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Quantenphysik in einem Glas

2019

Vor der Entdeckung der Quantenmechanik in den 1920er Jahren - Gesetze, die die Funktionsweise der Welt auf der sehr kleinen Skala von Atomen und Elektronen erklären - schien die Tatsache, dass Bleichmittel und Peroxid beim Mischen glühen, wie eine weitere chemische Reaktion, die Licht abgibt. wie Feuer oder Glühwürmchen. Aber es ist tatsächlich ein Blick in das Unmögliche.

Wasserstoffperoxid zersetzt sich, wenn es auf Chlor trifft und setzt Sauerstoffmoleküle frei, von denen jedes ein Elektron in einem hochenergetischen Zustand aufweist. Wenn die Elektronen unweigerlich in einen energiearmen Zustand zurückkehren, entweicht die überschüssige Energie als Photon des Lichts und erzeugt ein Leuchten. Einfach - aber es gibt zwei Probleme.

Erstens zeigen Quantenberechnungen, dass die bei diesem Übergang erzeugte Energie nur für ein Photon von Infrarotlicht ausreicht, das unsichtbar ist. Zweitens gibt es drei separate Gesetze der Quantenmechanik, die besagen, dass dieser bestimmte Übergang (ein einziges Sauerstoffmolekül, das von hoher zu niedriger Energie übergeht) sowieso nicht stattfinden kann.

Warum sollten wir an die abstrakte, dem gesunden Menschenverstand widersprechende Mathematik der Quantenmechanik glauben? Weil zwei Unmögliche manchmal möglich machen.

Da der Übergang verboten ist, bleibt das Molekül in seinem "angeregten" Zustand hängen, bis es schließlich mit einem anderen angeregten Molekül kollidiert, eines dieser Gesetze (Symmetrie) bricht und es zwei Elektronen ermöglicht, nach unten zurückzukehren -energie zustände gleichzeitig. Zusammen setzen sie ein einzelnes Photon mit der doppelten Energie frei: ein Photon aus sichtbarem orangerotem Licht. Immerhin nicht so unmöglich.

Dieses Phänomen ist der Grund, warum wir die Hoffnung nicht aufgeben sollten, dass Dinge, von denen jeder weiß, dass sie nicht passieren können, wie das Überschreiten der Lichtgeschwindigkeit, tatsächlich passieren können. Wenn uns das Mischen von Bleichmittel und Peroxid so tief in das seltsame, vielleicht zukünftige goldene Zeitalter der Physik eintaucht, wird das Mischen von Rotwein mit einem trockenen Martini, heute unbemerkt, nur ein winziges bisschen schneller als leichtes Reisen bewirken.

Rechts der Aufbau der Chemikalien im Labor. Der Versuch, Lumineszenzflüssigkeit herzustellen, funktioniert nicht gut mit normalem Bleichmittel und Peroxid. Um ein helles Leuchten zu erzielen, haben wir reines Chlorgas durch das Glasrohr in 30 Prozent Peroxid eingeblasen.

ACHTUNG! Versuchen Sie nicht, dieses Experiment zu Hause zu wiederholen, und trinken Sie keine dieser Chemikalien. Weitere Informationen zu Grays Aktivitäten finden Sie auf periodictable.com.

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