Melhor resposta
“Explosão fotônica”? Ah, entendi. Como um “estrondo sônico” apenas com luz, certo?
Na verdade, é bastante comum, familiar e útil. É chamado de radiação Cherenkov e ocorre quando uma partícula carregada se move mais rápido do que a velocidade da luz no meio . Água e vidro são exemplos óbvios, mas mesmo em gases, uma partícula carregada altamente relativística produzirá luz Cherenkov. O ângulo da “onda de choque fotônica” em relação ao caminho da partícula pode revelar sua velocidade em muitas situações.
Resposta
Os fótons não são feitos de nada.
Sério.
O mesmo é verdade para todas as partículas fundamentais. Acontece que é melhor aprender a apenas fique bem com certas coisas não sendo feitas de nada; chamamos essas coisas de “partículas fundamentais”.
Por que isso? Bem … quando você pergunta “do que é feito um X”, que tipo de respostas isso pode ter? Se você pensar um pouco, verá que a resposta deve se enquadrar em uma das três categorias:
- X é composto ; é feito de outras coisas , ou seja, componentes
- X é indivisível / contínuo; é apenas feito de “material X”, algum tipo de substância pura completamente uniforme
- X não é feito de nada.
Escolha (1) é fácil de entender. Por exemplo, você pode dizer que um carro é feito de um motor, trem de força, chassi, carroceria, enfeite de capô, adesivos de para-choque e dados difusos. OK? Fácil.
O problema é que se esse for o único tipo de resposta que você acha satisfatório, então você terá problemas quando começar a perguntar “até onde ela vai?” Em algum nível, você deve acabar com coisas que não são feitas de componentes menores, ou seja, em algum nível, a resposta teria que estar na categoria (2) ou (3)! Caso contrário, você terá este problema de “regressão infinita” ( São tartarugas até o fim ), o que realmente não é qualquer menos preocupante do que a ideia de uma coisa que não é” feita “de nada. Portanto, insistir que a resposta seja da categoria (1) seja qual for o nível, no final das contas não é muito satisfatório.
Então, é justo … em algum ponto você não pode “ampliar” mais e você obtém coisas que não são feitas de outras coisas . Vamos chamar isso de nível “fundamental”. Então, os fótons são realmente “fundamentais” nesse sentido? Sim, eles parecem ser. Existem duas classes de partículas fundamentais:
- os “bósons”, que incluem fótons;
- os “férmions”, que incluem …
- quarks, que são os componentes de prótons e nêutrons
- léptons, incluindo elétrons
A razão pela qual pensamos que essas partículas são fundamentais é que simplesmente não há sugestão de que deveria ser de outra forma, ou seja, nenhuma observação experimental que requeira partículas “mais fundamentais” para sua explicação, nada em nosso modelo atual que prediga sua existência, etc. No entanto, poderiam de fato ser feito de alguns objetos mais fundamentais? Sim, certamente poderiam! Mas, uma vez que não há nenhuma razão convincente para esperar que o façam, e neste ponto nenhuma ideia sobre como seriam essas partículas “mais fundamentais”, ou como saber se eles existem, é uma espécie de “nem aqui nem ali”. Então, neste ponto, “ampliamos” o máximo que parece possível e parece razoável dizer que provavelmente não há nível inferior de composição para as partículas. (E se houvesse … suponha que os quarks fossem feitos de “preons” ou qualquer outra coisa, você ainda teria a mesma pergunta a fazer, basta empurrar para outro nível).
No nível fundamental , então, qual é? As coisas (partículas fundamentais) são “feitas de matéria” ou “não são feitas de nada”?
Os antigos pensavam que as coisas poderiam muito bem ser feitas de “matéria” pura e indiferenciada. (Para dar um exemplo, os “elementos clássicos” de ar / fogo / água / terra foram considerados por Aristóteles como “contínuos”. Contemporâneo de Aristóteles era a especulação rival de “atomismo”, portanto, uma versão pré-científica do que nós agora, considere como a verdade sobre a matéria macroscópica também já existia há muito tempo!). No entanto, investigamos coisas até o nível das menores partículas e descobrimos que em cada nível acima disso, não há nada que seja feito de “coisas puras” contínuas indiferenciadas – “categoria (2)” – – antes, tudo acima deste nível fundamental é feito de coisas menores, ou seja, “categoria (1)”.Assim, conforme estamos pensando aqui, as únicas coisas restantes para as quais poderíamos entreter a noção de um tipo de existência de “categoria (2)” seriam de fato as partículas fundamentais; não há “precedente” para isso, por assim dizer, em qualquer escala maior.
E o problema é que na escala do muito pequeno, que é onde encontramos essas partículas fundamentais como os fótons, etc., eles não se comportam mais de maneiras que guardem qualquer semelhança com a forma como pensamos nos “objetos” se comportando, a ponto de “nem mesmo ficar claro se é” significativo falar sobre eles serem “feitos” de qualquer coisa.
Então, no caso do fóton, por exemplo … se você quiser, pode pensar nele como sendo apenas uma partícula minúscula de “fotônio” (uma palavra que inventei agora). Ninguém está te impedindo! :-). Essa seria uma maneira de pensar dos fótons da “categoria (2)”. O que seria esse “fotônio”? Seria apenas definido como “a matéria da qual os fótons são feitos”. Que tal isso?
Bem, não realmente … :-(. O problema com essa noção é que ela se recomenda unicamente em a base de ser (possivelmente!) mais intuitivamente satisfatório do que a “categoria (3)”, que é a única opção restante – ser “feito de nada”. E, por outro lado, pensar nos fótons como sendo feitos de “fotônio” na verdade levantaria mais perguntas do que respostas e criaria mais problemas do que resolveria.
Por exemplo:
- “fotônio” ainda tem que obedecer à regra de que um fóton nunca se divide em dois pedaços menores de “fotônio”;
- … e da mesma forma, você não pode “amontoar dois fótons para fazer um fóton superdimensionado com o dobro de” fotônio “
- Os fótons ainda têm massa zero , então “fotônio” deve ser uma substância sem massa de algum tipo …
- etc. ..
Além disso, não está claro se você pode atribuir significativamente uma medida de “tamanho” a um fóton! Existem várias maneiras de falar sobre qual pode ser o tamanho de um fóton, mas eles são de natureza probabilística, ou seja, relacionados à probabilidade de um fóton interagir com outra partícula. E isso, por sua vez, depende da outra partícula ! (Especialmente se a outra partícula tiver carga elétrica ). Uma medida do tamanho de um fóton seria seu comprimento de onda, que se correlaciona bem com sua probabilidade de interagir com outra coisa. Então, nessa medida, um fóton de luz verde de 500 nm teria um “tamanho” de seção transversal de 1/2000 de um milímetro, mas um fóton de onda de rádio de 1 MHz teria um tamanho de cerca de 1000 pés!
E, como outras partículas fundamentais, um fóton só tem posição definida e momento definido na medida em que você mede essas coisas, e quanto mais definitivamente você mede qualquer um deles, menos definitivamente você pode medir o outro.
Só fica pior (ou seja, mais estranho) de agora em diante, mas você entendeu. .. 🙂
Meu ponto é que as partículas fundamentais se comportam de maneiras que violam toda intuição que você tem sobre o que um “objeto” deve ser e fazer! Portanto, adicionando a elas a ideia de ser “feito de alguma coisa” “não resolve nenhum problema e apenas turva as águas ainda mais.
Agora então … neste ponto você pode estar dizendo” Tudo bem, é justo … foto ns e outras partículas fundamentais não são feitas de mais nada. Não é o que eu esperava, e pode demorar um pouco para me acostumar, mas acho que “é assim que é”. Por outro lado, você pode estar (a) muito infeliz com esta explicação, ou (b) sentir que sua mente está explodindo em algum tipo de epifania cósmica mística da Nova Era como “uau, tudo é nada, e a existência não existe! Ambos os extremos resultam de um pensamento falacioso. Aqui está o que quero dizer … alguém pode responder com: “ Você” está dizendo que fótons (etc. ) não são “feitos de nada, portanto, eles não existem realmente!” De forma alguma. Claro que existem, pois interagem com outras coisas. Acabamos de estabelecer isso no nível fundamental, “existente” não tem nada a ver com “ser feito de coisas”, isso é tudo. Uma segunda resposta falaciosa é: “ Você está basicamente dizendo que tudo é feito de nada! “Bem, isso também não é verdade. Planetas, pessoas, baleias azuis e lagartas felpudas são feitos de matéria, que é feito de molécula s, que são feitos de átomos. Um átomo é feito de (a) um núcleo, que é feito de quarks (não feito de nada) e glúons (não feito de nada) e (b) elétrons (não feito de nada). Existem muitos níveis de “feição” entre os objetos grandes e as partículas fundamentais! Todos esses “níveis” de realidade física são extremamente ricos em princípios / relações / interações / propriedades reais. Chamamos essas “propriedades emergentes”, para distingui-las das “propriedades fundamentais” da realidade.Então, por exemplo, a química trata das propriedades emergentes que dão origem a “coisas” a partir dos átomos e que governam as interações entre diferentes tipos de coisas. A termodinâmica e a mecânica estatística tratam das propriedades emergentes de grandes coleções de partículas individuais. A biologia trata das propriedades emergentes dos sistemas vivos. E assim por diante. Muitas pessoas acreditam que a consciência deve ser um fenômeno emergente da realidade física. (Ninguém diz que você tem que acreditar nisso. Eu não, na verdade. Mas muitas pessoas acreditam!)
De qualquer forma, em relação às duas falácias discutidas acima: algumas pessoas conseguem combinar as duas falácias, chegar a esta uber-falácia de uma só vez: “ As partículas fundamentais não são” feitas de nada … portanto, nada existe realmente! “I espero que você já possa ver por que essa declaração é ridícula. Claro que existem coisas! (Veja, você estava certo o tempo todo! 🙂 Pessoas que você ama existem … pessoas que você não ama tanto, elas também existem … e o café existe, a cerveja, os cachorros peludos e a música! Existem todos os tipos de coisas realmente incríveis! Portanto, não tenha medo da ideia de que as partículas fundamentais não são feitas de nada.
Como enquanto estivermos discutindo a falácia do reducionismo … você deve ter notado que há pessoas que não se incomodam com a ideia de que “tudo o que somos não passa de um monte de átomos” e parecem resignar-se a essa noção com apenas um encolher de ombros, ou talvez até mesmo uma sensação de alívio. Se você me perguntar, esta é a marca de uma espécie de mente desajeitada e filisteu. Você é muito mais do que “apenas” qualquer coisa (átomos ou partículas fundamentais não feitas de nada, etc.) Você tem uma mente e uma vontade e sentimentos, e você pode contemplar e apreciar as coisas, descobrir coisas e criar coisas legais coisas, e me pergunto sobre coisas como de que os fótons são feitos!
Ok, chega de filosofia … deixe-me terminar minha resposta com uma breve menção do nível de realidade que é mais fundamental do que o fundamental partículas. “O quê? Como pode ser isso?” Bem, as partículas fundamentais são o tipo mais fundamental de coisas no universo, mas descobrimos que elas não são “as mais fundamentais explicação das coisas , porque as próprias partículas fundamentais são explicadas em termos de outra coisa – a saber, os campos quânticos . Resumidamente , a ideia é que o que existe no nível mais fundamental são certos campos que preenchem todo o espaço e contêm energia. Onde quer que a energia em um determinado local em um campo exceda o chamado ponto zero ou energia do vácuo, isso é chamado de “excitação” do campo, e é manifestada como uma partícula limitada. As partículas fundamentais, então, que não são feitas de nada, são fenômenos do campos (que também não são feitos de qualquer “matéria” material). Portanto, um fóton é uma excitação do campo de fótons, um elétron é uma excitação do campo elétron-pósitron, etc.
Bem, isso foi um pouco longo, mas espero que útil, ou pelo menos agradável :-).