Bedste svar
“Photonic boom”? Ah, jeg forstår det. Som et “lydbom” kun med lys, ikke?
Det er faktisk ganske almindeligt, velkendt og nyttigt. Det kaldes Cherenkov-stråling og forekommer, når en ladet partikel bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i mediet . Vand og glas er indlysende eksempler, men selv i gasser vil en meget relativistisk ladet partikel producere Cherenkov-lys. vinklen af den “fotoniske stødbølge” i forhold til partikelstien kan afsløre dens hastighed i mange situationer.
Svar
Fotoner er ikke lavet af noget.
Seriøst.
Det samme gælder for alle grundlæggende partikler. Som det viser sig, er det bedst at lære at bare være okay, når visse ting ikke er lavet af noget; vi kalder disse ting “grundlæggende partikler”.
Hvorfor er det? Nå … når du spørger “hvad er en X lavet af”, hvilken slags svar kan det have? Hvis du tænker lidt over det, vil du se, at svaret skal falde i en af tre kategorier:
- X er sammensat ; den er lavet af andre ting , dvs. komponenter
- X er udelelig / kontinuerlig; det er bare lavet af “X-ting”, en slags helt ensartet rent stof
- X er ikke lavet af noget.
Valg (1) er let at forstå. For eksempel kan du sige, at en bil er lavet af en motor, et motordrev, chassis, karrosseri, hættepynt, kofangerstickers og fuzzy terninger. Okay? Let.
Problemet er, at hvis det er det eneste svar, du finder tilfredsstillende, så vil du løbe ind i problemer, når du begynder at spørge “hvor langt ned går det?” På et eller andet niveau skal du ende med ting, der ikke er lavet af mindre komponenter, dvs. på et eller andet niveau skal svaret være i kategori (2) eller (3)! Ellers har du dette problem med “uendelig regression” ( Det er skildpadder helt ned ), som virkelig ikke er mindre bekymrende end ideen om en ting, der ikke er lavet af” noget. Så insisterer på, at svaret er af kategori (1) uanset niveauet, i sidste ende ikke er meget tilfredsstillende.
Så ret nok … på et tidspunkt kan du “t” zoome ind yderligere og du kommer til ting, som ikke er lavet af andre ting . Lad os bare kalde det det “grundlæggende” niveau. Så er fotoner virkelig “grundlæggende” i denne forstand? Ja, de ser ud til at være det. Der er to klasser af grundlæggende partikler:
- “bosonerne”, som inkluderer fotoner;
- “fermionerne”, som inkluderer …
- kvarker, som er komponenterne i protoner og neutroner
- leptoner, herunder elektroner
Årsagen til, at vi mener, at disse partikler er grundlæggende, er, at der bare ikke er noget antydning om, at det skulle være anderledes, dvs. ingen eksperimentelle observationer, der kræver “mere grundlæggende” partikler for deres forklaring, intet i vores nuværende model, der forudsiger deres eksistens osv. Ikke desto mindre kunne de spænd> faktisk laves af nogle mere grundlæggende objekter? Ja, det kunne de bestemt! Men da der ikke er nogen tvingende grund til at forvente dem, og på dette tidspunkt ingen idé om, hvordan disse “mere fundamentale” partikler ville være, eller hvordan man fortæller, om de eksisterer, det er en slags “hverken her eller der”. Så på dette tidspunkt har vi “zoomet ind”, så vidt det ser ud til at være muligt, og det synes rimeligt at sige der er sandsynligvis ikke noget lavere niveau af sammensætning for partikler. (Og hvis der var … antag, at kvarker var lavet af “preons” eller hvad som helst, ville du stadig have det samme spørgsmål at stille, bare skubbet ned et andet niveau).
På grundlæggende niveau, hvad er det så? Er ting (grundlæggende partikler) “lavet af ting” eller “ikke lavet af noget”?
De gamle troede, at ting meget godt kunne være lavet af rene, udifferentierede “ting”. (For at tage et eksempel blev de “klassiske elementer” af luft / ild / vand / jord af Aristoteles anset for at være “kontinuerlige”. Samtidig med Aristoteles var den konkurrerende spekulation om “atomisme”, så en prævidenskabelig version af det, vi betragt nu som sandheden om makroskopisk stof også eksisterede for ganske længe siden!). Imidlertid har vi “undersøgt ting ned til niveauet for de mindste partikler og fundet, at der på ethvert niveau over det ikke er noget, der er lavet af kontinuerlig udifferentieret” ren ting “-” kategori (2) “- – snarere er alt over dette grundlæggende niveau lavet af mindre ting, dvs. “kategori (1)”.Så når vi tænker igennem her, vil de eneste ting, der er tilbage, som vi kan underholde forestillingen om en “kategori (2)” type eksistens, faktisk være de grundlæggende partikler; der er ingen “præcedens” for det så at sige i nogen større målestok.
Og problemet er, at på skalaen af de meget små, det er her, vi finder disse grundlæggende partikler som fotoner, osv. opfører de sig ikke længere på måder, der ligner, hvordan vi tænker på, at “objekter” opfører sig, til det punkt, at det ikke engang er klart, at det er meningsfuldt at tale om, at de er “lavet af” noget.
Så i tilfælde af foton, for eksempel … hvis du vil, kan du tænke på det som bare en lille smule “fotonium” (et ord, jeg lavede lige nu). Ingen stopper dig! :-). Dette ville være en “kategori (2)” måde at tænke fotoner på. Hvad ville dette “fotonium” være? Det ville bare blive defineret som “de ting, som fotoner fremstilles af”. Hvad med det?
Nå, ikke rigtig … :-(. Problemet med denne opfattelse er, at det roser sig udelukkende på grundlaget for at være (muligvis!) mere intuitivt tilfredsstillende end “kategori (3)”, som er den eneste tilbageværende mulighed – at være “lavet af ingenting”. Og på ulempen tænker man på fotoner som værende lavet af “fotonium” ville rejse flere spørgsmål, end det besvarer og skabe flere problemer, end det ville løse.
For eksempel:
- “fotonium” skal stadig overholde reglen om, at en foton aldrig deler sig i to mindre bits af “fotonium”;
- … og med det samme kan du ikke klemme to fotoner sammen for at skabe en superstørrelse foton med dobbelt så meget “fotonium”
- Fotoner har stadig nul masse , så “fotonium” skal være et masseløst stof af en slags …
- osv. ..
Det er heller ikke klart, at du meningsfuldt kan tildele et mål af “størrelse” til et foton! Der er flere måder at tale om, hvad størrelsen på en foton kan være, men de er sandsynlige i naturen, dvs. relateret til sandsynligheden for, at en foton interagerer med en anden partikel. Og det til gengæld afhænger af den anden partikel ! (Især om den anden partikel har elektrisk ladning ). Et mål for en fotonstørrelse ville være dens bølgelængde, som korrelerer godt med sandsynligheden for at interagere med noget andet. Så i det mål ville en foton på 500 nm grønt lys have en tværsnitsstørrelse på 1/2000. på en millimeter, men en foton på 1 MHz radiobølge ville have en størrelse på ca. 1000 fod!
Og som andre grundlæggende partikler har en foton kun en bestemt position og et bestemt momentum i det omfang, du måler disse ting, og jo mere bestemt du måler en af dem, jo mindre bestemt kan du måle den anden.
Det bliver bare værre (dvs. mere underligt) herfra, men du får ideen. .. 🙂
Mit pointe er, at grundlæggende partikler opfører sig på måder, der krænker enhver intuition, du har, hvad et “objekt” skal være og gør! Så tilføj dem ideen om at være “lavet af noget “løser intet problem og mudrer bare vandet endnu mere.
Nu så … på dette tidspunkt siger du måske” Nå okay, fair nok … foto ns og andre grundlæggende partikler er ikke lavet af noget andet. Ikke hvad jeg forventede, og det kan tage lidt at vænne sig til, men jeg antager, at det er sådan det er. På den anden side kan du enten være (a) meget utilfreds med denne forklaring eller (b) føle at dit sind blæses i en slags mystisk New Age-y kosmisk åbenbaring som “whoa, alt er ingenting, og eksistens eksisterer ikke! Begge disse ekstremer er en følge af fejlagtig tænkning. Her er hvad jeg mener … man kan svare med “ Du siger, at fotoner (osv.) ) er ikke lavet af noget, så derfor eksisterer de ikke rigtig! “ Overhovedet ikke. Selvfølgelig eksisterer de, fordi de interagerer med andre ting. Vi har netop etableret det på det grundlæggende niveau, “eksisterende” har intet at gøre med “at være lavet af ting”, det er alt sammen. Et andet vildfarende svar er, “ Du siger grundlæggende, at alt er lavet af intet! “Nå, det er heller ikke sandt. Planeter, mennesker, blåhvaler og fuzzy larver er lavet af ting, som er lavet af molekyle s, som er lavet af atomer. Et atom er lavet af (a) en kerne, der er lavet af kvarker (ikke lavet af noget) og gluoner (ikke lavet af noget), og (b) elektroner (ikke lavet af noget). Der er mange niveauer af “made-of-ness” mellem de store objekter og de grundlæggende partikler! Alle disse “niveauer” af fysisk virkelighed er ekstremt rige med reelle principper / forhold / interaktioner / egenskaber. Vi kalder disse “nye egenskaber” for at skelne dem fra “fundamentale egenskaber” i virkeligheden.Så for eksempel handler kemi om de nye egenskaber, der giver anledning til “ting” ud af atomer, og som styrer interaktionen mellem forskellige slags ting. Termodynamik og statistisk mekanik handler om de nye egenskaber ved store samlinger af individuelle partikler. Biologi handler om de nye egenskaber ved levende systemer. Og så videre. Mange mennesker tror, at bevidsthed skal være et nyt fænomen af fysisk virkelighed. (Ingen siger, at du skal tro det. Jeg ved det faktisk ikke. Men mange mennesker gør det!)
Alligevel med hensyn til de to fejltagelser, der er diskuteret ovenfor: nogle mennesker formår at kombinere begge disse fejlslutninger, der i en strøg ankommer til denne ene uber-fejlslutning: “ Grundlæggende partikler er ikke lavet af noget … derfor eksisterer intet virkelig! ” Jeg håber du allerede kan se hvorfor det er en latterlig erklæring. Selvfølgelig findes der ting! (Se, du havde ret hele tiden! 🙂 Folk, du elsker, eksisterer … mennesker, du don t elsker så meget, de findes også … og kaffe findes, og øl og lodne hunde og musik! Der findes alle mulige slags fantastiske ting! Så vær ikke bange for ideen om, at grundlæggende partikler ikke er lavet af noget.
Som så længe vi diskuterer reduktionismens fejlslutning … vil du have bemærket, at der er mennesker, der er helt urokkelige af ideen om, at “alt, hvad vi er, er intet andet end en flok atomer”, og synes at give afkald på denne opfattelse med knap et træk på skuldrene eller måske endda en følelse af lettelse. Hvis du spørger mig, er dette et tegn på en klodset, filistisk slags sind. Du er meget mere end “bare” uanset hvad (atomer eller grundlæggende partikler, der ikke er lavet af noget osv.) Du har et sind og en vilje og følelser, og du kan overveje og sætte pris på ting og finde ud af tingene og skabe cool ting og undre sig over ting som fotoner er lavet af!
Okay, nok med filosofien … lad mig afslutte mit svar med en kort omtale af det virkelighedsniveau, der er mere grundlæggende end det grundlæggende partikler. “Hvad? Hvordan kan det være?” Nå, de grundlæggende partikler er den mest grundlæggende slags ting i universet, men det viser sig, at de ikke er de mest fundamentale forklaring på ting , fordi de grundlæggende partikler i sig selv forklares i form af noget andet – nemlig kvantefelter . Kort , tanken er, at hvad der eksisterer på det mest fundamentale niveau, er visse felter, der fylder hele rummet og indeholder energi. Uanset hvor energien et bestemt sted i et felt overstiger den såkaldte nulpunkt- eller vakuumenergi, kaldes det en “excitation” af marken, og det manifesteres som en afgrænset partikel . De grundlæggende partikler, som ikke er lavet af noget, er fænomener i felter (som heller ikke er lavet af nogen materiel “ting”). Så en foton er en excitation af fotonfeltet, en elektron er en excitation af elektron-positronfeltet osv.
Nå, det var lidt langt, men forhåbentlig nyttigt eller i det mindste behageligt :-).