Vad är hastigheten på en elektron?


Bästa svaret

Elektroner i ledningar rör sig ganska långsamt. Artikeln på Drivhastighet – Wikipedia förklarar den ganska bra och fungerar som ett exempel. Elektroner i din typiska strömkabel rör sig med 23 mikron per sekund eller ungefär så. Med 60 Hz växelström vinklar elektronerna bara fram och tillbaka och rör sig tröttande 0,2 mikron varje väg innan de vänder.

Elektroner i vakuumrör och partikelacceleratorer färdas mycket snabbare. Här är en artikel om det Elektronernas hastighet Även med en accelererande spänning på 100 volt eller så får elektronerna i vakuum upp till 1\% av ljusets hastighet eller så, och partikelacceleratorer kan få dem att gå nära ljusets hastighet.

Svar

Kort svar: för att universum måste bevara kausalitet.

För att förstå varför ljusets hastighet inte kan brytas måste vi först förstå den verkliga fysiska innebörden av begreppet ”ljusets hastighet”. Det är faktiskt vilseledande att kalla det ”ljusets hastighet”, eftersom den maximala hastigheten i universum faktiskt inte har något att göra med ljus. Det hände precis att ljus var det första vi människor upptäckte att färdas med denna kosmiska maxhastighet. Vi vet nu att allvar och stark kärnkraft också sprider sig i samma hastighet. Ett bättre namn på den hastighet som vi observerar som ljusets hastighet skulle vara ”kausalitetshastighet”. Detta är den maximala hastighet med vilken en effekt kan genereras från dess orsak. Alla händelser i universum styrs av de grundläggande naturkrafterna. Fotoner, gravitoner och gluoner, som är respektive masslösa kraftbärare av ljus, gravitation och stark kärnkraft, färdas alla med kausalitetshastigheten. Den svaga kärnkraften, som har två massiva kraftbärare W- och Z-bosonerna, sprider sig faktiskt under ljusets hastighet.

Vid denna punkt borde saker och ting ha blivit ganska tydliga: Ingenting orsakssammankopplat kan resa eller hända snabbare än de grundläggande naturkrafterna själva eftersom allt annat är ett resultat av dessa krafter. En effekt kan bara inträffa efter dess orsak. I vårt universum tar den maximala hastigheten med vilken kausalitet kan utvecklas det värde vi observerar som ljusets hastighet. I andra universum kan kausalitetshastigheten vara mycket snabbare eller mycket långsammare. Dessa universum skulle bete sig annorlunda än våra. Varför måste kausalitetshastigheten ha en övre gräns, varför kan det inte vara oändligt, frågar du? Att ha en oändlig kausalitetshastighet innebär att en effekt kommer att ske samtidigt med orsaken, vilket får själva kausalitetsbegreppet att universum slutar vara meningsfullt med en oändlig ljushastighet.

Å andra sidan, vissa icke-kausalitetsstyrda händelser, såsom den hastighet med vilken universum själv expanderar, liksom kvant tunnling , kan i själva verket överstiga ljusets hastighet. Själva expansionen av rymden i sig innebär inte några interaktioner mellan naturens grundläggande krafter. Därför är universums expansionshastighet inte bunden av kausalitetshastigheten och kan faktiskt växa utan en begränsa. Detta är precis vad vi har observerat: de längsta galaxerna vid kanten av vårt observerbara universum verkar alla dras tillbaka från oss i hastigheter som är högre än ljusets hastighet. Denna uppenbara överträdelse av gränsen för ljusets hastighet orsakas av snabbare än ljus expanderande utrymme som bär galaxerna bort, inte galaxerna själva rör sig överluminalt. Dessa galaxer har som ett resultat kausalt kopplats från oss.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *