Hoe ziet een fotonische giek eruit?

Beste antwoord

“Fotonische giek”? Ah, ik snap het. Als een “sonische dreun” alleen met licht, toch?

Eigenlijk is het vrij gewoon, vertrouwd en nuttig. Het heet Cherenkov-straling , en treedt op wanneer een geladen deeltje sneller beweegt dan de lichtsnelheid in het medium . Water en glas zijn duidelijke voorbeelden, maar zelfs in gassen zal een sterk relativistisch geladen deeltje Cherenkov-licht produceren. De hoek van de “fotonische schokgolf” ten opzichte van het pad van het deeltje kan zijn snelheid in veel situaties onthullen.

Antwoord

Fotonen zijn nergens van gemaakt.

Serieus.

Hetzelfde geldt voor alle fundamentele deeltjes. Het blijkt dat het het beste is om te leren wees gewoon oké als bepaalde dingen nergens van gemaakt zijn; we noemen die dingen “fundamentele deeltjes”.

Waarom is dit? Nou … als je vraagt ​​”waar is een X van gemaakt”, wat voor antwoorden kan dat dan hebben? Als je er even over nadenkt, zul je zien dat het antwoord in een van de drie categorieën moet vallen:

1. X is samengesteld ; het is gemaakt van andere dingen , dwz componenten
2. X is ondeelbaar / continu; het is gewoon gemaakt van “X-spul”, een soort volledig uniforme pure substantie.
3. X is nergens van gemaakt.

Keuze (1) is gemakkelijk te begrijpen. Je kunt bijvoorbeeld zeggen dat een auto is gemaakt van een motor, een aandrijflijn, chassis, carrosserie, motorkapversiering, bumperstickers en fuzzy dobbelstenen. Oke? Gemakkelijk.

Het probleem is dat als dat het enige soort antwoord is dat u bevredigend vindt, u in de problemen zult komen als u begint te vragen “hoe ver gaat het?” Op een bepaald niveau moet je eindigen met dingen die niet “t zijn gemaakt van kleinere componenten, dwz op een bepaald niveau zou het antwoord in categorie (2) moeten zijn of (3)! Anders heb je het probleem van “oneindige regressie” ( Het zijn schildpadden helemaal naar beneden ), wat eigenlijk niet bestaat minder verontrustend dan het idee van iets dat nergens” van “gemaakt is. Dus erop aandringen dat het antwoord van categorie (1) is, ongeacht het niveau, is uiteindelijk niet “niet erg bevredigend.

Dus, eerlijk genoeg … op een gegeven moment kun je” niet “verder inzoomen” en je komt bij dingen die “niet uit andere dingen bestaan ​​. Laten we dat het” fundamentele “niveau noemen. Zijn fotonen dus echt “fundamenteel” in deze zin? Ja, dat schijnen ze te zijn. Er zijn twee klassen van fundamentele deeltjes:

• de “bosonen”, die fotonen omvat;
• de “fermionen”, die …
• quarks, die de componenten zijn van protonen en neutronen
• leptonen, inclusief elektronen

De reden waarom we denken dat deze deeltjes fundamenteel zijn, is dat er gewoon geen suggestie is dat het zou anders moeten zijn, dwz geen experimentele waarnemingen waarvoor “meer fundamentele” deeltjes nodig zijn voor hun verklaring, niets in ons huidige model dat hun bestaan ​​voorspelt, enz. Niettemin kunnen ze in feite zijn gemaakt van enkele meer fundamentele objecten? Ja, dat zouden ze zeker kunnen! Maar aangezien er geen dwingende reden is om dat te verwachten, en op dit moment geen idee hoe die meer fundamentele deeltjes eruit zouden zien, of hoe u kunt zien of ze bestaan, het is een soort van hier noch daar. Dus op dit punt hebben we zo ver mogelijk ingezoomd en het lijkt redelijk om te zeggen op er is waarschijnlijk geen lager niveau van samenstelling voor deeltjes. (En als er … stel dat quarks zijn gemaakt van “preons” of wat dan ook, dan zou je nog steeds dezelfde vraag stellen, gewoon een ander niveau naar beneden geduwd).

Op de fundamenteel niveau, welk is het dan? Zijn dingen (fundamentele deeltjes) “gemaakt van spul”, of “nergens van gemaakt”?

De ouden dachten dat dingen heel goed gemaakt zouden kunnen zijn van puur, ongedifferentieerd “spul”. (Om een ​​voorbeeld te noemen: de klassieke elementen lucht / vuur / water / aarde werden door Aristoteles als continu beschouwd. Hedendaags met Aristoteles was de rivaliserende speculatie van atomisme, dus een pre-wetenschappelijke versie van wat we nu beschouwen als de waarheid over macroscopische materie bestond ook al heel lang geleden!). We hebben echter “dingen onderzocht tot op het niveau van de kleinste deeltjes en ontdekten dat er op elk niveau daarboven” niets is dat is gemaakt van continu ongedifferentieerd “puur materiaal” – “categorie (2)” – – alles boven dit fundamentele niveau is veeleer gemaakt van kleinere dingen, dwz “categorie (1)”.Dus, zoals we het hier doordenken, zouden de enige dingen die overblijven waarvoor we de notie van een “categorie (2)” type bestaan ​​in feite de fundamentele deeltjes zijn; daar is geen “precedent” voor, om zo te zeggen, op een grotere schaal.

En het probleem is dat op de schaal van het zeer kleine, waar we deze fundamentele deeltjes zoals fotonen vinden, enz. gedragen ze zich niet langer op een manier die enige gelijkenis vertoont met hoe we denken dat objecten zich gedragen, tot het punt dat het niet eens duidelijk is dat het zinvol is om te zeggen dat ze uit iets bestaan ​​. / p>

Dus, in het geval van het foton, bijvoorbeeld … als je dat wilt, kun je het beschouwen als slechts een klein stukje “fotonium” (een woord dat ik zojuist heb verzonnen). Niemand houdt je tegen! :-). Dit zou een “categorie (2)” manier van denken van fotonen zijn. Wat zou dit “fotonium” zijn? Het zou gewoon worden gedefinieerd als “het materiaal waarvan fotonen worden gemaakt”. Hoe zit dat?

Nou, niet echt … :-(. Het probleem met dit idee is dat het zichzelf uitsluitend aanbeveelt op de basis van (mogelijk!) meer intuïtief bevredigend zijn dan “categorie (3)”, wat de enige overgebleven optie is – “gemaakt zijn van niets”. En aan de andere kant, denken aan fotonen als gemaakt van “fotonium”, eigenlijk zou meer vragen oproepen dan het beantwoordt en meer problemen creëren dan het zou oplossen.

Bijvoorbeeld:

• “photonium” moet nog steeds de regel gehoorzamen dat een foton nooit splitst in twee kleinere stukjes ‘fotonium’;
• … en op dezelfde manier kun je ‘niet twee fotonen bij elkaar proppen om een ​​supergroot foton te maken met twee keer zoveel‘ fotonium ’
• Fotonen hebben nog steeds nul massa , dus “fotonium” moet een of andere soort massaloze substantie zijn …
• enz. ..

Het is ook niet duidelijk dat u op een zinvolle manier een maat voor “grootte” aan een foton kunt toewijzen! Er zijn verschillende manieren om praten over de grootte van een foton, maar ze zijn “opnieuw probabilistisch van aard, d.w.z. gerelateerd aan de waarschijnlijkheid dat een foton een interactie aangaat met een ander deeltje. En dat is op zijn beurt afhankelijk van het andere deeltje ! (Vooral of het andere deeltje een elektrische lading heeft). Een maat voor de grootte van een foton zou de golflengte zijn, die goed correleert met de waarschijnlijkheid van interactie met iets anders. Dus in die maat zou een foton van 500 nm groen licht een dwarsdoorsnede hebben van 1 / 2000ste. van een millimeter, maar een foton van 1 MHz radiogolf zou een afmeting hebben van ongeveer 1000 voet!

En, net als andere fundamentele deeltjes, heeft een foton slechts een bepaalde positie en een bepaald momentum voor zover je meet die dingen, en hoe zekerder je een van beide meet, hoe minder zeker je de andere kunt meten.

Vanaf nu wordt het alleen maar erger (dat wil zeggen vreemder), maar je snapt het wel. .. 🙂

Mijn punt is dat fundamentele deeltjes zich gedragen op een manier die elke intuïtie schendt die je hebt over wat een “object” zou moeten zijn en doen! Dus door er het idee aan toe te voegen dat ze “van iets zijn gemaakt” “lost geen probleem op en vertroebelt het water alleen maar meer.

Nu dan … op dit punt zou je kunnen zeggen” Oké, eerlijk genoeg … foto ns en andere fundamentele deeltjes zijn niet van iets anders gemaakt. Niet wat ik verwachtte, en het zal misschien even wennen zijn, maar ik denk dat het zo is. Aan de andere kant kun je ofwel (a) erg ongelukkig zijn met deze uitleg, of (b) het gevoel hebben dat je geest wordt opgeblazen in een soort mystieke New Age-y kosmische openbaring als ho, alles is niets, en het bestaan bestaat niet! Beide uitersten zijn het resultaat van bedrieglijk denken. Hier is wat ik bedoel … men zou kunnen reageren met Je zegt dat fotonen (enz. ) zijn nergens van gemaakt, dus daarom bestaan ​​ze niet echt! Helemaal niet. Natuurlijk bestaan ​​ze, omdat ze in wisselwerking staan ​​met andere dingen. We hebben zojuist vastgesteld dat op het fundamentele niveau, “bestaand” heeft niets te maken met “van dingen gemaakt zijn”, dat is alles. Een tweede misleidende reactie is: “ Je zegt eigenlijk dat alles gemaakt is van niets! “Nou, dat is ook niet waar. Planeten, mensen, blauwe vinvissen en pluizige rupsen zijn gemaakt van materiaal, dat wil zeggen gemaakt van molecuul s, die zijn gemaakt van atomen. Een atoom is gemaakt van (a) een kern, die is gemaakt van quarks (niet gemaakt van iets) en gluonen (niet gemaakt van iets), en (b) elektronen (niet gemaakt van iets). Er zijn veel niveaus van “made-of-heid” tussen de grote objecten en de fundamentele deeltjes! Al deze “niveaus” van fysieke realiteit zijn buitengewoon rijk aan echte principes / relaties / interacties / eigenschappen. We noemen die “emergente eigenschappen”, om ze te onderscheiden van “fundamentele eigenschappen” van de werkelijkheid.Bij chemie gaat het bijvoorbeeld om de emergente eigenschappen die aanleiding geven tot “spul” uit atomen en die de interacties tussen verschillende soorten spullen regelen. Thermodynamica en statistische mechanica gaan over de emergente eigenschappen van grote verzamelingen van individuele deeltjes. Biologie gaat over de opkomende eigenschappen van levende systemen. Enzovoort. Veel mensen geloven dat bewustzijn een opkomend fenomeen van de fysieke realiteit moet zijn. (Niemand zegt dat je dat hoeft te geloven. Ik niet, eigenlijk. Maar veel mensen doen het!)

Hoe dan ook, met betrekking tot de twee hierboven besproken drogredenen: sommige mensen slagen erin om beide te combineren drogredenen, die in één klap tot deze ene uber-drogreden komen: “ Fundamentele deeltjes zijn” nergens van gemaakt … daarom bestaat er eigenlijk niets! “I Ik hoop dat je al begrijpt waarom dat een belachelijke uitspraak is. Natuurlijk bestaan ​​er dingen! (Kijk, je had altijd gelijk! 🙂 Mensen van wie je houdt bestaan ​​… mensen van wie je niet zoveel houdt, ze bestaan ​​ook … en koffie bestaat, en bier, en harige honden, en muziek! Er bestaan ​​allerlei echt geweldige dingen! Wees dus niet bang voor het idee dat fundamentele deeltjes nergens van gemaakt zijn.

Zoals zolang we “de misvatting van reductionisme bespreken … zul je gemerkt hebben dat er mensen zijn die vrij weinig last hebben van het idee dat” alles wat we zijn niets anders is dan een stel atomen “, en zich bij dit idee lijken neer te leggen met nauwelijks een schouderophalen, of misschien zelfs een gevoel van opluchting. Als je het mij vraagt, is dit het kenmerk van een onhandige, filistijnse geest. Je bent veel meer dan gewoon wat dan ook (atomen, of fundamentele deeltjes die nergens van zijn gemaakt, enz.) Je hebt een geest en een wil en gevoelens, en je kunt dingen overwegen en waarderen, en dingen uitzoeken, en coole dingen creëren. dingen, en vraag me af waar fotonen van gemaakt zijn!

Oké, genoeg met de filosofie … laat ik mijn antwoord eindigen met een korte vermelding van het niveau van de werkelijkheid dat fundamenteler is dan het fundamentele deeltjes. “Wat? Hoe is dat mogelijk?” Nou, de fundamentele deeltjes zijn de meest fundamentele soort dingen in het universum, maar het blijkt dat ze “niet de meest fundamentele uitleg van dingen , omdat de fundamentele deeltjes zelf worden uitgelegd in termen van iets anders, namelijk de kwantumvelden . In het kort is het idee dat wat op het meest fundamentele niveau bestaat, bepaalde velden zijn die de hele ruimte vullen en energie bevatten. Waar de energie op een bepaalde locatie in een veld de zogenaamde nulpunts- of vacuümenergie overschrijdt, wordt dat een “excitatie” van het veld, en het “manifesteert zich als een begrensd deeltje . De fundamentele deeltjes, die nergens uit bestaan, zijn verschijnselen van de velden (die ook niet zijn gemaakt van enig materiaal “spul”). Dus een foton is een excitatie van het fotonveld, een elektron is een excitatie van het elektron-positronveld, enz.

Nou dat was een beetje lang, maar hopelijk nuttig, of in ieder geval plezierig :-).