Najlepsza odpowiedź
„Fotoniczny boom”? Ach, rozumiem. Jak „boom dźwiękowy” tylko ze światłem, prawda?
Właściwie to jest dość powszechne, znajome i przydatne. Nazywa się Promieniowanie Czerenkowa i występuje, gdy naładowana cząstka porusza się szybciej niż prędkość światła w ośrodku . Woda i szkło to oczywiste przykłady, ale nawet w gazach wysoce relatywistycznie naładowana cząstka wytworzy światło Czerenkowa. kąt „fotonicznej fali uderzeniowej” w stosunku do ścieżki cząstki może w wielu sytuacjach ujawnić jej prędkość.
Odpowiedź
Fotony nie są z niczego.
Poważnie.
To samo dotyczy wszystkich cząstek elementarnych. Jak się okazuje, najlepiej jest nauczyć się po prostu nie przeszkadzaj sobie z pewnymi rzeczami, które nie są z niczego; nazywamy te rzeczy „cząstkami podstawowymi”.
Dlaczego tak się dzieje? Cóż … kiedy pytasz „z czego składa się X”, jakie może to dać odpowiedzi? Jeśli się nad tym zastanowisz, zobaczysz, że odpowiedź musi należeć do jednej z trzech kategorii:
- X to złożone ; składa się z innych rzeczy , tj. komponentów
- X jest niepodzielne / ciągłe; jest po prostu zrobiony z „materiału X”, jakiejś całkowicie jednolitej czystej substancji.
- X nie jest z niczego.
Wybór (1) jest łatwy do zrozumienia. Na przykład można powiedzieć, że samochód składa się z silnika, układu napędowego, podwozia, nadwozia, zdobienia maski, naklejek na zderzak i rozmytych kości. W porządku? Łatwe.
Problem polega na tym, że jeśli jest to jedyny rodzaj odpowiedzi, który uważasz za satysfakcjonujący, to będziesz miał kłopoty, gdy zaczniesz pytać „jak daleko to zajdzie?” Na pewnym poziomie musisz skończyć z rzeczami, które nie są „t wykonane z mniejszych komponentów, tj. Na pewnym poziomie odpowiedź musiałaby znajdować się w kategorii (2) lub (3)! W przeciwnym razie masz ten problem z „nieskończonym regresem” ( To żółwie przez całą drogę w dół ), który tak naprawdę nie jest żadnym mniej niepokojące niż idea czegoś, co nie jest„ zrobione ”z niczego. Tak więc naleganie, aby odpowiedź należała do kategorii (1), niezależnie od poziomu, ostatecznie nie jest zbyt satysfakcjonujące.
Tak więc, w porządku … w pewnym momencie nie można „powiększyć” dalej i dochodzisz do rzeczy, które nie są zbudowane z innych rzeczy . Nazwijmy to po prostu „podstawowym” poziomem. Czy zatem fotony są naprawdę „fundamentalne” w tym sensie? Tak, wydają się być. Istnieją dwie klasy cząstek podstawowych:
- „bozony”, które obejmują fotony;
- „fermiony”, które obejmują…
- kwarki, które są składnikami protonów i neutronów
- leptonów, w tym elektronów
Powodem, dla którego uważamy te cząstki za fundamentalne, jest to, że po prostu nie ma sugestii, że powinno być inaczej, tj. żadne obserwacje eksperymentalne, które nie wymagają „bardziej fundamentalnych” cząstek do ich wyjaśnienia, nic w naszym obecnym modelu nie przewidywałby ich istnienia itp. Niemniej czy mogliby w rzeczywistości mogą być wykonane z bardziej fundamentalnych obiektów? Tak, z pewnością mogłyby! Ale ponieważ nie ma żadnego ważnego powodu, aby tego oczekiwać, a na tym etapie nie ma pojęcia, jakie byłyby te „bardziej fundamentalne” cząstki, lub jak stwierdzić, czy istnieją, jest to rodzaj „ani tu, ani tam”. W tym momencie „przybliżaliśmy” tak daleko, jak to możliwe, i wydaje się rozsądne, aby powiedzieć, że tam prawdopodobnie nie ma niższego poziomu złożoności dla cząstek. (A gdyby istniały … przypuśćmy, że kwarki są zbudowane z „preonów” lub czegokolwiek innego, nadal miałbyś do zadania to samo pytanie, po prostu zepchnąłbyś na wyższy poziom).
Na podstawowy poziom, który to jest? Czy rzeczy (cząstki podstawowe) są „zrobione z rzeczy”, czy „nie z niczego”?
Starożytni uważali, że rzeczy mogą być wykonane z czystej, niezróżnicowanej „rzeczy”. (Dla przykładu, „klasyczne pierwiastki” powietrza / ognia / wody / ziemi były uważane przez Arystotelesa za „ciągłe”. Współczesny Arystoteles był rywalizującą spekulacją o „atomizmie”, a więc przednaukową wersją tego, co my teraz uważam, że prawda o materii makroskopowej istniała też od całkiem dawna!). Jednak „zbadaliśmy rzeczy aż do poziomu najmniejszych cząstek i stwierdziliśmy, że na każdym wyższym poziomie nie ma niczego, co„ jest zrobione z ciągłego niezróżnicowanego „czystego materiału” – „kategoria (2)” – – raczej wszystko powyżej tego podstawowego poziomu składa się z rzeczy mniejszych, tj. „kategorii (1)”.Tak więc, jak się nad tym zastanawiamy, jedyną pozostałą rzeczą, dla której moglibyśmy zająć się pojęciem typu egzystencji „kategorii (2)”, byłyby w rzeczywistości cząstki podstawowe; nie ma na to „precedensu”, by tak rzec, na jakąkolwiek większą skalę.
A problem polega na tym, że w skali bardzo małej, czyli tam, gdzie znajdujemy te podstawowe cząstki, takie jak fotony, itp., nie zachowują się już w sposób, który nie przypomina tego, jak myślimy o zachowaniu „przedmiotów”, do tego stopnia, że nie jest nawet jasne, czy sensowne jest mówienie o tym, że są „zrobione” z czegokolwiek.
Na przykład w przypadku fotonu … jeśli chcesz, możesz pomyśleć o nim jako o małej plamce „fotonu” (słowo, które właśnie wymyśliłem). Nikt cię nie zatrzymuje! :-). Byłby to sposób myślenia o fotonach „kategorii (2)”. Czym byłoby to „fotonium”? Można by to zdefiniować jako „materiał, z którego wykonane są fotony”. Co powiesz na to?
Cóż, niezupełnie … :-(. Problem z tym pojęciem polega na tym, że pochwala się wyłącznie podstawa bycia (być może!) bardziej intuicyjnie satysfakcjonująca niż „kategoria (3)”, która jest jedyną pozostałą opcją – bycie „stworzonym z niczego”. Z drugiej strony myślenie o fotonach jako wykonanych z „fotonu” w rzeczywistości spowodowałoby więcej pytań niż odpowiedzi i stworzyłoby więcej problemów niż rozwiązałoby.
Na przykład:
- „foton” nadal musi przestrzegać zasady, że foton nigdy się nie rozszczepia na dwa mniejsze bity „fotonu”;
- … i na tej samej zasadzie „nie można wcisnąć dwóch fotonów razem, aby utworzyć foton o dużych rozmiarach, który zawiera dwa razy więcej„ fotonu ”
- Fotony nadal mają zerową masę , więc „foton” musi być jakąś bezmasową substancją …
- itd. ..
Nie jest też jasne, czy można sensownie przypisać miarę „rozmiaru” fotonowi! Istnieje kilka sposobów mówią o tym, jaki może być rozmiar fotonu, ale „z natury rzeczy probabilistyczne, tj. związane z prawdopodobieństwem interakcji fotonu z inną cząstką”. A to z kolei zależy od drugiej cząsteczki ! (Zwłaszcza, czy druga cząstka ma ładunek ). Jedną miarą rozmiaru fotonu byłaby jego długość fali, która dobrze koreluje z prawdopodobieństwem interakcji z czymś innym. Tak więc w tym pomiarze foton zielonego światła 500 nm miałby przekrój poprzeczny „rozmiar” 1/2000. milimetra, ale foton fali radiowej 1 MHz miałby rozmiar około 1000 stóp!
I podobnie jak inne cząstki podstawowe, foton ma tylko określone położenie i określony pęd w zakresie, w jakim mierzymy te rzeczy, a im dokładniej mierzysz jedną z nich, tym mniej zdecydowanie możesz mierzyć drugą.
Od tego momentu jest tylko gorzej (tj. bardziej dziwnie), ale masz pomysł. .. 🙂
Chodzi mi o to, że cząstki fundamentalne zachowują się w sposób, który narusza każdą twoją intuicję na temat tego, czym powinien być i jaki powinien być „przedmiot”! Więc dodając do nich ideę bycia „zrobionym z czegoś „nie rozwiązuje problemu, a po prostu jeszcze bardziej zagmatwa wodę.
A więc … w tym momencie możesz powiedzieć:” No dobrze, w porządku … zdjęcie ns i inne fundamentalne cząstki nie są zrobione z niczego innego. Nie tego się spodziewałem i może trochę potrwać przyzwyczajenie, ale myślę, że „tak to jest”. Z drugiej strony, możesz być albo (a) bardzo niezadowolony z tego wyjaśnienia, albo (b) czuć, że twój umysł jest wdmuchiwany w jakieś mistyczne kosmiczne objawienie New Age, takie jak „whoa, wszystko jest niczym, a istnienie nie „nie istnieje!” Obie te skrajności wynikają z błędnego myślenia. O to, co mam na myśli … można by odpowiedzieć, „ Mówisz, że fotony (itp.) ) nie są z niczego, więc tak naprawdę nie istnieją! Wcale nie. Oczywiście istnieją, ponieważ wchodzą w interakcje z innymi rzeczami. Właśnie ustaliliśmy, że na podstawowym poziomie „istniejący” nie ma nic wspólnego z „byciem stworzonym z rzeczy”, to wszystko. Druga błędna odpowiedź brzmi: „ Mówisz po prostu, że wszystko jest zrobione z nic! „Cóż, to też nie jest prawda. Planety, ludzie, płetwale błękitne i rozmyte gąsienice są wykonane z materiału, który jest wykonany z cząsteczki s, które są zbudowane z atomów. Atom zbudowany jest z (a) jądra, które składa się z kwarków (nie z niczego) i gluonów (nie z niczego) oraz (b) elektronów (nie z niczego). Między dużymi obiektami a podstawowymi cząstkami istnieje wiele poziomów „ukonstytuowania się”! Wszystkie te „poziomy” rzeczywistości fizycznej są niezwykle bogate w prawdziwe zasady / relacje / interakcje / właściwości. Nazywamy te „właściwościami wyłaniającymi się”, aby odróżnić je od „podstawowych właściwości” rzeczywistości.Na przykład w chemii chodzi o wyłaniające się właściwości, które powodują „wypychanie” atomów i które regulują interakcje między różnymi rodzajami rzeczy. Termodynamika i mechanika statystyczna dotyczą wyłaniających się właściwości dużych zbiorów pojedynczych cząstek. Biologia dotyczy pojawiających się właściwości żywych systemów. I tak dalej. Wiele osób uważa, że świadomość musi być wyłaniającym się zjawiskiem fizycznej rzeczywistości. (Nikt nie mówi, że musisz w to wierzyć. Właściwie to nie. Ale wielu ludzi to robi!)
W każdym razie, jeśli chodzi o dwa omówione powyżej błędy: niektórym ludziom udaje się połączyć oba te błędy błędne przekonania, dochodzenie do tego jednego ubera za jednym zamachem: „ Podstawowe cząsteczki nie są stworzone z niczego … dlatego tak naprawdę nic nie istnieje! Mam nadzieję, że już widzisz, dlaczego jest to śmieszne stwierdzenie. Oczywiście, że istnieją! (Widzisz, od początku miałeś rację! 🙂 Ludzie, których kochasz, istnieją … ludzie, których nie tak bardzo kochasz, oni też istnieją … i kawa istnieje, piwo i futrzane psy i muzyka! Istnieją różne rodzaje naprawdę niesamowitych rzeczy! Więc nie bój się idei, że podstawowe cząsteczki nie są zrobione z niczego.
Ponieważ dopóki „ponownie omawiamy błąd redukcjonizmu… zauważysz, że są ludzie, którzy nie są zaniepokojeni ideą, że„ wszyscy jesteśmy tylko zbiorem atomów ”i wydają się rezygnować z tego poglądu ledwo wzruszając ramionami, a może nawet z ulgą. Jeśli o mnie chodzi, jest to oznaka niezdarnego, filistyńskiego rodzaju umysłu. Jesteś czymś więcej niż „tylko” czymkolwiek (atomami lub podstawowymi cząstkami, które nie są z niczego itp.) Masz umysł, wolę i uczucia, możesz kontemplować i doceniać rzeczy, wymyślać rzeczy i tworzyć fajne rzeczy i zastanawiam się nad takimi rzeczami, jak to, z czego są zrobione fotony!
Dobra, wystarczy filozofii … pozwólcie mi zakończyć moją odpowiedź krótką wzmianką o poziomie rzeczywistości, który jest bardziej fundamentalny niż podstawowy cząstki. – Co? Jak to możliwe? Cóż, cząstki podstawowe są najbardziej podstawowym rodzajem rzeczy we wszechświecie, ale okazuje się, że nie są one najbardziej podstawowym wyjaśnienie rzeczy , ponieważ same podstawowe cząstki są wyjaśnione w kategoriach czegoś innego – mianowicie pól kwantowych . W skrócie , chodzi o to, że to, co istnieje na najbardziej podstawowym poziomie, to pewne pola, które wypełniają całą przestrzeń i zawierają energię. Wszędzie tam, gdzie energia w określonym miejscu w polu przekracza tak zwaną energię punktu zerowego lub próżni, nazywa się to „wzbudzenie” pola i objawia się jako ograniczona cząstka . Zatem cząstki podstawowe, które nie są z niczego, są zjawiskiem pola (które również nie są zbudowane z żadnego materialnego „materiału”). Zatem foton jest wzbudzeniem pola fotonowego, elektron jest wzbudzeniem pola elektron-pozyton itp.
Cóż, to było trochę długie, ale miejmy nadzieję, że było pomocne lub przynajmniej przyjemne :-).