Hur ser en fotonisk bom ut?

Bästa svaret

“Fotonisk bom”? Ah, jag förstår det. Som en “sonic boom” bara med ljus, eller hur?

Det är faktiskt ganska vanligt, bekant och användbart. Det heter Cherenkov-strålning och uppstår när en laddad partikel rör sig snabbare än ljusets hastighet i mediet . Vatten och glas är uppenbara exempel, men även i gaser kommer en mycket relativistisk laddad partikel att producera Cherenkov-ljus. vinkeln för ”fotonisk chockvåg” relativt partikelns väg kan avslöja dess hastighet i många situationer.

Svar

Fotoner är inte gjorda av någonting.

Allvarligt.

Detsamma gäller för alla grundläggande partiklar. Som det visar sig är det bäst att lära sig att var bara okej med att vissa saker inte är gjorda av någonting; vi kallar dessa saker ”grundläggande partiklar”.

Varför är det här? Tja … när du frågar ”vad är ett X gjort av”, vilken typ av svar kan det ha? Om du funderar på det lite ser du att svaret måste falla i en av tre kategorier:

1. X är komposit ; den är gjord av andra saker , dvs komponenter
2. X är odelbar / kontinuerlig; det är bara gjort av ”X-grejer”, någon form av helt enhetlig ren substans
3. X är inte gjord av någonting.

Val (1) är lätt att förstå. Till exempel kan du säga att en bil är gjord av en motor, ett drivhjul, chassi, kaross, huva prydnad, bildekaler och fuzzy tärningar. Okej? Enkelt.

Problemet är att om det är det enda svaret du tycker är tillfredsställande, kommer du att stöta på problem när du börjar fråga ”hur långt ner går det?” På någon nivå måste du sluta med saker som inte är gjorda av mindre komponenter, dvs på någon nivå måste svaret vara i kategori (2) eller (3)! Annars har du det här problemet med ”oändlig regression” ( Det är sköldpaddor hela vägen ner ), vilket verkligen inte är någon mindre oroande än tanken på en sak som inte är” gjord av ”någonting. Så att insistera på att svaret ska vara av kategori (1) oavsett nivå, i slutändan är det inte mycket tillfredsställande.

Så, rättvist nog … någon gång kan du ”t” zooma in ytterligare och du kommer till saker som inte är gjorda av andra saker . Låt oss bara kalla det den ”grundläggande” nivån. Så är fotoner verkligen ”grundläggande” i den meningen? Ja, det verkar de vara. Det finns två klasser av grundläggande partiklar:

• ”bosonerna”, som inkluderar fotoner;
• ”fermionerna”, som inkluderar …
• kvarkar, som är komponenterna i protoner och neutroner
• leptoner, inklusive elektroner

Anledningen till att vi tror att dessa partiklar är grundläggande är att det bara inte finns något förslag på att det borde vara annorlunda, det vill säga inga experimentella observationer som kräver ”mer grundläggande” partiklar för deras förklaring, inget i vår nuvarande modell som förutsäger deras existens osv. Ändå kunde de spann> faktiskt vara gjorda av några mer grundläggande föremål? Ja, det kunde de verkligen göra! Men eftersom det inte finns någon tvingande anledning att förvänta sig dem, och vid denna tidpunkt ingen aning om hur dessa ”mer grundläggande” partiklar skulle vara, eller hur man vet om de finns, det är ”varken här eller där”. Så vid den här tiden har vi ”zoomat in” så långt det verkar möjligt och det verkar rimligt att säga på det finns troligen ingen lägre nivå av sammansättning för partiklar. (Och om det fanns … antar att kvarkar gjordes av ”preons” eller vad som helst, skulle du fortfarande ha samma fråga att ställa, tryck bara ner en annan nivå).

På grundläggande nivå, vilken är det då? Är saker (grundläggande partiklar) ”gjorda av saker”, eller ”inte gjorda av någonting”?

De gamla tänkte att saker mycket väl kan vara gjorda av rena, odifferentierade ”grejer”. (För att ta ett exempel ansågs de ”klassiska elementen” av luft / eld / vatten / jord av Aristoteles vara ”kontinuerliga”. Samtida med Aristoteles var den rivaliserande spekulationen om ”atomism”, så en förvetenskaplig version av vad vi nu betraktas som sanningen om makroskopisk materia också existerade från ganska länge sedan!). Men vi har ”undersökt saker ner till nivån av de minsta partiklarna och upptäckt att det på alla nivåer över det inte finns något som är gjort av kontinuerligt odifferentierade” rena saker ”-” kategori (2) ”- – snarare är allt över denna grundläggande nivå gjord av mindre saker, dvs ”kategori (1)”.Så när vi funderar över det här, skulle det enda som finns kvar för vilket vi kunde underhålla uppfattningen om en ”kategori (2)” typ av existens i själva verket vara de grundläggande partiklarna; det finns inget ”prejudikat” för det, så att säga, i någon större skala.

Och problemet är att på skalan av de mycket små, det är där vi hittar dessa grundläggande partiklar som fotoner, etc., de beter sig inte längre på sätt som liknar hur vi tänker på att ”föremål” beter sig, så att det inte ens är tydligt att det är meningsfullt att prata om att de är ”gjorda av” någonting.

Så, när det gäller foton, till exempel … om du vill kan du tänka på det som att det bara är en liten fläck ”fotonium” (ett ord som jag gjorde upp just nu). Ingen hindrar dig! :-). Detta skulle vara ett ”kategori (2)” sätt att tänka på fotoner. Vad skulle detta ”fotonium” vara? Det skulle bara definieras som ”de saker som fotoner tillverkas av”. Vad sägs om det?

Tja, inte riktigt … :-(. Problemet med denna uppfattning är att det bara berömmer sig enbart på grunden för att vara (möjligen!) mer intuitivt tillfredsställande än ”kategori (3)”, som är det enda kvarvarande alternativet – att vara ”gjord av ingenting”. Och på nackdelen, att tänka på fotoner som gjorda av ”fotonium” verkligen skulle väcka fler frågor än det svarar på och skapa fler problem än vad det skulle lösa.

Till exempel:

• ”fotonium” måste fortfarande följa regeln att en foton aldrig delar sig i två mindre bitar av ”fotonium”;
• … och på samma sätt kan du inte klämma ihop två foton för att skapa en superstor foton med dubbelt så mycket ”fotonium”
• Fotoner har fortfarande nollmassa , så ”fotonium” måste vara ett masslöst ämne av något slag …
• etc. ..

Det är inte klart att du meningsfullt kan tilldela ett mått på ”storlek” till en foton! Det finns flera sätt att prata om vad fotonens storlek kan vara, men de är sannolika, dvs. relaterade till sannolikheten för att en foton interagerar med en annan partikel. Och det i sin tur beror på den andra partikeln ! (Speciellt om den andra partikeln har elektrisk laddning ). Ett mått på en fotonstorlek skulle vara dess våglängd, som korrelerar väl med dess sannolikhet att interagera med något annat. Så i det måttet skulle en foton med 500 nm grönt ljus ha en tvärsnittsstorlek på 1/2000 på en millimeter, men en foton på 1 MHz radiovåg skulle ha en storlek på cirka 1000 fot!

Och, som andra grundläggande partiklar, har en foton bara en bestämd position och bestämd momentum i den utsträckning som du mäter dessa saker, och ju mer definitivt du mäter någon av dem, desto mindre definitivt kan du mäta den andra.

Det blir bara värre (dvs. mer konstigt) härifrån, men du får idén. .. 🙂

Min poäng är att grundläggande partiklar beter sig på ett sätt som bryter mot varje intuition du har om vad ett ”objekt” borde vara och göra! Så att lägga till dem idén att vara ”gjord av något ”löser inga problem och ler bara vattnet ännu mer.

Nu då … vid denna punkt kanske du säger” Tja okej, rättvist … foto ns och andra grundläggande partiklar är inte gjorda av något annat. Inte vad jag förväntade mig, och det kan ta lite att vänja sig, men jag antar att det är så det är. Å andra sidan kan du vara antingen (a) mycket missnöjd med denna förklaring, eller (b) känna att ditt sinne blåses i någon form av mystisk New Age-y kosmisk epifani som ”whoa, allt är ingenting, och existens existerar inte! Båda dessa ytterligheter härrör från otäck tänkande. Här är vad jag menar … man kan svara med, ” Du säger att fotoner (etc.) ) är inte gjorda av någonting, så därför existerar de inte riktigt! ” Inte alls. Naturligtvis existerar de, eftersom de interagerar med andra saker. Vi har precis fastställt att det på grundläggande nivå, ”befintligt” har ingenting att göra med ”att vara gjord av saker”, det är allt. Ett andra felaktigt svar är, ” Du säger i princip att allt är gjort av ingenting! ”Tja, det stämmer inte heller. Planeter, människor, blåhvalar och fuzzy larver är gjorda av saker, vilket är tillverkad av molekyl s, som är gjorda av atomer. En atom är gjord av (a) en kärna, som är gjord av kvarkar (inte gjord av någonting) och gluoner (inte gjord av någonting) och (b) elektroner (inte gjord av någonting). Det finns många nivåer av ”made-of-ness” mellan de stora föremålen och de grundläggande partiklarna! Alla dessa ”nivåer” av fysisk verklighet är extremt rika med verkliga principer / relationer / interaktioner / egenskaper. Vi kallar dessa ”framväxande egenskaper” för att skilja dem från verklighetens ”grundläggande egenskaper”.Så till exempel handlar kemi om de framväxande egenskaperna som ger upphov till ”grejer” ur atomer och som styr samspelet mellan olika slags saker. Termodynamik och statistisk mekanik handlar om framväxande egenskaper hos stora samlingar av enskilda partiklar. Biologi handlar om framväxande egenskaper hos levande system. Och så vidare. Många tror att medvetenhet måste vara ett framväxande fenomen av fysisk verklighet. (Ingen säger att du måste tro det. Jag vet faktiskt inte. Men många människor gör det!)

Hur som helst, när det gäller de två misstag som diskuterats ovan: vissa människor lyckas kombinera båda dessa missförhållanden, når fram till den här uber-felaktigheten i ett slag: ” Grundläggande partiklar är inte gjorda av någonting … därför existerar ingenting verkligen! ” Jag hoppas att du redan kan se varför det är ett löjligt uttalande. Naturligtvis finns det saker! (Se, du hade rätt hela tiden! 🙂 Människor du älskar finns … människor du älskar inte älskar så mycket, de finns också … och kaffe finns, och öl och håriga hundar och musik! Alla typer av riktigt fantastiska saker finns! Så var inte rädd för idén att grundläggande partiklar inte är gjorda av någonting.

Som så länge vi diskuterar redaktionismens felaktighet … har du märkt att det finns människor som är helt orubbliga av tanken att ”allt vi är är inget annat än en massa atomer”, och tycks avstå från denna uppfattning med knappt en axelryckning, eller kanske till och med en känsla av lättnad. Om du frågar mig är det här märket för en klodrig, filistinsk typ av sinne. Du är mycket mer än ”bara” vad som helst (atomer, eller grundläggande partiklar som inte är gjorda av någonting osv.) Du har ett sinne och en vilja och känslor, och du kan överväga och uppskatta saker och räkna ut saker och skapa cool saker och undrar på saker som vad fotoner är gjorda av!

Okej, nog med filosofin … låt mig avsluta mitt svar med ett kort omnämnande av den verklighetsnivå som är mer grundläggande än den grundläggande partiklar. ”Vad? Hur kan det vara?” De grundläggande partiklarna är den mest grundläggande typen av grejer i universum, men det visar sig att de inte är de mest grundläggande förklaring av saker , eftersom de grundläggande partiklarna själva förklaras i termer av något annat – nämligen kvantfält . Kort är tanken att det som existerar på den mest grundläggande nivån är vissa fält som fyller hela rymden och innehåller energi. Varhelst energin på en viss plats i ett fält överstiger den så kallade nollpunkts- eller vakuumenergin, det kallas en ”excitation” av fältet, och det manifesteras som en avgränsad partikel . De grundläggande partiklarna, som inte är gjorda av någonting, är fenomen i fält (som inte heller är gjorda av materiella ”grejer”). Så en foton är en excitation av fotonfältet, en elektron är en excitation av elektron-positronfältet etc.

Jo, det var lite långt, men förhoppningsvis till hjälp eller åtminstone roligt :-).