Miten määritellään elektronin identiteetti

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

... ja tässä voi ihmetellä yleisemminkin hiukkasten identifioituvuutta. Mitkä ovat elektronin tai muun hiukkasen identiteetin kriteerit?

Silloin tällöin sitä nimittäin tulee törmänneeksi väitteeseen, että elektronilla ei ole identiteettiä. Ainoa löytämäni selvitys aiheesta löytyy täältä:
http://van.physics.uiuc.edu/qa/listing.php?id=2825 .

Consider a helium atom with two electrons, in the same ’shell’. They have opposite spins. You might think that this constitutes two states: either up-down or down-up, depending on which electron is which. However, nature tells us which states it considers different via statistical mechanics, and the He atom has just one ground state. The electrons don’t have identities.

Mitä tämä tarkoittaa? Sitäkö, että koska helium-atomilla on vain yksi perustila, ei sen kahdella elektronilla ole identiteettiä? Ja jos niin on, niin palautuuko täten elektronin identiteetti sen kytköksiin atomiytimeen, jota se kiertää (jolloin elektroni ei siis ole itse-identifioituva)? Entäpä sitten irrallaan olevat elektronit, eikö niilläkään ole identiteettiä?

Ja onko tämä identiteetittömyys vain ns. episteemistä laatua (kahta elektronia ei voida erottaa toisistaan, siis sanoa kumpi on kumpi), vai onko takana jokin syvempi onttinen tulos (elektronit eivät identifioidu, koska ne eivät jossain syvemmässä mielessä edes ole erillisiä)?

Sivut

Kommentit (17)

Vierailija

Ei mitenkään. Jos hankaat kissallasi pöytää, voi siitä lähtenyt elektroni löytyä vaikka Havaijilta. Mutta ei sitä tunnista, eikä se elektroni tiedä, minkä atomin elektronipilvestä se on lähtöisin.
Varo, ettei kissastasi lähde karvat.

Vierailija
TPa
Jos hankaat kissallasi pöytää, voi siitä lähtenyt elektroni löytyä vaikka Havaijilta.



Tarkoittaako tämä kuitenkin sitä, että jos kissassa olleen elektronin voisi ottaa kiinni ja maalata sen jonkin väriseksi tai piirtää sen kylkeen vaikkapa ison A:n, niin kun sama elektroni tavataan myöhemmin Hawaijilla, niin se voitaisiin tunnistaa samaksi elektroniksi? Siis, elektroneilla on kuitenkin selkeä identiteetti, vaikkeivat ne (joistakin puhtaasti käytännön syistä johtuen) olekaan uudelleentunnistettavia?

Ronron
Seuraa 
Viestejä9265
Liittynyt10.12.2006

Minusta tuo menee vähän filosofiseksi ongelmaksi. Jos on kaksi täsmälleen samanlaista objektia, mikä tekee niistä erit? Tai siis ajatellaan näin että jos on objekti, sitten se tuhotaan, tehdään uusi tismalleen samanlainen, niin voiko sanoa että se on se sama objekti? Miksi se olisi eri? Mitä on "samuus" loppujen lopuksi?

くそっ!

Vierailija

Niin, sanaa "identtinen" käytetään ainakin kahdessa eri merkityksessä. Joskus sitä käytetään kuvaamaan kahden objektin täsmällistä samankaltaisuutta, ja joskus taas sitä asiaa, että jokainen objekti on identtinen itsensä ja vain itsensä kanssa. Kumpaako kielenkäyttötapaa, jos kumpaakaan, fyysikko käyttää sanoessaan, että elektroneilla ei ole identiteettiä?

Vierailija
Lektu-Elli
Kaikki kiinalaiset on keskenään saman näköisiä.

Siis ovat ihan oikeasti, jos katsotaan 700m päästä...




Sikäläisillä on sama ongelma länsimaalaisten suhteen.

Vierailija

Niin elegronilla ei todellakaan ole identiteettiä, eikä myöskään alkuaineen atomilla, Tuhat vuotta sitten löydetty kultahippu, voidaanyhdistää tänään löydettyyn. Atomilla ei siis voi sanoa olevan myöskään historiaa.

Atomi sinänsä on vakaa, vain sen kuorikerrosten,(jos niitä elegronipilviä voi niin kutsua) muutos tapahtuu.

kfa
Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008
all in all
Niin, sanaa "identtinen" käytetään ainakin kahdessa eri merkityksessä. Joskus sitä käytetään kuvaamaan kahden objektin täsmällistä samankaltaisuutta, ja joskus taas sitä asiaa, että jokainen objekti on identtinen itsensä ja vain itsensä kanssa. Kumpaako kielenkäyttötapaa, jos kumpaakaan, fyysikko käyttää sanoessaan, että elektroneilla ei ole identiteettiä?



Fyysikko tarkoittaa sitä, että yksittäistä elektronia ei voi tunnistaa muiden elektronien joukosta. Jos voisi niin elektronien tilojen lukumääriä kvanttimekaniikassa laskettaessa jouduttaisiin huomioimaan myös elektronien keskinäinen järjestys eli permutaatiot. Tämä muuttaisi esimerkiksi kiinteän aineen ominaisuuksia erittäin helposti havaittavalla tavalla.

Laskut vastaavat havaintoja kun elektronit ovat keskenään täysin samannäköisiä ja nimeämättömiä.

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Vierailija

Olisiko niin että elektronit ovat identtisiä lukuunottamatta liikemäärää ja spin-tilaa, koska ne ovat niin yksinkertaisia perusobjekteja ettei niillä voi olla toisistaan erottuvia fyysisiä ominaisuuksia, siis liikemäärän lisäksi joka voi vaihdella nollan ja valonnopeuden välillä ja spin-tilan joka voi olla joko spin+ tai spin-. Vähän niin kuin yksinkertainen perusobjekti pallo, jonka ero on ainoastaan koko, kun taas vaikka ihminen voi olla lukemattomalla tavalla erinäköinen johtuen siitä ettei ole maailman perusobjekti vaan koottu teos.

Vierailija
kfa
all in all
Niin, sanaa "identtinen" käytetään ainakin kahdessa eri merkityksessä. Joskus sitä käytetään kuvaamaan kahden objektin täsmällistä samankaltaisuutta, ja joskus taas sitä asiaa, että jokainen objekti on identtinen itsensä ja vain itsensä kanssa. Kumpaako kielenkäyttötapaa, jos kumpaakaan, fyysikko käyttää sanoessaan, että elektroneilla ei ole identiteettiä?



Fyysikko tarkoittaa sitä, että yksittäistä elektronia ei voi tunnistaa muiden elektronien joukosta. Jos voisi niin elektronien tilojen lukumääriä kvanttimekaniikassa laskettaessa jouduttaisiin huomioimaan myös elektronien keskinäinen järjestys eli permutaatiot. Tämä muuttaisi esimerkiksi kiinteän aineen ominaisuuksia erittäin helposti havaittavalla tavalla.

Laskut vastaavat havaintoja kun elektronit ovat keskenään täysin samannäköisiä ja nimeämättömiä.




Millä tavalla se, että permutaatiot voitaisiin ottaa huomioon, pakottaisi siihen, että ne täytyisi ottaa laskuissa huomioon?

Vertailun vuoksi: jos pussissa on 100 kpl täsmälleen samanlaisia marmorikuulia joista kukin voi ottaa vain sen oman tilansa (kahta marmorikuulaa ei voi olla täsmälleen samassa paikassa/tilassa), niin esim. pussin massaa ja muuta fysikaalista käyttäytymistä koskeviin laskelmiin ei millään tavalla vaikuta se, ovatko ne nimettyjä vai eivät, eikä se, voidaanko ne nimetä vai ei.

kfa
Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008
all in all
kfa

Laskut vastaavat havaintoja kun elektronit ovat keskenään täysin samannäköisiä ja nimeämättömiä.



Millä tavalla se, että permutaatiot voitaisiin ottaa huomioon, pakottaisi siihen, että ne täytyisi ottaa laskuissa huomioon?



Hyvä kysymys. Syy on se, että elektronien kaikkien mahdollisten tilojen määrä ja erityisesti suuren elektronijoukon (free electron gas) tilatiheys (density of states) eli mahdollisten tilojen lukumäärä per energiayksikkö tai liikemääräyksikkö riippuu tästä asiasta.

http://en.wikipedia.org/wiki/Density_of_states

Elektronit ovat fermioneita. Toisin kuin bosonit ne noudattavat Fermi-Dirac - statistiikkaa, jossa on tiukka kielto kahdelle samalla tilalla olevalle elektronille.

http://en.wikipedia.org/wiki/Fermions

http://en.wikipedia.org/wiki/Boson

Rajoitukset mahdollisten tilojen määrälle näkyvät erittäin voimakkaasti elektronikaasun käyttäytymisessä ja ovat kaikkien kiinteän olomuodon fysiikan laskujen perustana. Jos elektronien keskinäinen järjestys olisi mukana rajoituksissa niin tämä näkyisi heti vapaan elektronikaasun käyttäytymisessä ja sitä kautta mm. metallien lämpökapasiteetissa ja lämmönjohtavuudessa, puolijohteiden ominaisuuksissa jne

Ilmiö on vähän samanlainen kuin pääkaupunkiseudun kulttuuripalvelut. Palveluiden olemassaolo tuottaa uusia mahdollisuuksia käyttäytyä eli lisää vapausasteita. Nuo vapausasteet vaikuttavat pelkällä olemassaolollaan kulttuurista täysin kiinnostumattomien ihmisten käyttäytymiseen ja esimerkiksi asuntojen hintoihin. Vapausasteiden suora havaitseminen voi olla hyvinkin vaikeaa tai niiden huomioiminen simulaatioissa voi vaikuttaa turhalta matemaattiselta kikkailulta, mutta asuntojen hintoja mittaamalla vaikutukset huomaa heti.

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Vierailija
all in all
TPa
Jos hankaat kissallasi pöytää, voi siitä lähtenyt elektroni löytyä vaikka Havaijilta.



Tarkoittaako tämä kuitenkin sitä, että jos kissassa olleen elektronin voisi ottaa kiinni ja maalata sen jonkin väriseksi tai piirtää sen kylkeen vaikkapa ison A:n, niin kun sama elektroni tavataan myöhemmin Hawaijilla, niin se voitaisiin tunnistaa samaksi elektroniksi? Siis, elektroneilla on kuitenkin selkeä identiteetti, vaikkeivat ne (joistakin puhtaasti käytännön syistä johtuen) olekaan uudelleentunnistettavia?

Jos elektronilla ei ole identiteettiä, voi olla, että se elektroni jonka otat kiinni, se jonka maalaat ja se jonka kylkeen piirrät A-kirjaimen eivät ole sama elektroni, vaikka toimituksien välissä kuluisi kuinka lyhyt aika.

Vierailija
kfa
all in all
kfa

Laskut vastaavat havaintoja kun elektronit ovat keskenään täysin samannäköisiä ja nimeämättömiä.



Millä tavalla se, että permutaatiot voitaisiin ottaa huomioon, pakottaisi siihen, että ne täytyisi ottaa laskuissa huomioon?



Hyvä kysymys. Syy on se, että elektronien kaikkien mahdollisten tilojen määrä ja erityisesti suuren elektronijoukon (free electron gas) tilatiheys (density of states) eli mahdollisten tilojen lukumäärä per energiayksikkö tai liikemääräyksikkö riippuu tästä asiasta.

http://en.wikipedia.org/wiki/Density_of_states

Elektronit ovat fermioneita. Toisin kuin bosonit ne noudattavat Fermi-Dirac - statistiikkaa, jossa on tiukka kielto kahdelle samalla tilalla olevalle elektronille.

http://en.wikipedia.org/wiki/Fermions




Niinpä. Silti, miten se, että fermionit voitaisiin yksilöidä, kumoaisi Paulin kieltosäännön? Ei kai mitenkään.

Selvää on, että teoriat eivät käsittele nimettyjä yksilöitä, vaan tietyn tyypin nimeämättömiä yksilöitä. Samahan pätee esim. autojen henkilörajoituksiin. 6 hengen autoon saa mennä kerrallaan vain 6 henkeä siten että jokainen ottaa yhden istuimen eikä sylikkäin saa mennä, se on säännön kannalta ainoa oleellinen seikka. Laki ei ota kantaa siihen, ketkä autoon menevät eikä siihen henkilöillä nimet vai ei, ja yhtä vähän siihen, mitkä heidän nimensä ovat, jos heillä on nimet. Silti heillä saa aivan vapaasti olla nimet, sääntö ei kumoudu mahdollisuudesta identifioida yksilöt.

kfa

http://en.wikipedia.org/wiki/Boson

Rajoitukset mahdollisten tilojen määrälle näkyvät erittäin voimakkaasti elektronikaasun käyttäytymisessä ja ovat kaikkien kiinteän olomuodon fysiikan laskujen perustana. Jos elektronien keskinäinen järjestys olisi mukana rajoituksissa niin tämä näkyisi heti vapaan elektronikaasun käyttäytymisessä ja sitä kautta mm. metallien lämpökapasiteetissa ja lämmönjohtavuudessa, puolijohteiden ominaisuuksissa jne




Samoin tässä: Jos yksilöt voitaisiin nimetä, niin millä tavalla se pakottaisi ottamaan huomioon nimet rajoituksissa? Mahdollisten tilojen lukumäärä asettaa rajoituksia sille, millaisessa tilassa olevia yksilöitä jossakin voi esiintyä, sen sijaan se ei aseta rajoituksia sille, mitkä yksilöt voivat kyseisen paikan valloittaa kunhan ovat vain sallitussa tilassa. Nimeämismahdollisuus ei siis nähdäkseni uusiin rajoituksiin millään tavoin johtaisi; permutaatioita ei tarvitsisi edelleenkään ottaa huomioon. Teoriaan nimet eivät tietenkään kuulu.

Astronomy
Seuraa 
Viestejä3976
Liittynyt12.6.2007

Kyllä elektroniin voi kirjoittaa vaikka kirjaimen "A", kunhan muistaa että tämä sama "A" käyttää kaikkia mahdollisia reittejä pisteestä a pisteeseen b. Silloin tää sama "A" käyttää matkaansa kaikkia mahdollisia polkuja, mutta lopputulemaan vaikuttaakin vain polun käyttämisen todennäköisyys.

"The universe is a big place, perhaps the biggest".
"Those of you who believe in telekinetics, raise my hand".
Kurt Vonnegut
"Voihan fusk." Minä

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat