Nejlepší odpověď
„Fotonický boom“? Ah, chápu. Jako „zvukový boom“ pouze se světlem, že?
Ve skutečnosti je to docela běžné, známé a užitečné. Říká se tomu Čerenkovovo záření a nastává, když se nabitá částice pohybuje rychleji než rychlost světla v médiu . Voda a sklo jsou zřejmými příklady, ale i v plynech bude vysoce relativistická nabitá částice produkovat Čerenkovovo světlo. Úhel „fotonické rázové vlny“ vzhledem k dráze částice může odhalit její rychlost v mnoha situacích.
Odpověď
Fotony nejsou vyrobeny z ničeho.
Vážně.
Totéž platí pro všechny základní částice. Jak se ukázalo, je nejlepší naučit se buď v pořádku s tím, že určité věci nebudou z ničeho; říkáme těmto věcem „základní částice“.
Proč je to tak? No … když se zeptáte „z čeho je X“, jaký druh odpovědí to může mít? Pokud se nad tím trochu zamyslíte, uvidíte, že odpověď musí spadat do jedné ze tří kategorií:
- X je kompozitní rozpětí>; je vyroben z jiných věcí , tj. komponent
- X je nedělitelný / nepřetržitý; je to právě z „X věcí“, jakési zcela jednotné čisté látky.
- X není z ničeho.
Volba (1) je snadno srozumitelný. Například můžete říci, že auto je tvořeno motorem, hnacím ústrojím, podvozkem, karoserií, ozdobou kapoty, samolepkami a fuzzy kostkami. Dobře? Snadné.
Problém je v tom, že pokud je to jediný druh odpovědi, který považujete za uspokojivý, narazíte na potíže, když se začnete ptát „jak daleko to jde?“ Na určité úrovni musíte skončit s věcmi, které nejsou vyrobeny z menších komponent, tj. Na určité úrovni by odpověď musela být v kategorii (2) nebo (3)! Jinak máte tento problém „nekonečného ústupu“ ( jsou to želvy úplně dolů ), což opravdu není žádný méně znepokojující než představa o věci, která není„ t “vyrobena z„ čehokoli “. Trváte tedy na tom, že odpověď má být kategorie (1) bez ohledu na úroveň, nakonec není „velmi uspokojivá.
Takže, spravedlivě … v určitém okamžiku již můžete„ přiblížit “dále a dostanete se k věcem, které nejsou vyrobeny z jiných věcí . Pojďme to jednoduše nazvat „základní“ úrovní. Jsou tedy fotony v tomto smyslu skutečně „základní“? Ano, vypadají, že jsou. Existují dvě třídy základních částic:
- „bosony“ zahrnující fotony;
- „fermiony“ zahrnující …
- kvarky, které jsou složkami protonů a neutronů
- leptony, včetně elektronů
Důvod, proč si myslíme, že tyto částice jsou zásadní, je ten, že neexistuje žádný náznak, že mělo by to být jinak, tj. žádná experimentální pozorování vyžadující pro vysvětlení „zásadnější“ částice, nic v našem současném modelu, které předpovídá jejich existenci atd. Nicméně nemohli rozpětí> ve skutečnosti mohou být vyrobeny z nějakých zásadnějších objektů? Ano, rozhodně by mohly! Ale protože neexistuje žádný přesvědčivý důvod, proč je očekávat, a v tuto chvíli neexistuje ani představa o tom, jaké by tyto „zásadnější“ částice byly, nebo jak zjistit, zda existují, je to tak trochu „ani tady, ani tam“. Takže v tomto okamžiku jsme „přiblížili“, pokud to je možné, a zdá se rozumné říci, pravděpodobně neexistuje nižší úroveň složení pro částice. (A pokud by existovaly … předpokládejme, že kvarky byly vyrobeny z „preonů“ nebo cokoli jiného, měli byste se stále ptát na stejnou otázku, stačí posunout o úroveň níže).
Na základní úroveň, o kterou tedy jde? Jsou věci (základní částice) „vyrobeny z věcí“ nebo „nejsou z ničeho“?
Staří si mysleli, že věci mohou být velmi dobře vyrobeny z čistých, nediferencovaných „věcí“. (Vezmeme-li si jeden příklad, „klasické prvky“ vzduch / oheň / voda / země byly podle Aristotela považovány za „spojité“. Současná s Aristotelem byla soupeřící spekulace „atomismu“, takže předvědecká verze toho, co jsme nyní považujeme za pravdu o makroskopické hmotě také z doby dávno minulé!). Zkoumali jsme však věci až na úroveň nejmenších částic a zjistili jsme, že na všech úrovních nad tím není nic, co by bylo vyrobeno z nepřetržitého nediferencovaného „čistého materiálu“ – „kategorie (2)“ – – spíše je všechno nad touto základní úrovní tvořeno menšími věcmi, tj. „kategorií (1)“.Takže, jak to zde promýšlíme, jediné, co by zbylo, pro které bychom mohli pobavit představu o existenci typu „kategorie (2)“, by ve skutečnosti byly základní částice; neexistuje „precedens“ pro to, abych tak řekl, v jakémkoli větším měřítku.
A problém spočívá v tom, že v měřítku velmi malého, kde najdeme tyto základní částice jako fotony, atd., již se nechovají způsobem, který by se podobal tomu, jak si myslíme, že se „objekty“ chovají, do té míry, že není ani jasné, že má smysl hovořit o tom, že jsou „vyrobeni“ z čehokoli.
Takže například v případě fotonu … pokud chcete, můžete o tom přemýšlet jako o maličkém kousku „fotonia“ (slovo, které jsem si právě vymyslel). Nikdo vás nezastaví! :-). Byl by to způsob uvažování o fotonech „kategorie (2)“. Co by to bylo za „fotonium“? Bylo by to definováno jako „materiál, z něhož jsou fotony vyrobeny“. Co takhle?
No, vlastně ne … :-(. Problém s touto představou spočívá v tom, že se chlubí pouze na základ toho, aby byl (možná!) intuitivněji uspokojivý než „kategorie (3)“, což je jediná zbývající možnost – být „vyrobeni z ničeho“. A naopak, myšlení fotonů jako „fotonia“ je ve skutečnosti by vyvolalo více otázek, než by odpovědělo, a vytvořilo by více problémů, než by vyřešilo.
Například:
- „fotonium“ se stále musí řídit pravidlem, že foton se nikdy nerozdělí na dva menší kousky „fotonia“;
- … a stejným způsobem můžete „napěchovat dva fotony dohromady“ a vytvořit tak super velký foton s dvakrát větším „fotoniem“
- Fotony mají stále nulovou hmotnost , takže „fotonium“ musí být nějaká nehmotná látka …
- atd. ..
Rovněž není jasné, zda fotonu můžete smysluplně přiřadit míru „velikosti“! Existuje několik způsobů, jak hovoří o tom, jak velká by mohla být velikost fotonu, ale jejich povaha je pravděpodobnostní, tj. souvisí s pravděpodobností interakce fotonu s jinou částicou. A to zase závisí na druhé částice ! (Zejména to, zda má druhá částice elektrický náboj ). Jedním měřítkem velikosti fotonu by byla jeho vlnová délka, která dobře koreluje s jeho pravděpodobností interakce s něčím jiným. Takže v tomto měřítku by měl foton 500 nm zeleného světla průřezovou „velikost“ 1/2000. milimetr, ale foton rádiových vln o frekvenci 1 MHz by měl velikost asi 1 000 stop!
A stejně jako jiné základní částice má foton pouze určitou polohu a určitou hybnost v rozsahu, v jakém měříte ty věci a čím přesněji budete měřit jednu z nich, tím méně určitě můžete měřit druhou.
Od této chvíle se to bude zhoršovat (tj. bude to divnější), ale dostanete představu. .. 🙂
Chci říct, že základní částice se chovají způsobem, který narušuje každou vaši intuici ohledně toho, co by měl být „objekt“ a co dělá! Takže k nim přidává myšlenku, že „jsou z něčeho“ „nevyřeší žádný problém a jen ještě víc kalí vody.
Nyní … v tomto okamžiku si možná říkáte:“ Dobře, fér … fotografie ns a další základní částice nejsou vyrobeny z ničeho jiného. Ne to, co jsem očekával, a může to trochu trvat, než si zvyknu, ale myslím, že „tak to je.“ Na druhou stranu můžete být buď (a) velmi nespokojeni s tímto vysvětlením, nebo (b) mít pocit, že vám mysl vybuchne v nějakém mystickém New Age-y kosmickém zjevení typu „whoa, všechno není nic a existence „Neexistuje!“ Oba tyto extrémy jsou výsledkem klamného myšlení. Tady mám na mysli … dalo by se odpovědět, „ Říkáte, že fotony (atd.) ) nejsou z ničeho, takže proto „skutečně neexistují!“ Vůbec ne. Samozřejmě existují v tom, že interagují s jinými věcmi. Právě jsme to zjistili na základní úrovni, „existující“ nemá nic společného s „vytvářením věcí“, to je vše. Druhou klamnou odpovědí je „ v zásadě říkáte, že všechno je vyrobeno z nic! „No, to také není pravda. Planety, lidé, modré velryby a fuzzy housenky jsou vyrobeny z věcí, což je z molekuly s, které jsou vyrobeny z atomů. Atom je vyroben z (a) jádra, které je vyrobeno z kvarků (není z ničeho) a gluonů (není z ničeho), a (b) elektronů (není z ničeho). Mezi velkými objekty a základními částicemi je spousta úrovní „vyrobenosti“! Všechny tyto „úrovně“ fyzické reality jsou extrémně bohaté na skutečné principy / vztahy / interakce / vlastnosti. Říkáme jim „vznikající vlastnosti“, abychom je odlišili od „základních vlastností“ reality.Například chemie je například o vznikajících vlastnostech, které vedou k „látkám“ z atomů a které řídí interakce mezi různými druhy látek. Termodynamika a statistická mechanika jsou o vznikajících vlastnostech velkých souborů jednotlivých částic. Biologie je o naléhavých vlastnostech živých systémů. A tak dále. Mnoho lidí věří, že vědomí musí být naléhavým fenoménem fyzické reality. (Nikdo neříká, že tomu musíte věřit. Vlastně tomu tak není. Ale hodně lidí ano!)
Každopádně, s ohledem na dva omyly, o nichž se hovoří výše: některým se podaří kombinovat klamů, k tomuto jedinému omylu dojde jedním rázem: „ Základní částice nejsou vytvořeny z ničeho … proto nic ve skutečnosti neexistuje! “ doufám, že už vidíte, proč je to směšné tvrzení. Samozřejmě věci existují! (Vidíte, měli jste po celou dobu pravdu! 🙂 Lidé, které milujete, existují … lidé, které nemáte tak rádi, také existují … a káva existuje a pivo, chlupatí psi a hudba! Existují všechny druhy opravdu úžasných věcí! Takže se nebojte myšlenky, že základní částice nejsou vyrobeny z ničeho.
Jak pokud budeme diskutovat o omylu redukcionismu … jistě jste si všimli, že existují lidé, kteří jsou docela nerušeni myšlenkou, že „vše, co jsme, není nic jiného než banda atomů“, a zdá se, že rezignují na tuto představu s pokrčením ramen, nebo dokonce s pocitem úlevy. Pokud se mě zeptáte, je to známka hloupého, filistinského druhu mysli. Jste mnohem víc než „jen“ cokoli (atomy nebo základní částice, které nejsou z ničeho atd.) Máte mysl a vůli a pocity a můžete uvažovat a oceňovat věci, vymýšlet věci a vytvářet cool věci a přemýšlejte o věcech, z čeho jsou fotony vyrobeny!
Dobře, dost s filozofií … dovolte mi ukončit svou odpověď krátkou zmínkou o úrovni reality, která je zásadnější než základní částice. „Co? Jak to může být?“ Základní částice jsou nejzásadnějším druhem věcí ve vesmíru, ale ukázalo se, že nejsou nejzásadnějšími vysvětlení věcí , protože základní částice jsou samy o sobě vysvětleny v pojmech něčeho jiného – konkrétně kvantových polí . Stručně , je myšlenka, že to, co existuje na nejzákladnější úrovni, jsou určitá pole, která vyplňují celý prostor a obsahují energii. Kdykoli energie v určitém místě v poli překračuje tzv. nulový bod nebo vakuovou energii, nazývá se to „excitace“ pole a projevuje se jako ohraničená částice . Základní částice, které nejsou z ničeho, jsou tedy jevy pole (která také nejsou vyrobena z žádného materiálu „materiálu“). Foton je tedy excitací fotonového pole, elektron je excitací pole elektron-pozitron atd.
No, to bylo trochu dlouhé, ale doufejme, že užitečné, nebo alespoň příjemné :-).