Beste svaret
“Photonic boom”? Ah, jeg skjønner det. Som en “lydbom” bare med lys, ikke sant?
Det er faktisk ganske vanlig, kjent og nyttig. Det kalles Cherenkov-stråling , og oppstår når en ladet partikkel beveger seg raskere enn lysets hastighet i mediet . Vann og glass er åpenbare eksempler, men selv i gasser vil en svært relativistisk ladet partikkel produsere Cherenkov-lys. vinkelen til den «fotoniske sjokkbølgen» i forhold til partikkelens bane kan avsløre dens hastighet i mange situasjoner.
Svar
Fotoner er ikke laget av noe.
Seriøst.
Det samme gjelder for alle grunnleggende partikler. Som det viser seg, er det best å lære å bare vær ok med at visse ting ikke er laget av noe; vi kaller disse tingene «grunnleggende partikler».
Hvorfor er dette? Vel … når du spør «hva er en X laget av», hva slags svar kan det ha? Hvis du tenker litt over det, vil du se at svaret må falle i en av tre kategorier:
- X er sammensatt ; den er laget av andre ting , dvs. komponenter
- X er udelelig / kontinuerlig; den er bare laget av «X-ting», en slags helt ensartet ren substans
- X er ikke laget av noe.
Valg (1) er lett å forstå. For eksempel kan du si at en bil er laget av en motor, et drivverk, chassis, karosseri, hettepynt, klistremerker og uklare terninger. Greit? Enkelt.
Problemet er at hvis det er det eneste svaret du finner tilfredsstillende, vil du komme i trøbbel når du begynner å spørre «hvor langt ned går det?» På et eller annet nivå må du ende opp med ting som ikke er laget av mindre komponenter, dvs. på et eller annet nivå må svaret være i kategori (2) eller (3)! Ellers har du dette problemet med «uendelig regress» ( Det er skilpadder helt ned ), som egentlig ikke er noen mindre plagsom enn ideen om en ting som ikke er» laget av «noe. Så insisterer på at svaret er av kategori (1) uansett nivå, til slutt er det ikke veldig tilfredsstillende.
Så, rettferdig nok … på et tidspunkt kan du «t» zoome inn lenger og du kommer til ting som ikke er laget av andre ting . La oss bare kalle det «grunnleggende» nivået. Så er fotoner virkelig «grunnleggende» i denne forstand? Ja, de ser ut til å være det. Det er to klasser av grunnleggende partikler:
- «bosonene», som inkluderer fotoner;
- «fermionene», som inkluderer …
- kvarker, som er komponentene i protoner og nøytroner
- leptoner, inkludert elektroner
Årsaken til at vi tror disse partiklene er grunnleggende er at det bare ikke er noe antydning om at det burde være noe annet, dvs. ingen eksperimentelle observasjoner som krever «mer grunnleggende» partikler for å forklare dem, ingenting i vår nåværende modell som forutsier deres eksistens osv. Ikke desto mindre kunne de faktisk være laget av noen mer grunnleggende gjenstander? Ja, det kunne de absolutt! Men siden det ikke er noen overbevisende grunn til å forvente at de gjør det, og på dette tidspunktet ingen anelse om hvordan de «mer grunnleggende» partiklene ville være, eller hvordan vi kan si om de eksisterer, det er liksom verken her eller der. Så på dette punktet har vi zoomet inn så langt det virker mulig å gjøre, og det virker rimelig å si på det er sannsynligvis ikke noe lavere nivå av kompositt for partikler. (Og hvis det var … antar at kvarker var laget av «preons» eller hva som helst, ville du fortsatt ha det samme spørsmålet å stille, bare presset ned et nytt nivå).
På grunnleggende nivå, hva er det da? Er ting (grunnleggende partikler) «laget av ting», eller «ikke laget av noe som helst»?
De eldgamle trodde at ting veldig godt kan være laget av rene, udifferensierte «ting». (For å ta ett eksempel, ble de «klassiske elementene» av luft / ild / vann / jord antatt av Aristoteles å være «kontinuerlige». Samtidsaktive med Aristoteles var den rivaliserende spekulasjonen om «atomisme», så en pre-vitenskapelig versjon av det vi betrakter nå som sannheten om makroskopisk materie også eksisterte fra ganske lenge siden!). Imidlertid har vi «undersøkt ting ned til nivået av de minste partiklene og funnet at det på hvert nivå over det ikke er noe som er laget av kontinuerlig udifferensierte» rene ting «-» kategori (2) «- – snarere er alt over dette grunnleggende nivået laget av mindre ting, dvs. «kategori (1)».Så når vi tenker gjennom det her, ville de eneste tingene som vi kunne underholde forestillingen om en «kategori (2)» type eksistens, faktisk være de grunnleggende partiklene; det er ingen «presedens» for det, for å si det så, i større skala.
Og problemet er at på skalaen til de veldig små, det er der vi finner disse grunnleggende partiklene som fotoner, osv., oppfører de seg ikke lenger på måter som ligner på hvordan vi tenker på at «objekter» oppfører seg, til det punktet at det ikke en gang er klart at det er meningsfylt å snakke om at de er «laget av» noe. / p>
Så når det gjelder foton, for eksempel … hvis du vil, kan du tenke på det som bare å være en liten flekk «fotonium» (et ord jeg gjorde opp akkurat nå). Ingen stopper deg! :-). Dette ville være en «kategori (2)» måte å tenke fotoner på. Hva ville dette «fotonium» være? Det ville bare bli definert som «de ting som fotoner lages av». Hva med det?
Vel, egentlig ikke … :-(. Problemet med denne oppfatningen er at den roser seg utelukkende på grunnlaget for å være (muligens!) mer intuitivt tilfredsstillende enn «kategori (3)», som er det eneste gjenværende alternativet – å være «laget av ingenting». Og på ulempen, å tenke på fotoner som å være laget av «fotonium» egentlig ville reist flere spørsmål enn det svarer på og skapt flere problemer enn det ville løst.
For eksempel:
- «fotonium» må fremdeles adlyde regelen om at foton aldri deler seg i to mindre biter av «fotonium»;
- … og på samme måte kan du ikke stappe to fotoner sammen for å lage en superstor foton med dobbelt så mye «fotonium»
- Fotoner har fortsatt nullmasse , så «fotonium» må være et masseløst stoff av noe slag …
- etc. ..
Det er heller ikke klart at du meningsfullt kan tildele et mål på «størrelse» til et foton! Det er flere måter å snakk om hva størrelsen på et foton kan være, men de er sannsynlige i naturen, dvs. relatert til sannsynligheten for at en foton interagerer med en annen partikkel. Og det i sin tur avhenger av den andre partikkelen ! (Spesielt om den andre partikkelen har elektrisk ladning ). Et mål på en fotonstørrelse ville være bølgelengden, som korrelerer godt med sannsynligheten for å samhandle med noe annet. Så i det mål vil en foton på 500 nm grønt lys ha en tverrsnittsstørrelse på 1/2000 på en millimeter, men en foton på 1 MHz radiobølge vil ha en størrelse på ca 1000 fot!
Og, i likhet med andre grunnleggende partikler, har en foton bare en bestemt posisjon og bestemt momentum i den grad du måler disse tingene, og jo mer definitivt du måler en av dem, desto mindre definitivt kan du måle den andre.
Det blir bare verre (dvs. mer rart) herfra, men du får ideen. .. 🙂
Poenget mitt er at grunnleggende partikler oppfører seg på måter som bryter med enhver intuisjon du har om hva et «objekt» skal være og gjør! Så legger du til ideen om å være «laget av noe «løser ikke noe problem og gjør bare vannet enda mer.
Nå … på dette punktet kan du si» Vel ok, greit nok … bilde ns og andre grunnleggende partikler er ikke laget av noe annet. Ikke det jeg forventet, og det kan ta litt å bli vant til, men jeg antar at det er slik det er. På den annen side kan du enten være (a) veldig misfornøyd med denne forklaringen, eller (b) føle at tankene dine blir blåst i en slags mystisk New Age-y kosmisk epifani som «whoa, alt er ingenting, og eksistens eksisterer ikke! Begge disse ytterpunktene skyldes feilaktig tenkning. Her er det jeg mener … man kan svare med, Du sier at fotoner (etc.) ) er ikke laget av noe, så derfor eksisterer de ikke virkelig! « Ikke i det hele tatt. Selvfølgelig eksisterer de i det de samhandler med andre ting. Vi har nettopp slått fast at det på det grunnleggende nivået, «eksisterende» har ingenting å gjøre med «å være laget av ting», det er alt. Et andre feilaktige svar er: « Du sier i utgangspunktet at alt er laget av ingenting! «Vel, det stemmer ikke heller. Planeter, mennesker, blåhvaler og uklare larver er laget av ting, som er laget av molekyl s, som er laget av atomer. Et atom er laget av (a) en kjerne, som er laget av kvarker (ikke laget av noe) og gluoner (ikke laget av noe som helst), og (b) elektroner (ikke laget av noe som helst). Det er mange nivåer av «made-of-ness» mellom de store objektene og de grunnleggende partiklene! Alle disse «nivåene» av fysisk virkelighet er ekstremt rike med virkelige prinsipper / forhold / interaksjoner / egenskaper. Vi kaller disse «fremvoksende egenskaper» for å skille dem fra «grunnleggende egenskaper» av virkeligheten.Så for eksempel handler kjemi om de fremvoksende egenskapene som gir opphav til «ting» ut av atomer, og som styrer interaksjonen mellom forskjellige slags ting. Termodynamikk og statistisk mekanikk handler om de fremvoksende egenskapene til store samlinger av individuelle partikler. Biologi handler om de nye egenskapene til levende systemer. Og så videre. Mange tror at bevissthet må være et fremvoksende fenomen av fysisk virkelighet. (Ingen sier at du må tro det. Jeg vet det faktisk ikke. Men mange mennesker gjør det!)
Uansett, med hensyn til de to feilslutningene som er diskutert ovenfor: noen mennesker klarer å kombinere begge disse feilslutninger, når frem til denne ene uber-feilslutningen i ett fall: « Fundamentale partikler er ikke laget av noe … derfor eksisterer ingenting egentlig! » Jeg håper du allerede kan se hvorfor det er en latterlig uttalelse. Selvfølgelig eksisterer ting! (Se, du hadde rett hele tiden! 🙂 Mennesker du elsker eksisterer … mennesker du ikke elsker så mye, de eksisterer også … og kaffe eksisterer, og øl og pelsete hunder og musikk! Alle slags virkelig fantastiske ting finnes! Så vær ikke redd for ideen om at grunnleggende partikler ikke er laget av noe.
Som så lenge vi diskuterer reduksjonismens feilslutning … vil du ha lagt merke til at det er mennesker som er ganske urokkelige av ideen om at «alt vi er er ingenting annet enn en haug med atomer», og ser ut til å trekke seg tilbake til denne forestillingen med knapt et skuldertrekk, eller kanskje til og med en følelse av lettelse. Hvis du spør meg, er dette merket med et klodset, filistinsk sinn. Du er mye mer enn «bare» hva som helst (atomer, eller grunnleggende partikler som ikke er laget av noe, etc.). Du har et sinn og en vilje og følelser, og du kan tenke på og sette pris på ting, og finne ut av ting, og skape kule ting og lurer på ting som hva fotoner er laget av!
Ok, nok med filosofien … la meg avslutte svaret mitt med en kort omtale av virkelighetsnivået som er mer grunnleggende enn det grunnleggende partikler. «Hva? Hvordan kan det være?» Vel, de grunnleggende partiklene er den mest grunnleggende typen ting i universet, men det viser seg at de ikke er de mest grunnleggende forklaring på ting , fordi de grunnleggende partiklene i seg selv blir forklart i form av noe annet – nemlig kvantefeltene . Kort , er ideen at det som eksisterer på det mest grunnleggende nivået, er visse felt som fyller hele rommet og inneholder energi. Uansett hvor energien på et bestemt sted i et felt overstiger den såkalte nullpunkt- eller vakuumenergien, kalles det en «eksitasjon» av feltet, og det manifesteres som en avgrenset partikkel . De grunnleggende partiklene, som ikke er laget av noe, er fenomener i felt (som heller ikke er laget av noen materielle «ting»). Så en foton er en eksitasjon av fotonfeltet, et elektron er en eksitasjon av elektron-positronfeltet osv.
Vel, det var litt lang, men forhåpentligvis nyttig, eller i det minste hyggelig :-).