Eindeutigkeit  
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E=m*c*c

Eine Begründung der Formel E=h*Nue


Seit 1899/90 kennt man die von Max Planck entdeckte universelle Formel E=h*Nue, in der E die kleinste Energie ist, die von einem System, das mit der Freuenz Nue schwingt, empfangen oder abgegeben werden kann. In diesem Artikel will ich zeigen, dass diese Aussage jedenfalls dann gilt, wenn in diesen Systemen Elektronen mit ihren Spins im Spiele sind.

Mit seinem Spin S verfügt ein Elektron über die Fähigkeit, Lichtquanten auszusenden und zu empfangen. Sein Spin ist ein oder hat einen Drehimpuls, der erstaunlicherweise keine Energie besitzt. Der Betrag seines Drehimpulses ist von keinem Bezugssystem abhängig und hat den Wert |Ds|= h|/(2*Pi), wobei h das Planck'sche Wirkungsquantum ist. In der Literatur findet man zwar für den Betrag von Ds den Wert h|/(4*Pi) und ich komme am Ende dieses Artikels auf diese Diskrepanz noch zu sprechen. Die Richtung des Spin-Drehimpulses liegt entweder parallel (spin-up) oder antiparallel (spin-down) zum jeweiligen Bahndrehimpuls des Elektrons. Durch ein sogenanntes Klappen kann der Spin-Drehimpuls schlagartig zwischen diesen beiden Richtungen wechseln. Der Spin benimmt sich damit wie ein Kreisel, dessen Achse nur dann bei seiner Bewegung kein Drehmoment erfährt, wenn er parallel oder antiparallel zurAchse des Kreisels bewegt wird. Der besondere Unterschied zu einem Kreisel liegt jedoch darin, dass der Elektronen-Spin erstaunlicherweise keine Energie hat..

Der bei einem Klapp-Prozess frei gewordene Drehimpuls des Spins kann nicht unmitelbar in Form eines Photons abgestrahlt werden, weil der Spin eben keine Energie hat und es keine energielosen Photonen gibt. Das bedeutet, dass der frei gewordene Spin-Drehimpuls von der Flugbahn des Elektrons übernommen wird, wobei sich allerdings die Energie des Elektrons dabei ändert und erst dabei die dafür erforderliche Energiedifferenz mit anderem Vorzeichen von einem Photon übernommen wird. Dieses Photon hat dann zwar keinen Drehimpuls, erfüllt aber den Energiesatz.

Stünde der Spin-Drehimpuls des Elektrons parallel oder antiparallel zum Drehimpuls des Elektrons auf seiner Flugbahn, gäbe es seitens des Spins keine Kräfte auf das Elektron und es würden die folgenden Gleichungen für die Energie E und für den Bahndrehimpuls D des Elektrons gelten, wobei Omega die positive Winkelgeschwindigkeit seines aktuellen Flugbahn-Segments und r der augenblickliche Abstand des Elektrons von der Achse dieses Flugbahn-Segments sind. Epot ist die potentielle Energie des Elektrons, die während des Klapp -Prozesses ungeändert bleibt


D
= m * Omega
* r * r ,++++,,,,,,+++,,,,,,+ ,(1a),(
,
E = m * Omega
* Omega* r * r / 2 + Epot,, ,,,,,,,,, (1b)

und mit (1a) wird aus (1b)

E = D * Omega /2
,+ Epot++++++++++++(1c)++

Da sich der Bahndrehimpuls D des Elektrons bei einem Klapp-Prozess um den Wert h/(Pi) ändert, ändert sich die Energie dieses Elektrons um die Differenz dE zwischen (1b) und (1c) gemäß der Formel

dE = Omega *h/(2*Pi)
++

dE = h * Nue
bbb+++++++ (1d)

wobei während des Klapp-Prozesses die Winkelgeschwindigkeit Omega und die potentielle Energie Epot des Elektrons im Vergleich zu ihren tatsächlichen Werten praktisch unverändert bleiben. - . Im übrigen gilt die Formel (1d) universell für alle Materialien, wie z.B. der Fotoeffekt zeigt. Das ist der Grund dafür, warum ich glaube, dass der Betrag des Elektronenspins den eingangs genannten Wert haben wird, denn sonst erschiene in (1d) noch ein Faktor 2.

Man hat somit eine einfache und plausible Erklärung für diesen wichtigen Satz der Quantentheorie gefunden, die ohne Wahrscheinlichkeits-Dichten auskommt.


Fazit

Unter Hinweis auf den Drehimpuls des Elektronen-Spins wird eine plausible Erklärung der univerellen Formel E=h*Nue gegeben