Cum arată un boom fotonic?

Cel mai bun răspuns

„Boom fotonic”? Ah, am înțeles. Ca un „boom sonor” numai cu lumină, nu?

De fapt, este destul de obișnuit, familiar și util. Se numește radiație Cherenkov și apare atunci când o particulă încărcată se mișcă mai repede decât viteza luminii în mediu . Apa și sticla sunt exemple evidente, dar chiar și în gaze, o particulă încărcată extrem de relativistă va produce lumină Cherenkov. unghiul al „undei de șoc fotonic” în raport cu calea particulei poate dezvălui viteza acesteia în multe situații.

Răspuns

Fotonii nu sunt compuși din nimic.

Serios.

Același lucru este valabil pentru toate particulele fundamentale. După cum se dovedește, este cel mai bine să înveți să fii în regulă cu anumite lucruri care nu sunt făcute din nimic; numim aceste lucruri „particule fundamentale”.

De ce este asta? Ei bine … când întrebi „din ce este făcut un X”, ce fel de răspunsuri poate avea asta? Dacă vă gândiți puțin la asta, veți vedea că răspunsul trebuie să se încadreze în una din cele trei categorii:

1. X este compozit ; este alcătuit din alte lucruri , adică componente
2. X este indivizibil / continuu; tocmai este făcut din „X chestii”, un fel de substanță pură complet uniformă
3. X nu este făcută din nimic.

Alegere (1) este ușor de înțeles. De exemplu, puteți spune că o mașină este fabricată dintr-un motor, un tren de forță, șasiu, caroserie, ornament de capotă, autocolante și zaruri fuzzy. Bine? Ușor.

Problema este că, dacă acesta este singurul tip de răspuns pe care îl găsiți satisfăcător, atunci veți avea probleme când veți începe să întrebați „cât de jos merge?” La un anumit nivel, trebuie să ajungeți la lucruri care nu sunt „t formate din componente mai mici, adică la un anumit nivel răspunsul ar trebui să fie în categoria (2) sau (3)! În caz contrar, aveți această problemă de „regres infinit” ( Este broasca țestoasă până la capăt ), care nu este cu adevărat mai puțin îngrijorător decât ideea unui lucru care nu este„ t ”făcut din„ nimic ”. Așadar, insistând ca răspunsul să fie de categoria (1) oricare ar fi nivelul, în cele din urmă nu este „foarte satisfăcător.

Deci, destul de corect … la un moment dat puteți„ mări ”mai departe și ajungi la lucruri care nu sunt făcute din alte lucruri . Să numim acest nivel „fundamental”. Deci, fotonii sunt într-adevăr „fundamentali” în acest sens? Da, par să fie. Există două clase de particule fundamentale:

• „bosonii”, care include fotoni;
• „fermioni”, care include …
• cuarcii, care sunt componentele protonilor și neutronilor
• leptonii, inclusiv electronii

Motivul pentru care credem că aceste particule sunt fundamentale este că nu există nici o sugestie că ar trebui să fie altfel, adică fără observații experimentale care să necesite particule „mai fundamentale” pentru explicarea lor, nimic în modelul nostru actual care le prezice existența, etc. Cu toate acestea, ar putea de fapt, ar putea fi alcătuite din unele obiecte mai fundamentale? Da, cu siguranță ar putea! Dar, deoarece nu există niciun motiv imperios de așteptat să le facă și, în acest moment, nici o idee despre cum ar fi acele particule „mai fundamentale” sau cum să spunem dacă există, nu este nici „nici aici, nici acolo”. Deci, în acest moment, am „mărit” în măsura în care pare posibil de făcut și pare rezonabil să spunem probabil că nu există un nivel mai scăzut de compoziție pentru particule. (Și dacă ar fi … să presupunem că quark-urile erau făcute din „preoni” sau orice altceva, ați avea totuși aceeași întrebare de pus, doar împinsă în jos un alt nivel).

La nivel fundamental , atunci, care este acesta? Sunt lucrurile (particulele fundamentale) „făcute din lucruri” sau „nu sunt făcute din nimic”?

Anticii credeau că lucrurile ar putea fi foarte bine făcute din „lucruri” pure, nediferențiate. (Pentru a lua un exemplu, „elementele clasice” ale aerului / focului / apei / pământului au fost considerate de Aristotel „continue”. Contemporanul cu Aristotel a fost speculația rivală a „atomismului”, deci o versiune pre-științifică a ceea ce noi acum considerăm că adevărul despre materia macroscopică a existat și de demult!). Cu toate acestea, am „investigat lucrurile până la nivelul celor mai mici particule și am constatat că la fiecare nivel peste acesta, nu este„ nimic din „lucruri pure” nediferențiate continue – „categoria (2)” – – mai degrabă, totul deasupra acestui nivel fundamental este format din lucruri mai mici, adică „categoria (1)”.Deci, așa cum ne gândim aici, singurele lucruri rămase pentru care am putea distra noțiunea de tip de existență „categorie (2)” ar fi de fapt particulele fundamentale; nu există „precedent” pentru asta, ca să spunem așa, la orice scară mai mare.

Și problema este că la scara celor foarte mici, unde găsim aceste particule fundamentale, cum ar fi fotonii, etc., nu se mai comportă în moduri care seamănă cu modul în care ne gândim la comportamentul „obiectelor”, până la punctul că „nici măcar nu este clar că este semnificativ să vorbim despre faptul că acestea sunt„ făcute din „orice”.

Deci, în cazul fotonului, de exemplu … dacă vreți, vă puteți gândi că este doar o mică fâșie de „fotoniu” (un cuvânt pe care l-am inventat chiar acum). Nimeni nu te oprește! :-). Acesta ar fi un mod de a gândi fotonii din „categoria (2)”. Ce ar fi acest „fotoniu”? Ar fi definit doar ca „lucrurile din care sunt realizați fotonii”. Ce zici de asta?

Ei bine, nu chiar … :-(. Problema cu această noțiune este că se laudă numai pe baza de a fi (posibil!) mai satisfăcător intuitiv decât „categoria (3)”, care este singura opțiune rămasă – a fi „făcut din nimic”. Și, dezavantaj, gândirea fotonilor ca fiind făcută din „fotoniu” într-adevăr ar ridica mai multe întrebări decât răspunde și ar crea mai multe probleme decât ar rezolva.

De exemplu:

• „fotoniul” trebuie să respecte regulile conform cărora un foton nu se împarte niciodată în doi biți mai mici de „fotoniu”;
• … și în același simbol, nu puteți „înghesui doi fotoni împreună pentru a face un foton de dimensiuni superioare cu de două ori mai mult„ fotoniu ”
• Fotonii au încă masă zero , deci „fotoniul” trebuie să fie o substanță fără masă de un fel …
• etc. ..

De asemenea, nu este clar că puteți atribui în mod semnificativ o măsură de „dimensiune” unui foton! Există mai multe moduri de a vorbim despre dimensiunea unui foton, dar acestea sunt de natură probabilistică, adică legate de probabilitatea ca un foton să interacționeze cu o altă particulă. Și, la rândul său, depinde de cealaltă particulă ! (Mai ales dacă cealaltă particulă are încărcare electrică ). O măsură a dimensiunii unui foton ar fi lungimea de undă, care se corelează bine cu probabilitatea sa de a interacționa cu altceva. Deci, în această măsură, un foton de 500 nm lumină verde ar avea o „dimensiune” a secțiunii transversale de 1 / 2000th de un milimetru, dar un foton de undă radio de 1 MHz ar avea o dimensiune de aproximativ 1000 de picioare!

Și, la fel ca alte particule fundamentale, un foton are doar poziție definită și impuls definit în măsura în care măsurați acele lucruri și cu cât măsurați cu siguranță una dintre ele, cu atât mai puțin cu siguranță o puteți măsura pe cealaltă.

Pur și simplu se înrăutățește (adică mai ciudat) de aici înainte, dar îți vine ideea. .. 🙂

Ideea mea este că particulele fundamentale se comportă în moduri care încalcă fiecare intuiție pe care o aveți despre ceea ce ar trebui să fie și să facă un „obiect”! Așadar, adăugându-le ideea de a fi „făcute din ceva” „nu rezolvă nicio problemă și doar îmbolnăvește mai mult apele.

Acum, atunci … în acest moment s-ar putea să spui„ Ei bine, destul de corect … foto ns și alte particule fundamentale nu sunt făcute din altceva. Nu la ceea ce mă așteptam și poate că va dura puțin să mă obișnuiesc, dar cred că „așa este”. Pe de altă parte, s-ar putea să fiți (a) foarte nemulțumit de această explicație, sau (b) să simțiți că mintea voastră este suflată într-un fel de epifanie cosmică mistică New Age-y, cum ar fi „whoa, totul nu este nimic și existența Nu există! Ambele extreme rezultă din gândirea eronată. Iată ce vreau să spun … s-ar putea răspunde cu „ Vrei să spui că fotonii (etc.) ) nu sunt făcute din nimic, deci nu există cu adevărat! „ Deloc. Bineînțeles că există, în sensul că interacționează cu alte lucruri. Tocmai am stabilit că la nivel fundamental, „existent” nu are nimic de-a face cu „a fi făcut din lucruri”, asta e tot. Un al doilea răspuns eronat este „ Practic spuneți că totul este făcut din nimic! „Ei bine, nici asta nu este adevărat. Planetele, oamenii, balenele albastre și omizele neclare sunt făcute din lucruri, ceea ce este realizat din moleculă s, care sunt formate din atomi. Un atom este format din (a) un nucleu, care este format din quarks (nu este format din nimic) și gluoni (nu este făcut din nimic) și (b) electroni (nu este făcut din nimic). Există o mulțime de niveluri de „făcut-de-a-fi” între obiectele mari și particulele fundamentale! Toate aceste „niveluri” ale realității fizice sunt extrem de bogate, cu principii / relații / interacțiuni / proprietăți reale. Le numim „proprietăți emergente”, pentru a le distinge de „proprietăți fundamentale” ale realității.De exemplu, chimia se referă la proprietățile emergente care dau naștere la „chestii” din atomi și care guvernează interacțiunile dintre diferite tipuri de chestii. Termodinamica și mecanica statistică sunt despre proprietățile emergente ale colecțiilor mari de particule individuale. Biologia se referă la proprietățile emergente ale sistemelor vii. Și așa mai departe. Mulți oameni cred că conștiința trebuie să fie un fenomen emergent al realității fizice. (Nimeni nu spune că trebuie să crezi asta. De fapt, nu cred. Dar mulți oameni cred!)

Oricum, în ceea ce privește cele două erori discutate mai sus: unii oameni reușesc să le combine pe ambele. erori, ajungând la această uber-eroare într-o singură lovitură: „ Particulele fundamentale nu sunt făcute din nimic … prin urmare, nimic nu există cu adevărat! ” I sper că puteți vedea deja de ce este o afirmație ridicolă. Sigur că lucrurile există! (Vezi, ai avut dreptate tot timpul! 🙂 Oamenii pe care îi iubești există … oameni pe care nu îi iubești atât de mult, există și ei … și cafeaua există, bere, câini cu blană și muzică! Există tot felul de lucruri minunate! Așadar, nu vă fie teamă de ideea că particulele fundamentale nu sunt făcute din nimic.

atâta timp cât vom discuta despre eroarea reducționismului … veți observa că există oameni care sunt destul de liniștiți de ideea că „tot ce suntem nu sunt altceva decât o grămadă de atomi” și par să se resemneze la această noțiune cu abia din umeri, sau poate chiar cu un sentiment de ușurare. Dacă mă întrebați, acesta este semnul unui tip de minte ciudat, filistin. Sunteți mult mai mult decât „doar” orice (atomi sau particule fundamentale care nu sunt făcute din nimic etc.) Aveți o minte și o voință, și sentimente și puteți contempla și aprecia lucruri, vă puteți da seama de lucruri și puteți crea cool lucruri și mă întreb despre lucruri precum din ce sunt făcuți fotonii!

Bine, destul cu filozofia … permiteți-mi să-mi închei răspunsul cu o scurtă mențiune a nivelului realității care este mai fundamental decât fundamental particule. „Ce? Cum poate fi asta?” Ei bine, particulele fundamentale sunt cel mai fundamental tip de chestii din univers, dar se pare că acestea nu sunt „cele mai fundamentale explicație a lucrurilor , deoarece particulele fundamentale sunt ele însele explicate în termeni de altceva – și anume, câmpurile cuantice . , ideea este că ceea ce există la cel mai fundamental nivel sunt anumite câmpuri care umple tot spațiul și conțin energie. Ori de câte ori energia dintr-o anumită locație dintr-un câmp depășește așa-numita energie de punct zero sau de vid, aceasta se numește „excitație” a câmpului și se manifestă ca o delimitată . Particulele fundamentale, care nu sunt făcute din nimic, sunt fenomene ale câmpuri (care, de asemenea, nu sunt făcute din „materiale” materiale). Deci, un foton este o excitație a câmpului fotonic, un electron este o excitație a câmpului electron-pozitroni etc.

Ei bine, a fost cam lung, dar sperăm că este util sau cel puțin plăcut :-).