen leven kunnen gaan leiden en o.a. het voorwerp kunnen uitmaken van een golfbeweging.

top


3. De ontastbare ruimte

Spraakverwarring rond het begrip ruimte tussen natuurkundigen, astronomen, satellietenbouwers en het publiek heeft geleid tot onverteerbare literatuur over de ruimte-(tijd). Vroeger speelde het onverklaarbare zich af in de ruimte, vandaag is het de ruimte zelf die voor velen onverklaarbaar is. Is de ruimte een praktisch lege doos waarin er ooit een oerknal is ontstaan? In de loop der tijden werden aan de (quasi)-lege ruimte heel wat fysische eigenschappen toegekend:
  • een permittiviteit voor het elektrisch veld
  • een permeabiliteit voor het magnetisch veld
  • een elastische vervormbaarheid voor de aanwezigheid en beweging van massa’s.
Is het existentieel mogelijk aan het “niets” fysische eigenschappen met welbepaalde kengetallen toe te kennen? Einstein zelf definieerde een ruimte-tijd om een ruimte aan te duiden waarin zich massa’s kunnen bewegen op een wijze die door de kromming van de ruimte-tijd bepaald wordt, waarbij de kromming zelf bepaald wordt door de aanwezige massa’s. Massa rolt als het ware de gekromde ruimte-tijd voor zich uit, en onze ruimte “beperkt” zich dus tot de plaats waar nog energiebewegingen mogelijk zijn.
Vergeten we tenslotte niet dat naast de intergalactische, een interstellaire, een interplanetaire, een intermoleculaire, een interatomaire, er tenslotte ook nog een internucleaire ruimte bestaat die allen beheerst worden door dezelfde µ ruimte-tijd-theorie van Einstein, wat door vele natuurkundigen op slordige wijze en wat gemakzuchtig vergeten wordt.

top


4. Energie en tijd

Een ruimte die “statische” materie bevat bezit potentiële energie door de vervorming van de ruimte. Gravitatie veroorzaakt de beweging van die materie en de potentiële energie wordt dan omgezet in kinetische energie. Betere termen zijn m.i. respectievelijk positionele energie en bewegingsenergie. De verplaatsing van de bijhorende energievelden gebeurt met een snelheid c (lichtsnelheid) waardoor het element tijd geïntroduceerd wordt. Vermits c afhankelijk is van de ruimtevervorming kent ook de tijd diezelfde afhankelijkheid.

top


5. De dubieuze massa

Eeuwenlang heeft het begrip “massa” een overheersende en toch dubieuze rol gespeeld in de fysica. Galilei, Newton en Einstein hebben zich onsterfelijk gemaakt met theoriën rond het begrip “massa”, waarbij steeds een zekere binding met de “hoeveelheid materie” intuïtief kon aangevuld worden. In de beschouwing over lading werd reeds gewezen op de gelijkvormigheid van wiskundige modellen voor de eigenschappen van lading en massa met een schaalfactor 10 exp (–36). Bovendien wees Einstein met zijn formule E= m.c*2 (of E/c=mc) op de gelijkheid van massa en energie E=m als E en m in passende eenheden gemeten worden. Dit wordt treffend geïllustreerd door de toename van de massa van bewegende materie met zijn kinetische energie (als v>>c). Misschien kan de massa van een deeltje of lichaam nog het beste beschreven worden als een ruimtevervormende energie die de resultante is van vervormingen door alle ladingen die het deeltje of lichaam bevat: deze beschrijving sluit aan bij de definitie van het begrip lading en houdt uiteraard rekening met de twee soorten ladingen die men aantreft. Men kan de totstandkoming van massa dus enigszins vergelijken met het ontstaan van druk in een gasreservoir of de temperatuur van een stof.

top


6. De onbegrijpelijke materie

Als elementaire deeltjes sterk gedeformeerde “ruimte”-stukjes zijn waarin golven bewegen dan zou men ook kunnen stellen dat een materieel lichaam een gedeelte van de ruimte is waarin golven niet meer eenvormig voortbewegen met een snelheid c: de manier waarop die stukjes ruimte met licht omgaan bepaalt het uitzicht van de materie. Materiedeeltjes kennen een sterke interactie gebaseerd op de graviteit van ladingen en lenen zich derhalve tot het ontstaan van vormen.

top


7. Golf en straling

Materiële golven ontstaan in een materieel medium waaraan een impuls (en kinetische energie) wordt medegedeeld door bewegende materie, m.a.w. door een afremming of versnelling t.o.v. het medium. Een ruimtegolf (E.M.-straling) ontstaat wanneer bewegende ladingen worden afgeremd of versneld t.o.v. de lokale ruimte. Beide verschijnselen worden algemeen “golven” genoemd omdat ze door dezelfde wiskundige modellen worden beschreven. Toch zijn er ook fundamentele verschillen:
  • het materiële medium voor een materiële golf
  • het energetisch medium (de vervormde ruimte) voor een energetische golf
  • de kleinere golfsnelheid voor materiële golven
  • de quasi onmogelijkheid voor de ruimtegolven om zich als golf voort te planten in een materieel midden.

top


8. Gravitatie door het verschil

Newton slaagde er als eerste in om de aantrekkingskracht tussen twee massa’s in een wiskundig model te gieten. Door combinatie van dit model met zijn traagheidswetten verklaarde hij de beweging van de vallende appel en de beweging van de maan rond de zon vanuit eenzelfde theorie. Ook de verwarring tussen massa en gewicht werd opgehelderd, maar ook vandaag veroorzaakt het kg-gewicht en de kg-massa nog veel stress bij een onervaren lezer.
Intussen weten we dat Einstein de toepassing van het Newton-model heeft begrensd tot lokale omstandigheden waar massa’s gelijkmatige ruimtevervormingen veroorzaken en met kleine snelheden bewegen. Maar eerder wezen we reeds op een zekere overbodigheid van het begrip massa en is gravitatie terug te voeren op de verschilwerking van zogenaamde positieve en negatieve ladingen.
Volgens Einstein is gravitatie niets anders dan een wetmatigheid van de vervormde ruime-tijd die een massa voorschrijft hoe ze zich in elk lokaal punt moet gedragen. Maar er is een verband tussen lading en massa, waarbij lading een fundamentele grootheid is en massa enkel een verschilresultaat voorstelt. Ladingen en hun betekenis in ruimte-tijd zijn de bron van gravitatie en het elektro-magnetisme is de oervorm van gravitatie.

top


9. Het veld als universele actor

Als een elementair deeltje een stukje intens vervormde ruimte is, en een massa de ruimte grootschalig vervormt dan is het fysische veld dat al deze vervormingen beschrijft een universele actor. De klassieke energieberekening van het veld veroorzaakt door een puntlading, met zijn ongeloofwaardig resultaat E=oneindig, vloeit voort uit een fysisch-wiskundig model dat nooit de toets van het experiment heeft doorstaan. Zoals later wordt aangegeven hoede men zich voor de begrippen “punt” en “oneindig” in een gekwantiseerde wereld.

top


10. Dimensies: voorstelling en verbeelding

Dimensies laten ons toe onze omgeving te beschrijven en voor te stellen: het zijn producten van onze geest en de dimensionele voorstelling van de ruimte is met zekerheid geëvolueerd van 2 naar 3 toen de astronomie zijn invloed liet gelden. De beperktheid van ons (evoluerend) voorstellingsvermogen speelt ons parten als we de 4-dimensionele ruimte-tijd van Einstein voorgeschoteld krijgen. Niettemin kunnen de 4 dimensies in een wiskundig model gegoten worden dat toelaat om de ruimte-tijd-vervormingen met tensor-algebra te berekenen, en daarbij resultaten te boeken die het Newton-model overtreffen. Door ruimtevervorming en tijdvervorming afzonderlijk te beschouwen en nadien opnieuw te integreren, slaagt voorstelling gekoppeld met verbeelding er toch in die resultaten behoorlijk te duiden.

top


11. De waarnemer in de fysica

Men stelt vast dat de waarnemer zowel in de kwantummechanica als in de relativiteitstheorie een zeer bijzondere plaats toegewezen krijgt:
  • in de kwantummechanica vernietigt de waarnemingsenergie het waar te nemen object of proces
  • in de relativiteitstheorie creëert de lokale waarnemer met zijn waarnemingsmiddelen een ruimte-tijd-vervorming die het waar te nemen object of proces zal beïnvloeden
  • in de relativiteitstheorie ontvangt de verwijderde waarnemer een waarnemingsenergie vervormd in ruimte en tijd, waarmede slechts een zeer vaag beeld van het waar te nemen object of proces kan gevormd worden.


top


12. Het foton en zijn snelheid

Een elekromagnetische golf ontstaat door een snelheidsverandering van een elementair geladen deeltje. Planck kwam tot de ontdekking dat licht uit een stroom van energiepakketjes (fotonen) bestond, en Einstein kreeg de Nobelprijs met zijn vinding dat elektronen konden “losgeslagen” worden uit een metaal door licht met een welbepaalde golflengte.
Wat wij ervaren als licht – van I.R. tot U.V.- ontstaat als een elektron in een geëxiteerd atoom terugvalt naar een lagere energiebaan: de terugval gaat gepaard met een kortstondige lichtgolf die wij foton noemen. De tijdsduur van het foton (aantal golflengten) wordt bepaald door de energie – en golfparameters van de betrokken elektronenbanen. Het foton heeft geen rustmassa (of rustenergie: de snelheid kan trouwens nooit 0 zijn per definitie van golf) maar het foton heeft wel degelijk bewegingsmassa en impuls. De snelheid van het foton (of licht in het algemeen) is afhankelijk van de lokale ruimte-tijd-vervorming. Daar waar de vervorming gelijkmatig is en ver verwijderd van alle massa’s bedraagt zij ongeveer 300 000 km/sec. Een stroom fotonen ontstaat bij constante exitatie (bvb. door verwarming) van materie: na elke terugval volgt een nieuwe exitatie en de fotonenstraling blijft duren tot de exitatie onder een drempelwaarde valt.

top


13. Warmte in ruimte-tijd

In sommige handboeken over fysica wordt warmte beschreven als een wat minder waardige energievorm omdat niet alle beschikbare warmte-energie in een andere energievorm (of arbeid) kan omgezet worden. Het probleem is echter alleen van statistische aard en wordt veroorzaakt door een gebrek aan informatie over de toestand van elk deeltje, wat niet het geval is met de kinetische energie van een massa (elk deeltje heeft dezelfde snelheid) of de potentiële energie van een waterreservoir (van elk deeltje is de hoogte gekend). In een warmtereservoir wordt de snelheidsverdeling vertaalt naar een temperatuur, en de zuiger van de arbeidsmachine wordt enkel voortgestuwd door deeltjes die een gunstige snelheidscomponent hebben die groter is dan de zuigersnelheid! Een groot gedeelte van de kinetische energie van de deeltjes is dus onbruikbaar en gaat verloren. De energie die vertegenwoordigd wordt door een trillend deeltje (potentiële en kinetische energie) is dus volwaardige energie, maar onze mogelijkheden en informatie zijn te klein om die energie van elk deeltje te capteren.

top


14. Verschijnsel en statistiek

In vorige beschouwing werd al even gewezen op het belang van de statistiek in de beheersing van een (warmte-)proces als gedetailleerde informatie ontbreekt. Aan de basis hiervan ligt de kinetische gastheorie die ook een antwoord biedt op het probleem van de gasdruk in een reservoir en de toestandsvergelijking van een gas.
Er bestaat ook een statistisch verband tussen magnetisch veld en de beweging van elektronen, tussen magnetisme en kristaloriëntatie in magnetische materialen (ijzer, kobalt, nikkel), tussen elasticiteit en vervorming van elektronenbanen: telkens ontbreekt de individuele informatie om het verschijnsel nauwkeurig te beschrijven. Statistiek is geen exacte wetenschap en voorspelt soms kapriolen in de natuur die bij nader toezien toch uitblijven.

top


15. Eenheden in de fysica

In beschouwing 5 vonden we dat E=m als massa en energie in passende eenheden worden uitgedrukt. Ook in de planetaire gravitatie kunnen we veel vereenvoudigen als we als eenheid nemen:
  • de zonnemassa
  • de tijd waarbij het licht de eenheid van afstand aflegt
  • de afstand aarde-zon.
Analoge eenheden zouden we kunnen aannemen voor het atomaire niveau. Het schaalgevoel zou er enorm bij winnen en het voorstellingsvermogen zou aangescherpt worden.

top


16. Fysica en wiskunde

Twee belangrijke vaststellingen dwingen tot grote voorzichtigheid in de fysica:
  • de begrippen 0 en oneindig die zeker een wiskundige betekenis hebben, komen soms in de fysica terecht door toepassing van een wiskundig model in extrapolatie van het normale weergavegebied. In die fysica zullen 0 en oneindig botsen op het bestaan van de kwanta.
  • natuurkundigen slagen er in om wiskundige modellen te bouwen voor verschijnselen die niet of moeilijk waarneembaar zijn, waardoor er een fysica ontstaat die eerder wiskundig en minder experimenteel gefundeerd is. QM en RT horen in deze categorie thuis waarbij men zich soms afvraagt of men met fysische wiskunde of wel met wiskundige fysica te maken heeft. Golffuncties en zwarte gaten illustreren deze vaststelling.


top


17. Golf en/of deeltje

Over de dualiteit van de materie is het laatste woord wellicht nog niet gesproken maar men kan niet rond de vaststelling heen dat materie die beweegt in ruimte altijd vergezeld is van een golf omdat de ruimte-tijd rond een deeltje altijd vervormd is. Wat een waarnemer vaststelt hangt uitsluitend af van de waarnemingsmethode. Het is dus niet deeltje of golf maar deeltje met golf.

top


18. Kracht, impuls en energie

Energie wordt opgeslagen in de ruimte door vervorming van die ruimte: een elementaire wijziging in deze opslag veroorzaakt een kracht. Maar een kracht is ook de verandering van een impuls met de tijd.

top