Meilleure réponse
«Boum photonique»? Ah, je comprends. Comme un «bang sonique» uniquement avec de la lumière, non?
En fait, cest assez commun, familier et utile. Il sappelle Rayonnement Tchérenkov , et se produit lorsquune particule chargée se déplace plus rapidement que la vitesse de la lumière dans le milieu . Leau et le verre sont des exemples évidents, mais même dans les gaz, une particule chargée hautement relativiste produira de la lumière Tchérenkov. L angle de l «onde de choc photonique» par rapport au trajet de la particule peut révéler sa vitesse dans de nombreuses situations.
Réponse
Les photons ne sont faits de rien.
Sérieusement.
Il en va de même pour toutes les particules fondamentales. En fait, il est préférable d’apprendre à juste être daccord avec certaines choses qui ne sont faites de rien; nous appelons ces choses des «particules fondamentales».
Pourquoi cela? Eh bien … quand vous demandez « de quoi est fait un X », quel genre de réponses cela peut-il avoir? Si vous y réfléchissez un peu, vous verrez que la réponse doit appartenir à l’une des trois catégories suivantes:
- X est composite ; il est composé de autres éléments , cest-à-dire de composants
- X est indivisible / continu; cest juste fait de « X stuff », une sorte de substance pure complètement uniforme
- X nest fait de rien.
Choix (1) est facile à comprendre. Par exemple, vous pouvez dire quune voiture est composée dun moteur, dun groupe motopropulseur, dun châssis, dune carrosserie, dun ornement de capot, dautocollants pour pare-chocs et de dés flous. Daccord? Facile.
Le problème est que si cest le seul type de réponse que vous trouvez satisfaisant, alors vous rencontrerez des problèmes lorsque vous commencerez à vous demander « jusquoù va-t-il? » À un certain niveau, vous devez vous retrouver avec des choses qui ne sont pas faites de composants plus petits, cest-à-dire quà un certain niveau, la réponse devrait être dans la catégorie (2) ou (3)! Sinon, vous avez ce problème de « régression infinie » ( Cest des tortues tout en bas ), qui nest vraiment pas un moins troublant que lidée dune chose qui nest » pas « faite de » quoi que ce soit. Donc, insister pour que la réponse soit de catégorie (1) quel que soit le niveau, nest finalement pas très satisfaisant.
Donc, assez juste … à un moment donné, vous ne pouvez plus « zoomer » plus loin et vous arrivez à des choses qui ne sont pas faites dautres choses . Appelons simplement cela le niveau « fondamental ». Alors, les photons sont-ils vraiment «fondamentaux» dans ce sens? Oui, ils semblent lêtre. Il existe deux classes de particules fondamentales:
- les « bosons », qui incluent les photons;
- les « fermions », qui incluent …
- les quarks, qui sont les composants des protons et des neutrons
- leptons, y compris les électrons
La raison pour laquelle nous pensons que ces particules sont fondamentales est que rien ne suggère que il devrait en être autrement, cest-à-dire pas dobservations expérimentales qui nécessitent des particules « plus fondamentales » pour leur explication, rien dans notre modèle actuel qui prédit leur existence, etc. Néanmoins, pourraient-ils en fait être fait de quelques objets plus fondamentaux? Oui, ils pourraient certainement! Mais comme il ny a aucune raison impérieuse de sy attendre, et à ce stade aucune idée de ce que ces particules « plus fondamentales » seraient, ou comment dire sils existent, cest en quelque sorte « ni ici ni là ». Donc à ce stade, nous avons « zoomé » dans la mesure où il semble possible de le faire et il semble raisonnable de dire que il ny a probablement pas de niveau inférieur de composition pour les particules. (Et sil y avait … supposons que les quarks étaient faits de « préons » ou autre, vous auriez toujours cette même question à poser, juste poussé vers le bas dun autre niveau).
Au niveau fondamental , alors, quel est-il? Les choses (particules fondamentales) sont-elles « faites de trucs » ou « ne sont faites de rien »?
Les anciens pensaient que les choses pourraient très bien être faites de « trucs » purs et indifférenciés. (Pour prendre un exemple, les « éléments classiques » air / feu / eau / terre ont été considérés par Aristote comme étant « continus ». Le contemporain dAristote était la spéculation rivale de « latomisme », donc une version pré-scientifique de ce que nous maintenant considérer comme la vérité sur la matière macroscopique existait aussi il y a assez longtemps!). Cependant, nous « avons étudié des choses jusquau niveau des plus petites particules et avons découvert quà chaque niveau au-dessus de cela, il ny a rien qui » soit fait de « pure substance » continue et indifférenciée – « catégorie (2) » – – au contraire, tout ce qui dépasse ce niveau fondamental est fait de choses plus petites, cest-à-dire « catégorie (1) ».Ainsi, comme nous y réfléchissons ici, les seules choses pour lesquelles nous pourrions avoir la notion dexistence de type «catégorie (2)» seraient en fait les particules fondamentales; il ny a pas de « précédent » pour cela, pour ainsi dire, à plus grande échelle.
Et le problème est quà léchelle du très petit, cest là que lon trouve ces particules fondamentales comme les photons, etc., ils ne se comportent plus dune manière qui ressemble à la façon dont nous pensons que les « objets » se comportent, au point quil « nest même pas clair quil » est significatif de dire quils sont « faits de » quoi que ce soit. / p>
Donc, dans le cas du photon, par exemple … si vous le souhaitez, vous pouvez le considérer comme étant juste un petit grain de « photonium » (un mot que jai inventé tout à lheure). Personne ne vous arrête! :-). Ce serait une façon de penser les photons de «catégorie (2)». Que serait ce « photonium »? Il serait simplement défini comme « la matière dont sont faits les photons ». Que diriez-vous de ça?
Eh bien, pas vraiment … :-(. Le problème avec cette notion est quelle se félicite uniquement sur la base dêtre (peut-être!) plus intuitivement satisfaisante que la « catégorie (3) », qui est la seule option restante – être « faite de rien ». Et à linconvénient, penser que les photons sont vraiment faits de « photonium » soulèverait plus de questions quil nen résoudrait et créerait plus de problèmes quil nen résoudrait.
Par exemple:
- « photonium » doit toujours obéir à la règle selon laquelle un photon ne se divise jamais en deux petits morceaux de « photonium »;
- … et du même coup, vous ne pouvez « pas entasser deux photons ensemble pour créer un photon de grande taille avec deux fois plus de » photonium «
- Les photons ont toujours une masse nulle , donc « photonium » doit être une substance sans masse quelconque …
- etc. ..
De plus, il nest pas clair que vous puissiez attribuer de manière significative une mesure de « taille » à un photon! Il existe plusieurs façons de parlent de la taille dun photon, mais ils « sont de nature probabiliste, cest-à-dire liés à la probabilité quun photon interagisse avec une autre particule. Et cela à son tour dépend de lautre particule ! (Surtout si lautre particule a une charge électrique ). Une mesure de la taille dun photon serait sa longueur donde, qui correspond bien à sa probabilité dinteragir avec autre chose. Donc, dans cette mesure, un photon de lumière verte de 500 nm aurait une « taille » transversale de 1 / 2000e dun millimètre, mais un photon donde radio de 1 MHz aurait une taille denviron 1000 pieds!
Et, comme dautres particules fondamentales, un photon na quune position et un élan définis dans la mesure où vous mesurez ces choses, et plus vous mesurez lun ou lautre avec précision, moins vous pouvez mesurer lautre avec certitude.
Cela ne fait quempirer (cest-à-dire plus bizarre) à partir de maintenant, mais vous voyez lidée. .. 🙂
Ce que je veux dire, cest que les particules fondamentales se comportent dune manière qui viole toute intuition que vous avez sur ce quun « objet » devrait être et faire! Donc, en y ajoutant lidée dêtre « fait de quelque chose » « ne résout aucun problème et brouille encore plus les eaux.
Maintenant … à ce stade, vous pouvez être en train de dire » daccord, daccord … photo Les ns et autres particules fondamentales ne sont pas constituées de quoi que ce soit dautre. Pas ce à quoi je mattendais, et il faudra peut-être un peu de temps pour sy habituer, mais je suppose que « cest comme ça ». Dun autre côté, vous pouvez être soit (a) très mécontent de cette explication, soit (b) avoir limpression que votre esprit est soufflé dans une sorte dépiphanie mystique du New Age-y cosmique comme « whoa, tout nest rien, et lexistence Nexiste pas! « Ces deux extrêmes résultent dune pensée fallacieuse. Voici ce que je veux dire … on pourrait répondre par » Vous « dites que les photons (etc. ) ne sont pas faits de quoi que ce soit, donc ils n’existent pas vraiment! Pas du tout. Bien sûr, ils existent, en ce qu’ils interagissent avec d’autres choses. Nous venons d’établir qu’au niveau fondamental, « existant » na rien à voir avec « être fait de choses », cest « tout ». Une deuxième réponse fallacieuse est: « Vous » dites en gros que tout est fait de rien! « Eh bien, ce n’est pas vrai non plus. Les planètes, les humains, les baleines bleues et les chenilles floues sont faites de trucs, ce qui est en molécule s, qui sont constitués datomes. Un atome est composé (a) dun noyau, qui est fait de quarks (qui ne sont faits de rien) et de gluons (qui ne sont faits de rien), et (b) délectrons (qui ne sont faits de rien). Il y a beaucoup de niveaux de « fait-de-ness » entre les gros objets et les particules fondamentales! Tous ces «niveaux» de réalité physique sont extrêmement riches en principes / relations / interactions / propriétés réels. Nous appelons ces «propriétés émergentes», pour les distinguer des «propriétés fondamentales» de la réalité.Ainsi, par exemple, la chimie concerne les propriétés émergentes qui donnent naissance à des « matières » à partir datomes et qui régissent les interactions entre différents types de matières. La thermodynamique et la mécanique statistique concernent les propriétés émergentes de grandes collections de particules individuelles. La biologie concerne les propriétés émergentes des systèmes vivants. Etc. Beaucoup de gens pensent que la conscience doit être un phénomène émergent de la réalité physique. (Personne ne dit que vous devez croire cela. En fait, je ne le fais pas. Mais beaucoup de gens le font!)
Quoi quil en soit, en ce qui concerne les deux erreurs évoquées ci-dessus: certaines personnes parviennent à combiner les deux erreurs, arrivant à cette uber-erreur dun seul coup: « Les particules fondamentales ne sont » pas faites de quoi que ce soit … donc, rien nexiste vraiment! « I jespère que vous pouvez déjà voir pourquoi cest une déclaration ridicule. Bien sûr, les choses existent! (Vous voyez, vous aviez raison depuis le début! 🙂 Les gens que vous aimez existent … des gens que vous naimez pas tant, ils existent aussi … et le café existe, la bière, les chiens à fourrure et la musique! Il existe toutes sortes de trucs vraiment géniaux! Alors, nayez pas peur de lidée que les particules fondamentales ne sont faites de rien.
Comme tant que nous « discutons de lerreur du réductionnisme … vous aurez remarqué quil y a des gens qui ne sont pas troublés par lidée que » tout ce que nous sommes nest rien dautre quun tas datomes « , et semblent se résigner à cette notion avec à peine un haussement dépaules, ou peut-être même un sentiment de soulagement. Si vous me demandez, cest la marque dune sorte desprit philistin. Vous êtes bien plus que « juste » nimporte quoi (des atomes, ou des particules fondamentales qui ne sont faites de rien, etc.) Vous avez un esprit et une volonté, et des sentiments, et vous pouvez contempler et apprécier des choses, comprendre les choses et créer cool des choses, et sinterroge sur des choses comme de quoi sont faits les photons!
Daccord, assez avec la philosophie … permettez-moi de terminer ma réponse par une brève mention du niveau de réalité qui est plus fondamental que le fondamental particules. « Quoi? Comment est-ce possible? » Eh bien, les particules fondamentales sont le type le plus fondamental de substance dans lunivers, mais il savère quelles ne sont « pas les explication des choses , car les particules fondamentales sont elles-mêmes expliquées en termes dautre chose – à savoir, les champs quantiques . En bref , l’idée est que ce qui existe au niveau le plus fondamental, ce sont certains champs qui remplissent tout l’espace et contiennent de l’énergie. Partout où l’énergie à un endroit particulier d’un champ dépasse la soi-disant énergie du point zéro ou du vide, on appelle cela un « excitation » du champ, et il « se manifeste comme une particule bornée. Les particules fondamentales, donc, qui ne sont faites de rien, sont des phénomènes du champs (qui ne sont pas non plus constitués de « substance » matérielle). Ainsi, un photon est une excitation du champ photonique, un électron est une excitation du champ électron-positon, etc.
Eh bien, cétait un peu long, mais jespère utile, ou du moins agréable :-).