AZ ANYAG ÉS FÉNY KÖLCSÖNHATÁSA
Összefoglaló gondolatmenet az anyag-fény kölcsönhatások modellezéséről

1. AZ ANYAG FÉNYELNYELÉSE

A gáz, folyadék vagy szilárd halmazállapotú anyagba csapódó fotinó áradat a részecskehalmaz felületéről részben visszaverődik, részben behatol valamekkora mélységig és szóródik valamilyen mértékben. A fotinók minden részecskét megbombáznak: az atommagot és az elektronokat egyaránt. Nagy részük lepattan a THZ-ikról, kisebb részük elnyelődik az időtartályok felületi résein behatolva és átmenetileg fogságba esik belül, ahonnét valamekkora idő és pattogási szám után sikerül kijutniuk, fokozatosan szétszóródva.

Mivel a részecskék forognak, keringenek, mozognak, imbolyognak a térben, a felületükön lévő rések hol a fény érkezési irányába állnak, hol nem. Ezért nem folyamatosan nyelik be az egy irányból érkező fotinókat, hanem szakaszosan. Ha a fénysugár színes, azaz a fotinóáram adott hullámhossz szerint változó sűrűségű (telítetlen színű) vagy szakaszos (telített színű), az elnyelés akkor hatékony, ha a fotinó becsapódások ritmusa illeszkedik a részecske forgás ritmusához. Maguk a becsapódások is módosítják a részecske mozgását, egyrészt a külső lökdösésekkel, másrészt a belső lökdösésekkel, de csak bizonyos korlátok közt, nem tetszőleges mértékben a tömegtehetetlenség és a hullámtéri kölcsönhatások miatt. A különféle mozgások ritmusai lehetnek egymást erősítők (egyszerre egy irányúak) vagy kioltók (egyszerre ellenirányúak), illetve különféle eredőket vehetnek fel, kb. végtelenféle kombinációban. Ezek befolyásolják az atom gerjesztésének mértékét és időtartamát, hogy milyen gyorsan játszódik le az alapállapotból a gerjesztett állapotba való átmenet.

A fotinókkal gerjesztett atommag részecskéinek komplex hullámtere nem változik meg vagy csak minimális mértékben, mert az elnyelt fotinók száma többnyire (szobahőmérsékleti tartományban) sokkal kevesebb a részecskét alkotó, időfraktálban kötött fotinók számánál. Egy neutronban kb. 100.000 fotinó található egymáshoz kötött állapotban. Magas hőmérsékleten viszont már összevethetővé válik vele és emiatt elkezdenek megváltozni az atommag körüli potenciálgödrök és hegyek, akár teljesen el is zajosodhatnak (ionizáció, plazma állapotra bomlás).

A hullámtéri változások sokfélék lehetnek a gerjesztés szintjétől függően, mivel az atommag összetétele (a neutronok és protonok darabszáma és egymáshoz viszonyított térbeli elhelyezkedése) sokféle lehet (ahány izotóp van, plusz az atommag izomerek, ami egy kevéssé ismert dolog). A potenciálgödrök és hegyek elmozdulhatnak sugárirányban vagy oldalirányban, megváltozhat a méretük, alakjuk, számuk, mozgásuk. Emiatt a beléjük kerülő, bennük található közeli saját és idegen elektronok (vagy távolabb a szomszédos atommagok) szintén eltolódnak, odébb kényszerítődnek, ami a kötéstávolságok megváltozását (hőtágulás), a kötések felbomlását eredményezheti. Ezzel együtt az elektronok gerjesztése is visszahat az atommagra és kihat a többi elektronra, valamint a környező térben rohangáló fotinókra is.

Gyakorlatilag ahány féle izotóp és atommag izomer létezik, az mind egyedi módon reagál a gerjesztésre, illetve minden hőmérsékleti (gerjesztési) tartományban másként reagál az újabb gerjesztésre. Ami nem könnyíti meg a folyamatok megértését és szükségessé teszi a különféle anyagokon, különféle hőmérsékleten végzett kísérleteket. Tehát arra kb. semmi esély, hogy mindezt számítógéppel lemodellezzük és előre megmondjuk, mi fog történni. Már homogén összetételű anyagoknál is túl bonyolult az egész, nemhogy keverékeknél, vegyületeknél.

2. AZ ANYAG FÉNYKIBOCSÁTÁSA

Amint abbamarad a gerjesztés: azaz megváltozik a fotinó özön utánpótlása, csökkenni kezd az anyagban a fotinók száma, mert több szökik meg, mint amennyi beérkezik, elkezdődik a legerjedés, hűlés. Ami az anyagi halmaz felületén kezdődik és fokozatosan halad befelé, a közepe irányába, ahogy a részecskékből álló "szivacs" kiereszti a fény "folyadékot".

Mivel az elektronok sokkal kisebbek a protonoknál és neutronoknál, valószínű, hogy az elektronok fogják előbb leadni, kiereszteni magukból a beléjük került fotinókat. Egyrészt, mert kisebb a térfogatuk, másrészt mert kevesebb fotinó lehet bennük, harmadrészt mert valószínűleg kisebb a felületükön a rés, amin átjárhatnak a fotinók. De ez csak feltételezés, tehát még nem tudjuk, hogy vajon melyik részecskén hány és mekkora, milyen alakú rés található és ezek egymáshoz hogy aránylanak területileg? Illetve azt sem tudjuk, hogyan mozognak a részecske THZ-kből álló felületén? Mindig ugyanott állnak az alattuk lévő időfraktálhoz képest vagy elmozdulnak? Valamint azt sem tudjuk, hogy a részecskék mikor, milyen tempóban forognak? Hogyan változtatja meg a rések méretét, alakját, esetleg számát a részecske forgási sebességének vagy egyenes vonalú mozgásának, gyorsulásának változása? Van a részecskének olyan állapota, amikor teljesen be tudnak záródni a rései? Mikor (milyen hőmérsékleten vagy mozgásállapotban) maximális a rések száma és mérete? Ha több a rés, ezek egymáshoz képest hogyan helyezkednek el? Milyen a komplex hullámtér a résekben, fölöttük és alattuk, azaz mennyire könnyíti meg vagy gátolja a rajta való áthaladást a fotinók számára?

Ha vannak a normál anyagi részecskéknél kisebbek is (neutrinók), azok vajon beférnek egy ilyen résen? Egy normál neutron vagy proton el tud nyelni egy saját vagy idegen elektront, illetve neutrinót? Mi van, ha beleszorul a résbe és ott megakad? Hány kisebb részecskét tud benyelni egy nagyobb részecske? Ez hogyan változtatja meg a rendszer kinézetét, tulajdonságait, hullámterét, viselkedését? Nem lehetséges, hogy a fizikusok által észlelt sokféle fura részecske közül egyesek nem önálló részecskék, hanem ilyen hasas összetételek? Azaz olyan normál részecskék, amik bezabáltak egy vagy több kisebb részecskét, meg némi fényt és ettől viselkednek úgy, mintha önálló, instabil részecskefajt alkotnának? Itt megint beleszaladtunk a túl sok kérdés, kevés tudás problémájába. Ezért most inkább lássuk a fénykibocsátás ritmusát.

Ahogy azt korábban már leírtam, az elektronok fel és legerjesztésének van egy sebessége, ami valószínűleg befolyásolható (gyorsabb, lassabb), de csak bizonyos korlátok közt, ami a különféle mozgások és kényszerítő erők eredőinek köszönhető. Mivel az elektronok potenciálgödrökben lötyögnek, illetve egyik gödörből a másikba ugranak át, némi noszogatás hatására, a gödrök száma, mérete, mélysége (erőssége, fogvatartó ereje), térbeli elhelyezkedése, elmozdulása befolyásolja az elektronok ide-oda ugrálgatását (kényszerítődését).

A fizikusok máig elektronpályákról beszélnek, holott a kifejezés fogalmilag megtévesztő: nincsenek elektronpályák úgy, ahogy bolygó és hold keringési pályák vagy lövedék röppályák vannak. Inkább olyan az egész, mint azok a régi szocialista játékok, amik üveglapja alatt egy felületen vannak kis gödrök és a fémgolyókat ezekbe kell belejuttatni a játék billegtetésével. A neve nem jut eszembe, de volt többféle ilyenem, a 80-as években népszerű játék volt. Tehát az elektronok a gödrökben megülnek, azokon kívül össze-vissza gurulásznak, a pillanatnyi sodró, kényszerítő hullámtereknek, potenciálhegyeknek engedelmeskedve. Ezért elektron ülőhelyekről (elektronhely) kéne inkább beszélni és az ülőhelyek közti átmenő útvonalakról, amiknek nyilván van egy valószínűségi eloszlása: egyes útvonalakon gyakrabban mennek végig gerjesztéskor az elektronok, másokon ritkábban, a rájuk ható eredő erőknek köszönhetően.

Ha az anyag fotinókkal való gerjesztése ütemesen történik, például adott erősségű és hullámhosszú, telített fénysugárral, akkor az elektronok ütemesen fognak egyik gödörből a másikba ugrálni és közben minden felgerjedéskor benyelnek valamennyi fotinót, majd minden legerjedéskor kieresztenek valamennyi fotinót. Ennek szintén van egy üteme (ami nem feltétlenül azonos a gerjesztő sugár ütemével!), ami a kisugárzott fényt színessé, azaz adott hullámhosszúságúvá teszi. Mivel az anyagba hatoló fotinók az egyes részecskéket különböző időpontokban érik el, az egyes atomok ütemes gerjesztései nem lesznek szinkronban, befelé haladva egyre késnek. Így a kisugárzás is elcsúszik, tehát a fény szórt és telítetlen (fehérzajos) lesz. Ezt árnyalja némiképp, hogy a belső atomok által kisugárzott fény beleütközhet a felületi atomok részecskéibe és nagyon sok elnyelődési-kisugárzódási cikluson mehet keresztül, mire sikerül elhagynia az anyagi halmazt. Tehát döntően a felületi atomok gerjesztési üteme határozza meg a fény színét. A fotinók behatolása pedig az anyagba szerkezetfüggő: egyrészt, hogy milyen mélyre jutnak, mennyi idő alatt, hogyan verődnek vissza és mennyire lassulnak le a fotinók az anyagban? Ezért van az, hogy minden anyag, az atomok fajtáitól (izotópok, atommag izomerek, homogén vagy keverék atomi halmazok) és az atomrács szerkezetétől függően másként fogja elnyelni és kisugározni a különféle színű fénysugarakat.

Hasonló a helyzet akkor, ha nem fénnyel, hanem szabad elektronokkal végezzük a gerjesztést. Sőt, sima mechanikus rázással is kirázható a fény az anyagokból, csak kellően nagy sebességgel kell rángatni ide-oda a tárgyat, például ultrahanggal megpofozva. Mindez nem könnyíti meg a folyamatok megértését és szükségessé teszi a különféle anyagokon, különféle hőmérsékleten végzett kísérleteket. Tehát arra kb. semmi esély, hogy mindezt számítógéppel lemodellezzük és előre megmondjuk, mi fog történni. Már homogén összetételű anyagoknál is túl bonyolult az egész, nemhogy keverékeknél, vegyületeknél. És megint beleszaladtunk a túl sok kérdés, kevés tudás problémájába. De ezt már írtam.

Készült: 2020.12.07.

Következő írás

Vissza a tartalomhoz