¿Cómo se ve un boom fotónico?

La mejor respuesta

¿“boom fotónico”? Ah, lo entiendo. Como un “boom sónico” solo con luz, ¿verdad?

En realidad es bastante común, familiar y útil. Se llama radiación de Cherenkov y ocurre cuando una partícula cargada se mueve más rápido que la velocidad de la luz en el medio . El agua y el vidrio son ejemplos obvios, pero incluso en gases, una partícula cargada altamente relativista producirá luz Cherenkov. El ángulo de la «onda de choque fotónica» en relación con la trayectoria de la partícula puede revelar su velocidad en muchas situaciones.

Respuesta

Los fotones no están hechos de nada.

En serio.

Lo mismo ocurre con todas las partículas fundamentales. Resulta que es mejor aprender a simplemente estar de acuerdo con que ciertas cosas no estén hechas de nada; a esas cosas las llamamos «partículas fundamentales».

¿Por qué? Bueno … cuando preguntas «¿de qué está hecha una X», qué tipo de respuestas puede tener? Si lo piensa un poco, verá que la respuesta debe pertenecer a una de estas tres categorías:

1. X es compuesto ; está hecho de otras cosas , es decir, componentes
2. X es indivisible / continuo; simplemente está hecho de «cosas X», algún tipo de sustancia pura completamente uniforme
3. X no está hecho de nada.

Elección (1) es fácil de entender. Por ejemplo, puede decir que un automóvil está hecho de un motor, un tren de potencia, chasis, carrocería, adorno del capó, pegatinas para el parachoques y dados borrosos. ¿Bueno? Fácil.

El problema es que si ese es el único tipo de respuesta que encuentra satisfactorio, entonces se encontrará con problemas cuando comience a preguntar «¿hasta dónde llega?» En algún nivel, debes terminar con cosas que no están «t hechas de componentes más pequeños, es decir, en algún nivel, la respuesta debería estar en la categoría (2) o (3)! De lo contrario, tiene este problema de «regresión infinita» ( Son tortugas hasta el final ), que en realidad no es ninguna menos preocupante que la idea de una cosa que no está» hecha de «nada. Por lo tanto, insistir en que la respuesta sea de la categoría (1) sea cual sea el nivel, en última instancia, no es muy satisfactorio.

Por lo tanto, es justo … en algún momento no puede «acercar» más y se llega a cosas que no están hechas de otras cosas . Llamemos a eso el nivel «fundamental». Entonces, ¿son los fotones realmente «fundamentales» en este sentido? Sí, parecen serlo. Hay dos clases de partículas fundamentales:

• los «bosones», que incluyen fotones;
• los «fermiones», que incluyen …
• quarks, que son los componentes de protones y neutrones
• leptones, incluidos electrones

La razón por la que pensamos que estas partículas son fundamentales es que simplemente no hay ninguna sugerencia de que debería ser de otra manera, es decir, sin observaciones experimentales que requieran partículas «más fundamentales» para su explicación, nada en nuestro modelo actual que prediga su existencia, etc. Sin embargo, podrían de hecho estar hechos de algunos objetos más fundamentales? Sí, ciertamente podrían! Pero como no hay ninguna razón convincente para esperar que lo hagan, y en este punto no tengo idea de cómo serían esas partículas «más fundamentales», o cómo saber si existen, es «ni aquí ni allá». Así que en este punto, «hemos» ampliado «tanto como parece posible y parece razonable decir que Probablemente no haya un nivel más bajo de composición para las partículas. (Y si hubiera … suponga que los quarks están hechos de «preons» o lo que sea, todavía tendría la misma pregunta que hacer, simplemente empujó hacia abajo otro nivel).

En el fundamental nivel, entonces, ¿cuál es? ¿Están las cosas (partículas fundamentales) «hechas de cosas», o «no hechas de nada»?

Los antiguos pensaban que las cosas podrían muy bien estar hechas de «cosas» puras e indiferenciadas. (Para tomar un ejemplo, Aristóteles pensaba que los «elementos clásicos» de aire / fuego / agua / tierra eran «continuos». Contemporánea de Aristóteles estaba la especulación rival del «atomismo», por lo que una versión precientífica de lo que ¡Ahora considero que la verdad sobre la materia macroscópica también existía desde hace bastante tiempo!). Sin embargo, «hemos investigado cosas hasta el nivel de las partículas más pequeñas y hemos descubierto que en todos los niveles por encima de eso, no hay nada que esté hecho de» materia pura «continua indiferenciada -» categoría (2) «- – más bien, todo lo que está por encima de este nivel fundamental está hecho de cosas más pequeñas, es decir, «categoría (1)».Entonces, como lo estamos pensando aquí, las únicas cosas que quedan para las cuales podríamos considerar la noción de un tipo de existencia de «categoría (2)» serían de hecho las partículas fundamentales; no hay «precedente» para eso, por así decirlo, en una escala mayor.

Y el problema es que en la escala de lo muy pequeño, que es donde encontramos estas partículas fundamentales como fotones, etc., ya no se comportan de una manera que se parezca en nada a cómo pensamos que se comportan los «objetos», hasta el punto de que ni siquiera está claro que tenga sentido hablar de que están «hechos» de cualquier cosa.

Entonces, en el caso del fotón, por ejemplo … si lo desea, puede pensar en él como si fuera una pequeña partícula de «fotonio» (una palabra que inventé hace un momento). ¡Nadie te detiene! :-). Esta sería una forma de pensar de los fotones de «categoría (2)». ¿Qué sería este «fotonio»? Simplemente se definiría como «la materia de la que están hechos los fotones». ¿Qué tal eso?

Bueno, en realidad no … :-(. El problema con esta noción es que se recomienda a sí misma únicamente en la base de ser (¡posiblemente!) más intuitivamente satisfactorio que la «categoría (3)», que es la única opción que queda: estar «hecho de nada». Y, en el lado negativo, pensar que los fotones están hechos de «fotonio» en realidad plantearía más preguntas de las que responde y crearía más problemas de los que resolvería.

Por ejemplo:

• «fotonio» todavía tiene que obedecer la regla de que un fotón nunca se divide en dos pedazos más pequeños de «fotonio»;
• … y por la misma razón, no puedes juntar dos fotones para hacer un fotón de gran tamaño con el doble de «fotonio»
• Los fotones todavía tienen masa cero , por lo que el «fotonio» debe ser una sustancia sin masa de algún tipo …
• etc. ..

Además, no está claro que pueda asignar de manera significativa una medida de «tamaño» a un fotón. Hay varias formas de hablar sobre cuál podría ser el tamaño de un fotón, pero son de naturaleza probabilística, es decir, relacionados con la probabilidad de que un fotón interactúe con otra partícula. ¡Y eso a su vez depende de la otra partícula ! (Especialmente si la otra partícula tiene carga eléctrica). Una medida del tamaño de un fotón sería su longitud de onda, que se correlaciona bien con su probabilidad de interactuar con otra cosa. Entonces, en esa medida, un fotón de luz verde de 500 nm tendría un «tamaño» de sección transversal de 1/2000. de un milímetro, ¡pero un fotón de onda de radio de 1 MHz tendría un tamaño de aproximadamente 1000 pies!

Y, al igual que otras partículas fundamentales, un fotón solo tiene una posición definida y un impulso definido en la medida en que mida esas cosas, y cuanto más definitivamente midas una de ellas, menos definitivamente puedes medir la otra.

Simplemente empeora (es decir, más extraño) de aquí en adelante, pero ya entiendes la idea. .. 🙂

¡Mi punto es que las partículas fundamentales se comportan de maneras que violan cada intuición que usted tiene acerca de lo que un «objeto» debería ser y hacer! Entonces, agreguemos la idea de estar «hecho de algo». «no resuelve ningún problema y enturbia aún más las aguas.

Ahora bien … en este punto puede estar diciendo» Bueno, está bien, bastante justo … foto ns y otras partículas fundamentales no están hechas de otra cosa. No es lo que esperaba, y puede que me lleve un poco acostumbrarme, pero supongo que «así es». Por otro lado, puedes estar (a) muy descontento con esta explicación, o (b) sentir que tu mente está siendo envuelta en una especie de epifanía cósmica mística de la Nueva Era como «vaya, todo es nada, y la existencia ¡no existe! Ambos extremos son el resultado de un pensamiento falaz. Esto es lo que quiero decir … uno podría responder con « Estás diciendo que los fotones (etc. ) no están hechos de nada, por lo tanto, ¡en realidad no existen! Para nada. Por supuesto que existen, en el sentido de que interactúan con otras cosas. Acabamos de establecer que en el nivel fundamental, «existente» no tiene nada que ver con «estar hecho de cosas», eso es todo. Una segunda respuesta falaz es, « Básicamente estás diciendo que todo está hecho de nada! «Bueno, eso tampoco es cierto. Los planetas, las personas, las ballenas azules y las orugas peludas están hechos de material, que es hecho de molécula s, que están hechos de átomos. Un átomo está hecho de (a) un núcleo, que está hecho de quarks (no hecho de nada) y gluones (no hecho de nada), y (b) electrones (no hecho de nada). ¡Hay muchos niveles de «creación» entre los objetos grandes y las partículas fundamentales! Todos estos «niveles» de la realidad física son extremadamente ricos en principios / relaciones / interacciones / propiedades reales. Llamamos a esas «propiedades emergentes», para distinguirlas de las «propiedades fundamentales» de la realidad.Entonces, por ejemplo, la química tiene que ver con las propiedades emergentes que dan lugar a «cosas» de los átomos y que gobiernan las interacciones entre diferentes tipos de cosas. La termodinámica y la mecánica estadística tratan sobre las propiedades emergentes de grandes colecciones de partículas individuales. La biología trata sobre las propiedades emergentes de los sistemas vivos. Y así. Mucha gente cree que la conciencia debe ser un fenómeno emergente de la realidad física. (Nadie dice que tienes que creer eso. Yo no, en realidad. ¡Pero mucha gente lo hace!)

De todos modos, con respecto a las dos falacias discutidas anteriormente: algunas personas logran combinar ambas falacias, llegando a esta superfalacia de una sola vez: « Las partículas fundamentales no están hechas de nada … por lo tanto, ¡nada existe realmente! » I Espero que ya puedas ver por qué esa es una declaración ridícula. ¡Por supuesto que las cosas existen! (¡Mira, tenías razón todo el tiempo! 🙂 Las personas que amas existen … las personas que no « amas tanto, también existen … y el café existe, y la cerveza, y los perros peludos, y la música. ¡Existe todo tipo de cosas realmente increíbles! Así que, no temas la idea de que las partículas fundamentales no están hechas de nada.

Como Mientras estemos discutiendo la falacia del reduccionismo … habrás notado que hay personas a las que no les preocupa la idea de que «todo lo que somos no son más que un montón de átomos», y parecen resignarse a esta noción. con apenas un encogimiento de hombros, o tal vez incluso una sensación de alivio. Si me preguntas, esta es la marca de una mente torpe y filistea. Eres mucho más que «simplemente» lo que sea (átomos o partículas fundamentales que no están hechas de nada, etc.) Tienes una mente y una voluntad, y sentimientos, y puedes contemplar y apreciar cosas, y descubrir cosas y crear cosas geniales. cosas, ¡y me pregunto sobre cosas como de qué están hechos los fotones!

Está bien, basta con la filosofía … déjame terminar mi respuesta con una breve mención del nivel de realidad que es más fundamental que el fundamental partículas. «¿Qué? ¿Cómo puede ser eso?» Bueno, las partículas fundamentales son el tipo más fundamental de cosas en el universo, pero resulta que no son las explicación de las cosas , porque las partículas fundamentales se explican en términos de otra cosa, es decir, los campos cuánticos . , la idea es que lo que existe en el nivel más fundamental son ciertos campos que llenan todo el espacio y contienen energía. Siempre que la energía en una ubicación particular en un campo exceda la llamada energía de vacío o de punto cero, eso se llama un «excitación» del campo, y se manifiesta como una partícula acotada. Las partículas fundamentales, entonces, que no están hechas de nada, son fenómenos del campos (que tampoco están hechos de ningún «material» material). Entonces, un fotón es una excitación del campo de fotones, un electrón es una excitación del campo electrón-positrón, etc.

Bueno, fue un poco largo, pero con suerte útil, o al menos agradable :-).