Die Strahlungserzeugung

Walter Orlov
Die Abstrahlung
Der Raum nimmt nur
harmonische Wellen auf
Mai 2009
Die Stabilität der Atome ließ sich nicht erklären und deshalb
wurde sie schlicht postuliert - die Elektronen dürfen auf ihren
Bahnen um den Atomkern nicht strahlen.
Heutzutage glaubt man, dieses Problem gelöst zu haben. In
Wirklichkeit handelt es sich eher um die Vertuschung: Impuls
und kinetische Energie eines Teilchens werden durch
Operatoren ersetzt, sodass man am Ende den physikalischen
Ursprung dieser Operatoren vergisst.
Zwar behalten die Elektronen weiterhin ihre Impuls und
kinetische Energie, aber sie rotieren um den Atomkern nicht
mehr, sondern sich irgendwie in dessen Nähe aufhalten, was
auch immer das bedeuten soll.
Wenn sie aber um den Atomkern nicht rotieren, gibt es dann
keine Zentripetalkraft, die sie in sicherer Entfernung vom Kern
hält. Also, die Elektronen mögen jede Menge kinetischer
Energie besitzen, aber wenn sie um den Atomkern nicht
kreisen, hilft es ihnen auch nicht - sie werden gleich in den
Kern hineinstürzen.
***
In der Elektrodynamik betrachtet man einen Ladungsträger, der
in sehr kurzem Zeitabschnitt beschleunigt wird, wodurch eine
Verschiebung der elektrischen Feldlinien entsteht [1].
Streng genommen weißt man nicht, was mit dem Feld während
der Beschleunigung geschieht. Deshalb beruft man sich auf
Gaußschen Satz der Elektrostatik: Der gesamte Fluss aus
geschlossener Fläche ist der eingeschlossenen Ladung direkt
proportional. Da während der Beschleunigung keine
zusätzlichen Ladungsträger entstehen, muss der gesamte Fluss
auch in diesem Zeitabschnitt erhalten bleiben.
So verbindet man schlicht die alten Feldlinien mit den neuen.
Daraus ergibt sich die transversale Komponente elektrischen
Feldes (Abbildung 1) und sie wird zum Strahlungsfeld erklärt.
Abbildung 1. Kurzzeitige Beschleunigung
des Ladungsträgers.
Doch durch solches Verbinden der Feldlinien wird der
Gaußsche Satz eben gebrochen, weil bei der Berechnung des
Feldflusses die Feldstärke mit dem Normalenvektor der Fläche
multipliziert werden soll. Die Folge: Der gesamte Fluss durch
die Kugelfläche in der Beschleunigungszone sinkt.
Anderseits haben wir hier nicht mit der Elektrostatik zu tun,
sondern mit der Elektrodynamik. Den Konflikt können wir
durch Erweiterung des Gaußschen Satzes beseitigen, indem der
gesamte Feldfluss als Summe aus radialer und transversaler
Komponenten des elektrischen Feldes berechnet wird.
In der Beschleunigungsphase findet also eine
Teiltransformation des radialen elektrischen Feldes des
Ladungsträgers in das transversale elektrische Feld. Der
gesamte elektrische Fluss bleibt aber dabei unveränderlich.
Allerdings denke ich, dass hier noch eine Voraussetzung nötig
ist. Z.B., warum gibt es keine dreieckigen elektromagnetischen
Wellen? Dreieckige Wellen könnten durch gleichmäßige
Beschleunigung erzeugt werden. Doch in der Natur gibt es nur
harmonische elektromagnetische Wellen, die durch sinus- oder
cosinus-Funktion beschrieben werden können.
Die notwendige Voraussetzung ist also: Der Raum nimmt nur
harmonische Wellen auf.
Die harmonischen Wellen können aber nur durch harmonisch
ändernde Beschleunigung hervorgerufen werden, d.h. durch die
Beschleunigung, die selbst durch sinus- oder cosinus-Funktion
beschrieben werden kann.
Diese Annahme bedingt unverbindlich die Stabilität von den
Atomen. Die kreisenden Elektronen geben die Strahlung
deshalb nicht ab, weil sie nur gleichmäßige Beschleunigung
erfahren. Deshalb dürfen die Elektronenbahnen nur die Kreise
sein.
Die Synchrotronstrahlung ist keine Ausnahme. Im
Ringbeschleuniger bewegen sich die geladenen Teilchen nicht
auf idealen Kreisbahnen, sondern auf Vieleckenbahnen.
Von Ecke zur Ecke fliegen sie geradeaus, in den Ecken wird
ihre Bahn mit Hilfe von starken Magneten gekrümmt, sodass
sie zu strahlen beginnen, nachdem fliegen sie wieder geradeaus
zur nächsten Ecke (Abbildung 2 aus [2]).
Abbildung 2. Ablenkung des Elektronenstrahls
in den Ecken des Synchrotrons [3].
Die Krümmung geht offensichtlich über viele
Übergangsstufen: Von schwacher Beschleunigung beim
Eintritt unter den Einfluss des Ablenkungsmagneten bis zur
starken Beschleunigung in der Mitte und wieder zur schwachen
Beschleunigung beim Austritt. D.h. auch hier haben wir mit
nah harmonisch ändernder Beschleunigung zu tun. Als Folge
dürfen die schnellen geladenen Teilchen ihre Strahlung an den
Raum in den Ecken abgeben.
In den Stoffen wird harmonische Beschleunigung schlicht
durch die Schwingungen der Dipole - Moleküle und Atome realisiert.
Die chemischen Bindungen werden auf mikroskopischer Ebene
durch das Zusammenwirken von anziehenden und abstoßenden
Kräften zwischen den Atomen dargestellt. Die Atome befinden
sich in einer Vertiefung des Bindungspotentials (Abbildung 3).
Abbildung 3. Potentialvertiefung bei
den Molekülen.
Nah zum Gleichgewichtsabstand kann dieses Potential durch
eine Parabel, d.h. durch das Potential des harmonischen
Oszillators, approximiert werden. Deshalb können die Stoffe
mittels der harmonisch schwingenden Dipole auch strahlen.
[1] Larmor's formula. The University of Warwick.
http://pulsar.sternwarte.unierlangen.de/wilms/teach/astrospace/spacechap5.pdf
[2] A model of the Synchrotron.
http://www.odec.ca/projects/2005/shar5a0/public_html/