Indledning. Hvad er en elektron?
Elektronen blev som 'selvstændig' partikel opdaget i 1897 af den engelske fysiker Joseph John Thomson (1856-1940) efter omfattende forsøg med katodestråler. (J. J. Thomson, 'Cathode Rays', Philosophical Magazine, vol.44, (1897)). I år, hundrede år efter dens opdagelse, har man endnu ikke en fuldstændig forståelse af denne partikel, der findes i alt stof. At opfatte elektronen som en 'fast' afgrænset kugle med en bestemt radius, masse og indre 'mystisk' elektrisk ladning, der er ansvarlig for en såkaldt elektrisk kraftvirkning, giver ikke en tilfredsstillende dybere forståelse af, hvad en såkaldt elektron er. Den bølge-kvantemekaniske beskrivelse af en elektron giver heller ikke en fysisk logisk forståelse af det, vi kalder en elektron. Hvad er da en elektron? Jeg vil i det følgende fremlægge nye teoretiske betragtninger om det subsystem, vi kalder en elektron. Min anskuelse er, at elektroner er dynamiske subsystemer i universet der er under stadig udvikling. Elektroner kan betragtes som Bose-Einstein-kondensater, der befinder sig i det kosmiske unitonfelt, og som består af unitoner. Den her fremlagte nye kosmologisk-afhængige teori om elektronen er baseret på min kvantekosmologiske teori, der har hovedtitlen: 'Holistisk kvantekosmologi med aftagende gravitation' (se denne). En konsekvens af denne teori er, at gravitationen i universet er stadigt aftagende. En mekanisk-fysisk forklaring af gravitationen og dennes aftagen redegør jeg for i en anden artikel med titlen: 'Unitonmekanisk forklaring af gravitation', (se denne). At universet udvider sig, og gravitationen aftager, bevirker, at fysisk geometriske afstande af forskellige subsystemer, såsom eksempelvis en elektron, også udvider sig, efterhånden som universet gør det. I det følgende vil jeg udlede en formel, der viser, hvordan en elektrons udstrækning varierer med universets udvidelse. Formlen viser den intime sammenhæng mellem mikrokosmos og makrokosmos. Den sætter mig også i stand til at beregne universets masse ved hjælp af kendte atomfysiske størrelser! Sagt med andre ord viser den opdagede formel: En elektron vokser i størrelse, efterhånden som universet bliver ældre!
Jeg vil også vise, at der er en fysisk-mekanisk sammenhæng mellem det, vi kalder henholdvis 'gravitationskræfter' og 'elektriske kræfter'. Fundamentalt betragtet er disse kraftvirkninger et resultat af mekaniske stødpåvirkninger – af forskellig intensitet – forårsaget af de allestedsnærværende UNITONER, min betegnelse for de til enhver tid fysisk mindste stof-/energikvanter i universet. Den forening af gravitation og elektricitet, som fysikere i århundrede har ledt efter, mener jeg således at have opdaget, og denne opdagelse vil jeg redegøre for i det følgende!

Ny kosmologisk elektronmodel. Elektronen - et unitonkvantedynamisk subsystem
En konsekvens af min 'Holistiske kvantekosmologi med aftagende gravitation' (se denne) er eksistensen af et kosmisk unitonfelt (også kaldet unitonrummet) bestående ef de fysisk mindste 'stof-/energikvanter' i universet. Disse elementarkvanter med en geometrisk udstrækning lig med elementarlængden kalder jeg unitoner, og de er til stede i hele universet og bevæger sig med lysets hastighed. 'Stof' er områder i det kosmiske unitonfelt, hvor der er en meget forøget unitontæthed (dvs. antal unitoner pr. volumenenhed). En elektron kan opfattes som et 'kondensat' bestående af omkring 10³⁷ unitoner. En elektron er ikke en passiv partikel, men derimod et aktivt unitondynamisk subsystem i det kosmiske unitonfelt! En elektron, der er i dynamisk ligevægt, emitterer og absorberer lige mange unitoner pr. tidsenhed. En elektron, der er kommet ud af dynamisk ligevægt, vil 'søge' mod ligevægt ved enten at emittere flere unitoner end den absorberer eller absorbere flere end den emitterer. En elektron der absorberer et overskud af unitoner 'løftes' til et højere energiniveau. Da unitonerne er diskrete kvanter, der kun kan absorberes eller emitteres som et helt antal kvanter, forøges energien også i diskrete kvanter. Elektronen kan således befinde sig i forskellige diskrete energitilstande (kvantetilstande). Overskudsemission af unitoner (i forhold til unitonabsorption) kan være identisk med en emitteret foton. Som omtalt i et andet afsnit kan en foton tænkes at være 'svingningskvanter' i det kosmiske unitonfelt eller måske klynger af et vist uhyre stort antal unitoner, svarende til en bestemt fotons energi. Hvis en foton er et 'svingningskvant' i det kosmiske unitonfelt, da er disse svingninger forårsaget af unitoner udsendt af en elektron. En analog proces kan foregå i almindelige stoffer, hvorigennem der kan transmitteres 'lydsvingningskvanter', som man kalder phononer. Phononer har mange lighedspunkter med fotoner i deres fysiske opførsel og kan matematisk beskrives som fotoner!
Hvis en elektron har overskudsabsorption af unitoner, da kan dette svare til, at den absorberer en foton.

Kraftvirkningerne mellem to elektroner
Lad os betragte to elektroner, der befinder sig i hvile i det kosmiske unitonfelt. Ifølge den kendte fysik menes der at virke to forskellige slags naturkræfter mellem elektronerne, nemlig dels såkaldte tiltrækkende gravitationskræfter og dels frastødende elektriske kræfter. Gravitationskræfternes størrelse beregnes efter Newtons gravitationslov, og de elektriske kræfters størrelse efter Coulombs elektrostatiske kraftlov. Den matematiske form af disse to kraftlove er fuldstændig ens, og dette er i sig selv tankevækkende. Den elektriske kraft på hver elektron er dog 4,16·10⁴² gange større end den gravitationelle kraft. Ifølge min kvantekosmologiske teori gælder dette tal i vor epoke af universets udvikling, og tallet, der betegnes med N i min kvantekosmologiske teori, spiller en meget stor rolle i hele teorien.
Lad os stille følgende spørgsmål: Kan det forholde sig således, at både de elektriske kræfter og de gravitationelle kræfter – og for den sags skyld alle kraftvirkninger – kan føres tilbage til og forklares ved mekaniske unitonstød? Jeg mener ja! Min begrundelse for et ja er baseret på den opdagelse, som jeg vil redegøre for i det følgende.
Hvis de gravitationelle og elektriske kræfter, der virker mellem to elektroner, skal kunne forklares ved mekaniske unitonstød, må det forholde sig på den måde, at summen af de unitonstødkræfter, der svarer til det, vi har kaldt den elektriske kraft, skal være omkring 10⁴² gange større end summen af de unitonstødkræfter, der svarer til den gravitationelle kraft.
Størrelsen af den gravitationelle kraft F_g på en elektron er givet ved Newtons gravitationslov:

(1)

hvor G er Newtons gravitations'konstant', m_e elektronens masse og r afstanden mellem de to betragtede elektroner.

Størrelsen af den elektrostatiske kraft F_e på hver elektron kan bestemmes af Coulombs elektrostatiske kraftlov:

(2)

hvor k_C er coulombkonstanten og e elektronens elektriske ladning.
Forholdet mellem F_e og F_g definerer størrelsen N.

Forholdet mellem elektronens og universets massedensiteter
Lad os beregne forholdet N_d mellem en elektrons massedensitet og universets gennemsnitlige massedensitet . Dette er givet ved:

(3)

hvor r_e er en elektrons 'udstrækning', M₀ er universets samlede masse og R dets nuværende udstrækning. For universets masse og udstrækning benytter jeg de talværdier, som jeg har beregnet i min kvantekosmologiske teori (se denne). For elektronens 'udstrækning' benytter jeg en målt værdi, r_e = 10^-18 m. De benyttede talværdier er behæftet med en del usikkerhed, og denne går naturligvis igen i det beregnede forhold opskrevet i udtryk (3). Hvis de kendte (men usikre tal) indsættes i (3), får man:

(4)

altså yderst interessant en talværdi, der er tæt på N. Dette kan ikke være en tilfældighed!!! Der må eksistere en dybere sammenhæng! Med nøjagtigere kendte talværdier er jeg ret sikker på, at forholdet vil vise sig at være lig med tallet N. For at komme videre i mine teoretiske betragtninger vil jeg derfor antage, at dette er tilfældet! Konsekvenserne må vise, om jeg har ret.

Der gælder altså:

(5)

Udtrykket i (5) giver os en yderst vigtig og interessant sammenhæng mellem næsten alle de fysiske størrelser, som vi mennesker har defineret for at kunne beskrive og forstå det univers, som vi selv er en del af.
Forholdet (5) kan også udtrykkes som forholdet mellem unitontætheden i en elektron n_u,e og unitontætheden i universet som helhed, n_u,cos, dvs. der gælder også:

(6)

I de næste afsnit vil jeg gøre brug af sammenhængene angivet i (5) og (6).

Elektronens udstrækning - beregnet kosmologisk
Ligning (5) giver en sammenhæng mellem en elektrons udstrækning, dens masse, elektriske ladning, Newtons gravitations'konstant', universets aktuelle udstrækning og dets masse. Hvis vi isolerer r_e får vi:

(7)

Hvis jeg benytter de tidligere angivne talværdier for R, M₀ og N, får man for elektronens udstrækning:

(8)

en værdi der ligger fint i nærheden af den eksperimentelt fundne. Igen må det betones, at der er usikkerheder på talværdierne af R og M₀. Nøjagtigheden af disse talværdier er bestemt af den nøjagtighed, hvormed man kan måle den relative variation af Newtons gravitations'konstant'.

Udtrykket i (7) giver en sammenhæng mellem en elektrons udstrækning og universets udstrækning og dets masse. At der skulle eksistere en sådan holistisk sammenhæng, blev allerede foreslået af den engelske astrofysiker Arthur Stanley Eddington (1882-1944) i 1923. I sin engang så berømte lærebog: 'The Mathematical Theory of Relativity', Cambridge University Press (1923) skriver Eddington:

"radius of electron in any direction = numerical constant * radius of curvature of space-time in that direction"

Protonens udstrækning
Et interessant spørgsmål er:   Gælder formlen (7) også for en proton (og måske for andre såkaldte »elementære partikler«)?   Lad os benytte den på en proton med massen m_p = 1,67 · 10^-27 kg. Idet vi betegner protonens udstrækning med r_p fås:

Universets masse bestemt ved atomfysiske konstanter og gravitations'konstanten'
I stedet for at udtrykke elektronens udstrækning ved kosmologiske størrelser, såsom universets masse og dets udstrækning, kan vi omvendt udlede en sammenhæng mellem universets masse M₀ og fysiske størrelser, hvis talværdier er godt bestemt, – måske lige med undtagelse af elektronens udstrækning. Omformning af (8) giver:

(9)

hvor jeg har benyttet følgende kosmologiske grundligning fra min holistiske kvantekosmologi (se denne) for sammenhængen mellem universets udstrækning R og elementarlængden r₀, der på den anden side er bestemt ved Plancks konstant, lyskonstanten og universets masse:

(10)

Ligning (9) kan i øvrigt skrives således:

(11)

hvor m_x angiver en masse af formodentlig en vigtig partikeltype? Da massen afhænger af elektronens masse og dennes udstrækning, kunne det tyde på, at der er tale om massen af en såkaldt W-partikel, der 'optræder' ved vekselvirkninger, hvor såkaldte svage kernekræfter er indblandet. Den målte værdi af W-partiklens masse ligger ganske tæt på massen, som jeg har betegnet m_x
m_x er af størrelsen 10^-25 kg, og W-partiklens masse er målt til omkring 1,4 · 10^-25 kg.

Den voksende elektron
Af ligning (5) ser man, at da R og dermed også G ændrer sig, da må nogle af de andre indgående størrelser også ændres, efterhånden som universet udvikler sig. For at være i overensstemmelse med de antagelser, jeg har gjort i min kosmologiske teori, bl.a. at en elektrons masse og elektriske ladning er konstant, følger heraf, at en elektrons udstrækning ændrer sig i tidens løb. Den formel, jeg udleder, viser, at elektroner vokser i udstrækning. I tidligere epoker af universets udvikling var deres udstrækning mindre, hvilket naturligvis også er ganske logisk, thi hvordan skulle der ellers være plads til dem i et univers, der havde et mindre og mindre rumfang, når vi går tilbage i tiden? Lad os udlede en differentialligning for den relative variation af en elektrons udstrækning. Formel (5) kan omskrives til:

(12)

Ved differentiation af r_e med hensyn til tiden (markeret ved en prik) fås efter nogle regninger:

(13)

Sammenhængen mellem den relative variation af universets udstrækning og den relative variation af Newtons gravitations'konstant' er udledt i min kosmologiske teori og er givet ved:

(14)

Benyttes udtrykket i (14) i (13) fås:

(15)

Sammenhængen mellem og universets aktuelle alder T er bestemt ved:

(16)

der indsat i (15) giver en sammenhæng mellem den relative variation af en elektrons udstrækning og den aktuelle alder af universet. Vi får:

(17)

Ønskes en direkte sammenhæng mellem en elektrons udstrækning og universets alder, kan (17) integreres til:

(18)

hvor k er en integrationskonstant. Dennes talværdi kan bestemmes ud fra de samhørende talværdier, vi kender for vor epoke. Idet jeg benytter de talværdier, som jeg tidligere i denne artikel har benyttet, fås:

(19)

Af ligning (18) kan vi beregne, hvad en elektrons udstrækning har været ved forskellige aldre af universet. Lad os eksempelvis beregne, hvad udstrækningen af en elektron var, da universet var en halv milliard år gammelt, dvs. da T = 1,6 · 10¹⁶ s.

Af (18) får vi:

(20)

Af (20) ser vi således, at en elektron for omkring ti milliarder år siden havde en udstrækning, der var omkring ti gange mindre end en nutidig elektrons! Sådanne gamle elektroners procesforhold kan vi studere ved at observere virkningerne fra meget fjerne objekter i universet, såsom kvasarer. At disse kvasarer udsender meget store energimængder fra meget små geometriske områder, kan måske forstås af bl.a. det her fremlagte.

Elektriske og gravitationelle kræfter reduceret til unitonstødkræfter
Ved hjælp af de foregående fundne sammenhænge kan det vises, at det, vi kalder 'elektriske kræfter', kan føres tilbage til det, vi kalder 'gravitationskræfter'. De sidstnævnte kræfter kan forklares fysisk-mekanisk som sammenstødskræfter mellem unitoner. Dette har jeg redegjort for i en anden artikel. Elektriske kræfter kan således også føres tilbage til unitonstødkræfter, blot i en meget mere intens form.
Lad os omforme ligning (5) således:

(21)

Af (21) ser vi, at vi kan udtrykke det, som vi har indført og kaldt 'elektrisk ladning', ved rent mekaniske og geometriske størrelser, nemlig massetætheder og Newtons gravitations'konstant', der spiller en rolle som en koblingsparameter.
Vi omformer nu Coulombs elektrostatiske kraftlov (2) ved brug af (21) og får:

(22)

altså en rent mekanisk kraftlov. Forklaringen på, hvorfor to elektroner frastøder hinanden med kræfter, der er N gange større end de kræfter, de bliver skubbet sammen med, er, at massetætheden af en elektron – eller unitontætheden – er N gange større end den gennemsnitlige massetæthed – eller unitontæthed – af universet som helhed!
Den rent mekaniske forklaring af både tyngdekræfter og elektriske kræfter medfører, at det, vi har indført og kaldt elektrisk ladning, slet ikke eksisterer i naturen! Begrebet elektrisk ladning har vi kun indført i mangel af en dybere forståelse!
Det foregående har vist, at elektriske og gravitationelle kræfter har en fælles årsag. De såkaldte stærke og svage kernekræfter vil også vise sig at kunne føres tilbage til samme fundamentale kosmologiske niveau!

Det skal bemærkes, at det nok forholder sig sådan, at elektroner hele tiden udsender lidt flere unitoner, end de optager. Årsagen til dette er, at universet udvider sig, og som sådan er universet ikke i en ligevægtstilstand. I længden vil alt gå i opløsning – også elektroner – og fordele sig så jævnt som muligt! Denne kosmiske ubalance kan måske også være forklaringen på, hvorfor vi og alle levende væsener ældes! At elektroner og dermed stof og vi dog eksisterer, skyldes at universet endnu ikke er så gammelt! Stoffet er 'rester' fra det meget tættere unge univers, der endnu ikke er gået i 'opløsning'.

De elektriske kræfters konstans
Udtrykket i (22) angiver størrelsen af det, vi har kaldt den 'elektriske' kraft på en elektron, forårsaget af en anden elektrons tilstedeværelse. Man kan spørge: Har denne 'elektriske' kraft altid haft den samme størrelse også i tidligere epoker af universet?
Hvis F_e har haft samme talværdi gennem universets udvikling, da skal det gælde, at størrelsen givet i ligning (23) skal være konstant gennem universets udvikling.

(23)

hvor indeks T angiver de indgående størrelsers talværdi til et vilkårligt kosmisk 'tidspunkt', der er større end 'fødselstidspunktet' for elektroner.
Omskrivning af (23) giver:

(24)

I (24) angiver G₀ talværdien af Newtons gravitations'konstant', da universet blev 'født' inden for det første kosmiske kvantetidsinterval. Talværdien af G₀ kan bestemmes meget nøjagtigt, da den er givet ved:

(25)

Vi ser, at udtrykket i (23) er konstant og lig med G₀. Altså tyder det på, at de kræfter, der virker mellem elektroner, og som vi kalder elektriske kræfter, ikke har ændret sig under universets udvikling, hvorimod gravitationelle kræfter er stadigt aftagende!
Den mekaniske årsag til gravitationens aftagen er universets udvidelse og dermed en makroskopisk udtynding af det kosmiske unitonfelt. Går man tilbage i universets udvikling, nærmer størrelsen af gravitationskræfterne sig mere og mere størrelsen af de elektriske kræfter!

Louis Nielsen, 2. november 1997

  Næste artikel