Che aspetto ha un boom fotonico?

Migliore risposta

“boom fotonico”? Ah, ho capito. Come un “boom sonico” solo con la luce, giusto?

In realtà è abbastanza comune, familiare e utile. Si chiama radiazione Cherenkov e si verifica quando una particella carica si muove più velocemente della velocità della luce nel mezzo . Acqua e vetro sono esempi ovvi, ma anche nei gas una particella carica altamente relativistica produrrà luce Cherenkov. L angolo dell “onda durto fotonica” relativo al percorso della particella può rivelare la sua velocità in molte situazioni.

Risposta

I fotoni non sono fatti di niente.

Seriamente.

Lo stesso vale per tutte le particelle fondamentali. A quanto pare, è meglio imparare a solo essere daccordo con certe cose che non sono fatte di nulla; chiamiamo queste cose “particelle fondamentali”.

Perché questo? Bene … quando chiedi “di cosa è fatta una X”, che tipo di risposte può avere? Se ci pensi un po , vedrai che la risposta deve rientrare in una delle tre categorie:

1. X è composito ; è composto da altre cose , cioè componenti
2. X è indivisibile / continuo; è fatto solo di “roba X”, una specie di sostanza pura completamente uniforme
3. X non è fatto di niente.

Scelta (1) è facile da capire. Ad esempio, puoi dire che unauto è composta da un motore, un treno di potenza, telaio, carrozzeria, ornamento del cofano, adesivi per paraurti e dadi sfocati. Va bene? Facile.

Il problema è che se questo è lunico tipo di risposta che trovi soddisfacente, allora incorrerai nei guai quando inizierai a chiedere “fino a che punto arriva?” Ad un certo livello, devi finire con cose che non sono fatte di componenti più piccoli, cioè a un certo livello la risposta dovrebbe essere nella categoria (2) o (3)! Altrimenti hai questo problema di “regressione infinita” ( Sono le tartarughe fino in fondo ), che in realtà non è un meno preoccupante dellidea di una cosa che non è” t “fatta di” niente. Insistendo così che la risposta sia di categoria (1) qualunque sia il livello, alla fine non è molto soddisfacente.

Quindi, abbastanza giusto … a un certo punto non puoi “ingrandire” ulteriormente e si arriva a cose che non sono fatte di altre cose . Chiamiamolo semplicemente livello “fondamentale”. Quindi i fotoni sono davvero “fondamentali” in questo senso? Sì, sembrano esserlo. Esistono due classi di particelle fondamentali:

• i “bosoni”, che include i fotoni;
• i “fermioni”, che include …
• quark, che sono i componenti di protoni e neutroni
• leptoni, compresi gli elettroni

Il motivo per cui pensiamo che queste particelle siano fondamentali è che non cè proprio alcun suggerimento che dovrebbe essere altrimenti, vale a dire nessuna osservazione sperimentale che richiede particelle “più fondamentali” per la loro spiegazione, niente nel nostro modello attuale che predice la loro esistenza, ecc. Tuttavia, potrebbero in effetti essere costituito da alcuni oggetti più fondamentali? Sì, certamente potrebbero! Ma dal momento che non ci sono ragioni valide per aspettarsi che lo facciano, e a questo punto nessuna idea di come sarebbero quelle particelle “più fondamentali”, o come capire se esistono, è una specie di “né qui né là”. Quindi, a questo punto, abbiamo “ingrandito” il più possibile e sembra ragionevole dire che probabilmente non esiste un livello inferiore di compositività per le particelle. (E se ci fosse … supponiamo che i quark fossero fatti di “preon” o qualsiasi altra cosa, avresti ancora la stessa domanda da porre, semplicemente abbassata di un altro livello).

Al fondamentale livello, quindi, qual è? Le cose (particelle fondamentali) sono “fatte di roba” o “non fatte di niente”?

Gli antichi pensavano che le cose potessero benissimo essere fatte di “roba” pura e indifferenziata. (Per fare un esempio, gli “elementi classici” di aria / fuoco / acqua / terra erano ritenuti da Aristotele “continui”. Contemporanea ad Aristotele era la speculazione rivale dell “atomismo”, quindi una versione pre-scientifica di ciò che noi ora considera come la verità sulla materia macroscopica esisteva anche da molto tempo fa!). Tuttavia, abbiamo “studiato le cose fino al livello delle particelle più piccole e abbiamo scoperto che ad ogni livello superiore a quello, non cè niente che” sia fatto di “materia pura” continua indifferenziata – “categoria (2)” – – piuttosto, tutto ciò che è al di sopra di questo livello fondamentale è fatto di cose più piccole, cioè “categoria (1)”.Quindi, mentre ci pensiamo qui, le uniche cose rimaste per le quali potremmo considerare la nozione di un tipo di esistenza “categoria (2)” sarebbero in realtà le particelle fondamentali; non ci sono “precedenti” per questo, per così dire, su scala più ampia.

E il problema è che sulla scala del piccolissimo, che è dove troviamo queste particelle fondamentali come i fotoni, ecc., non si comportano più in modi che hanno alcuna somiglianza con il modo in cui pensiamo che si comportino gli “oggetti”, al punto che non è nemmeno chiaro che sia significativo parlare del fatto che sono “fatti di” qualcosa.

Quindi, nel caso del fotone, per esempio … se vuoi, puoi pensarlo come un minuscolo granello di “fotonio” (una parola che ho inventato poco fa). Nessuno ti ferma! :-). Questo sarebbe un modo di “categoria (2)” di pensare ai fotoni. Cosa sarebbe questo “fotonio”? Sarebbe semplicemente definito come “la sostanza di cui sono fatti i fotoni”. Che ne dici?

Beh, non proprio … :-(. Il problema con questa nozione è che si raccomanda esclusivamente su la base per essere (forse!) più intuitivamente soddisfacente della “categoria (3)”, che è lunica opzione rimasta – essere “fatto di niente”. E, in fondo, pensare ai fotoni come fatti di “fotonio” in realtà solleverebbe più domande di quante ne risponda e creerebbe più problemi di quanti ne risolverebbe.

Ad esempio:

• “photonium” deve ancora obbedire alla regola che un fotone non si divide mai in due pezzi più piccoli di “fotonio”;
• … e per lo stesso motivo, non puoi “mettere insieme due fotoni per creare un fotone di grandi dimensioni con il doppio di” fotonio “
• I fotoni hanno ancora massa zero , quindi il “fotonio” deve essere una sostanza priva di massa di qualche tipo …
• ecc. ..

Inoltre, non è chiaro se puoi assegnare in modo significativo una misura di “dimensione” a un fotone! Ci sono diversi modi per parlano di quale potrebbe essere la dimensione di un fotone, ma sono di natura “probabilistica”, cioè relativa alla probabilità che un fotone interagisca con unaltra particella. E questo a sua volta dipende dallaltra particella ! (Specialmente se laltra particella ha una carica ). Una misura della dimensione di un fotone sarebbe la sua lunghezza donda, che correla bene con la sua probabilità di interagire con qualcosaltro. Quindi, in quella misura, un fotone di 500 nm di luce verde avrebbe una “dimensione” della sezione trasversale di 1 / 2000esimo di un millimetro, ma un fotone di onda radio da 1 MHz avrebbe una dimensione di circa 1000 piedi!

E, come altre particelle fondamentali, un fotone ha una posizione definita e una quantità di moto definita solo nella misura in cui si misura quelle cose, e più definitivamente misuri una di esse, meno definitivamente puoi misurare laltra.

Da qui in poi le cose peggiorano (cioè più strane), ma hai unidea. .. 🙂

Il punto è che le particelle fondamentali si comportano in modi che violano ogni intuizione che hai su ciò che un “oggetto” dovrebbe essere e fare! Quindi aggiungendo loro lidea di essere “fatto di qualcosa “non risolve alcun problema e confonde ancora di più le acque.

Allora … a questo punto potresti dire” Bene, ok, abbastanza giusto … foto ns e altre particelle fondamentali non sono fatte di nientaltro. Non è quello che mi aspettavo, e potrebbe volerci un po per abituarmi, ma immagino che “è così”. Daltra parte, potresti essere (a) molto insoddisfatto di questa spiegazione, o (b) sentirti come se la tua mente venisse spazzata via da una sorta di epifania cosmica mistica della New Age come “whoa, tutto è niente, e lesistenza “non esiste!” Entrambi questi estremi derivano da un pensiero fallace. Ecco cosa intendo … si potrebbe rispondere con “ Stai” dicendo che i fotoni (ecc. ) non sono fatti di niente, quindi non esistono realmente! Niente affatto. Ovviamente esistono, in quanto interagiscono con altre cose. Lo abbiamo appena stabilito a livello fondamentale, “esistente” non ha nulla a che fare con “essere fatto di roba”, ecco tutto. Una seconda risposta fallace è “ In pratica stai dicendo che tutto è fatto di niente! “Beh, neanche questo” è vero. Pianeti, persone, balene blu e bruchi sfocati sono fatti di roba, che è fatto di molecola s, che sono costituiti da atomi. Un atomo è costituito da (a) un nucleo, che è fatto di quark (non fatto di niente) e gluoni (non fatto di niente), e (b) elettroni (non fatto di niente). Ci sono molti livelli di “realismo” tra i grandi oggetti e le particelle fondamentali! Tutti questi “livelli” di realtà fisica sono estremamente ricchi di principi / relazioni / interazioni / proprietà reali. Chiamiamo queste “proprietà emergenti”, per distinguerle dalle “proprietà fondamentali” della realtà.Quindi, per esempio, la chimica riguarda le proprietà emergenti che danno origine a “cose” dagli atomi e che governano le interazioni tra diversi tipi di cose. La termodinamica e la meccanica statistica riguardano le proprietà emergenti di grandi raccolte di singole particelle. La biologia riguarda le proprietà emergenti dei sistemi viventi. E così via. Molte persone credono che la coscienza debba essere un fenomeno emergente della realtà fisica. (Nessuno dice che tu debba crederci. Non lo so, in realtà. Ma molte persone lo fanno!)

Comunque, per quanto riguarda i due errori discussi sopra: alcune persone riescono a combinare entrambi errori, arrivando a questo super-errore in un colpo solo: “ Le particelle fondamentali non sono fatte di niente … quindi, niente esiste veramente! ” I spero che tu possa già capire perché questa è unaffermazione ridicola. Certo che le cose esistono! (Vedi, hai sempre avuto ragione! 🙂 Le persone che ami esistono … le persone che non ami così tanto, esistono anche loro … e il caffè esiste, e la birra, i cani pelosi e la musica! Esistono tutti i tipi di cose davvero fantastiche! Quindi, non aver paura dellidea che le particelle fondamentali non siano fatte di niente.

Come fintanto che “stiamo discutendo della fallacia del riduzionismo … avrete notato che ci sono persone che non sono abbastanza turbate dallidea che” tutto ciò che siamo non è altro che un mucchio di atomi “, e sembrano rassegnarsi a questa nozione con appena unalzata di spalle, o forse anche un senso di sollievo. Se me lo chiedi, questo è il segno di un tipo di mente goffo e filisteo. Sei molto di più che “solo” qualsiasi cosa (atomi o particelle fondamentali non costituite da nulla, ecc.) Hai una mente, una volontà e sentimenti, e puoi contemplare e apprezzare le cose, capire le cose e creare fantastiche e chiedersi cose come di cosa sono fatti i fotoni!

Va ​​bene, basta con la filosofia … lasciatemi concludere la mia risposta con un breve accenno al livello di realtà che è più fondamentale del fondamentale particelle. “Cosa? Come può essere?” Bene, le particelle fondamentali sono il tipo più fondamentale di roba nelluniverso, ma si scopre che non sono le spiegazione delle cose , perché le particelle fondamentali sono esse stesse spiegate in termini di qualcosaltro, vale a dire, i campi quantistici . Brevemente , lidea è che ciò che esiste al livello più fondamentale sono certi campi che riempiono tutto lo spazio e contengono energia. Ovunque lenergia in una particolare posizione in un campo supera il cosiddetto punto zero o energia del vuoto, quella “è chiamata “eccitazione” del campo, e si manifesta come una particella limitata. Le particelle fondamentali, quindi, che non sono fatte di nulla, sono fenomeni del campi (che inoltre non sono fatti di “roba” materiale). Quindi un fotone è uneccitazione del campo fotonico, un elettrone è uneccitazione del campo elettrone-positrone, ecc.

Beh, è ​​stato un po lungo, ma si spera utile, o almeno divertente :-).