Beste Antwort
„Photonischer Boom“? Ah, ich verstehe. Wie ein „Sonic Boom“ nur mit Licht, oder?
Eigentlich ist es ziemlich verbreitet, vertraut und nützlich. Es heißt Cherenkov-Strahlung und tritt auf, wenn sich ein geladenes Teilchen schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Medium
Antwort
Photonen bestehen nicht aus irgendetwas.
Im Ernst.
Das Gleiche gilt für alle fundamentalen Teilchen. Wie sich herausstellt, ist es am besten, dies zu lernen Sei einfach in Ordnung mit bestimmten Dingen, die nicht aus irgendetwas bestehen. Wir nennen diese Dinge „fundamentale Teilchen“.
Warum ist das so? Nun … wenn Sie fragen „Woraus besteht ein X?“, Welche Antworten kann das haben? Wenn Sie ein wenig darüber nachdenken, werden Sie sehen, dass die Antwort in eine von drei Kategorien fallen muss:
- X ist zusammengesetzt ; es besteht aus anderen Dingen , dh Komponenten
- X ist unteilbar / kontinuierlich; Es besteht nur aus „X-Material“, einer Art völlig einheitlicher reiner Substanz.
- X besteht aus nichts.
Auswahl (1) ist leicht zu verstehen. Zum Beispiel kann man sagen, dass ein Auto aus einem Motor, einem Antriebsstrang, einem Fahrgestell, einer Karosserie, einer Motorhaubenverzierung, Autoaufklebern und Fuzzy-Würfeln besteht. Okay? Einfach.
Das Problem ist, dass Sie, wenn dies die einzige Antwort ist, die Sie als zufriedenstellend empfinden, auf Probleme stoßen, wenn Sie fragen: „Wie weit geht es?“ Auf einer bestimmten Ebene müssen Sie mit Dingen enden, die nicht aus kleineren Komponenten bestehen , dh auf einer bestimmten Ebene müsste die Antwort in Kategorie (2) sein. oder (3)! Andernfalls haben Sie das Problem des „unendlichen Rückschritts“ ( Es sind Schildkröten ganz unten ), das wirklich kein weniger beunruhigend als die Idee einer Sache, die nicht aus irgendetwas besteht. Das Beharren darauf, dass die Antwort unabhängig von der Stufe der Kategorie (1) entspricht, ist letztendlich nicht sehr zufriedenstellend.
Also, fair genug … irgendwann können Sie nicht mehr weiter zoomen und Sie kommen zu Dingen, die nicht aus anderen Dingen bestehen . Nennen wir das einfach die „grundlegende“ Ebene. Sind Photonen in diesem Sinne wirklich „grundlegend“? Ja, sie scheinen zu sein. Es gibt zwei Klassen grundlegender Teilchen:
- die „Bosonen“, die Photonen enthalten;
- die „Fermionen“, die …
- Leptonen, einschließlich Elektronen
Der Grund, warum wir diese Teilchen für grundlegend halten, ist, dass es einfach keinen Hinweis darauf gibt es sollte anders sein, dh keine experimentellen Beobachtungen, die „grundlegendere“ Teilchen für ihre Erklärung erfordern, nichts in unserem aktuellen Modell, das ihre Existenz vorhersagt usw. Dennoch könnten sie id id = „4c1ec316a8“> in der Tat aus einigen grundlegenderen Objekten bestehen? Ja, sie könnten es sicherlich! Aber da es keinen zwingenden Grund gibt, dies zu erwarten, und zu diesem Zeitpunkt keine Ahnung, wie diese „grundlegenderen“ Teilchen aussehen würden, oder Wie man erkennt, ob sie existieren, ist eine Art „weder hier noch dort“. An diesem Punkt haben wir also „hineingezoomt“, soweit es möglich erscheint und es vernünftig erscheint, dies zu sagen Es gibt wahrscheinlich keine geringere Zusammensetzung für Partikel. (Und wenn es … Angenommen, Quarks würden aus „Preons“ oder was auch immer bestehen, hätten Sie immer noch dieselbe Frage zu stellen, nur eine weitere Ebene nach unten gedrückt.)
Bei der fundamentale Ebene, welche ist es dann? Sind Dinge (fundamentale Teilchen) „aus Sachen gemacht“ oder „nicht aus irgendetwas gemacht“?
Die Alten dachten, dass Dinge sehr gut aus reinem, undifferenziertem „Zeug“ gemacht sein könnten. (Um ein Beispiel zu nennen: Die „klassischen Elemente“ Luft / Feuer / Wasser / Erde wurden von Aristoteles als „kontinuierlich“ angesehen. Zeitgenössisch mit Aristoteles war die rivalisierende Spekulation des „Atomismus“, also eine vorwissenschaftliche Version dessen, was wir Jetzt ist die Wahrheit über makroskopische Materie auch schon vor langer Zeit vorhanden!). Wir haben jedoch Dinge bis auf das Niveau der kleinsten Partikel untersucht und festgestellt, dass es auf jeder darüber liegenden Ebene nichts gibt, was aus kontinuierlichem undifferenziertem „reinem Material“ besteht – „Kategorie (2)“ – – Vielmehr besteht alles über dieser fundamentalen Ebene aus kleineren Dingen, dh „Kategorie (1)“.So wie wir es hier durchdenken, wären die einzigen Dinge, für die wir den Begriff einer Existenz der Kategorie „Kategorie (2)“ unterhalten könnten, tatsächlich die fundamentalen Teilchen; Dafür gibt es sozusagen keinen „Präzedenzfall“ in größerem Maßstab.
Und das Problem ist, dass auf der Skala der sehr kleinen, wo wir diese fundamentalen Teilchen wie Photonen finden, usw. verhalten sie sich nicht mehr so, wie wir es von „Objekten“ halten, bis zu dem Punkt, dass es nicht einmal klar ist, dass es sinnvoll ist, davon zu sprechen, dass sie aus irgendetwas „gemacht“ sind / p>
Also, im Fall des Photons zum Beispiel … wenn Sie möchten, können Sie sich vorstellen, dass es sich nur um einen winzigen Fleck „Photonium“ handelt (ein Wort, das ich mir gerade ausgedacht habe). Niemand hält dich auf! :-). Dies wäre eine „Kategorie (2)“ – Denkweise von Photonen. Was wäre dieses „Photonium“? Es würde nur definiert werden als „das Zeug, aus dem Photonen gemacht werden“. Wie wäre es damit?
Nun, nicht wirklich … :-(. Das Problem mit dieser Vorstellung ist, dass sie sich ausschließlich empfiehlt die Grundlage dafür, (möglicherweise!) intuitiver zufriedenstellend zu sein als „Kategorie (3)“, was die einzige verbleibende Option ist – „aus nichts gemacht“ zu sein. Und auf der anderen Seite, wenn man Photonen wirklich als „Photonium“ betrachtet würde mehr Fragen aufwerfen als beantworten und mehr Probleme verursachen als lösen.
Zum Beispiel:
- „Photonium“ muss immer noch die Regel befolgen, dass sich ein Photon niemals spaltet in zwei kleinere Teile von „Photonium“;
- … und aus dem gleichen Grund können Sie nicht zwei Photonen zusammenpressen, um ein übergroßes Photon mit doppelt so viel „Photonium“
- Photonen haben immer noch Nullmasse , daher muss „Photonium“ eine masselose Substanz sein …
- usw. ..
Es ist auch nicht klar, dass Sie einem Photon sinnvoll ein Maß für „Größe“ zuweisen können! Es gibt verschiedene Möglichkeiten Sprechen Sie über die Größe eines Photons, aber sie sind von Natur aus probabilistisch, d. h. sie hängen mit der Wahrscheinlichkeit zusammen, dass ein Photon mit einem anderen Teilchen interagiert. Und das wiederum hängt vom anderen Partikel ab! (Insbesondere, ob das andere Teilchen eine elektrische Ladung hat). Ein Maß für die Größe eines Photons wäre seine Wellenlänge, die gut mit seiner Wahrscheinlichkeit korreliert, mit etwas anderem zu interagieren. Bei diesem Maß hätte ein Photon mit 500 nm grünem Licht eine Querschnittsgröße von 1/2000 von einem Millimeter, aber ein Photon mit einer 1-MHz-Funkwelle hätte eine Größe von ungefähr 1000 Fuß!
Und wie andere fundamentale Teilchen hat ein Photon nur eine bestimmte Position und einen bestimmten Impuls in dem Maße, wie Sie es messen diese Dinge, und je genauer Sie eines von ihnen messen, desto weniger definitiv können Sie das andere messen.
Von hier an wird es nur noch schlimmer (dh seltsamer), aber Sie haben die Idee. .. 🙂
Mein Punkt ist, dass sich fundamentale Partikel so verhalten, dass sie jede Intuition verletzen, die Sie darüber haben, was ein „Objekt“ sein und tun soll! Fügen Sie ihnen also die Idee hinzu, „aus etwas gemacht“ zu sein „löst kein Problem und trübt das Wasser nur noch mehr.
Nun dann … an diesem Punkt sagen Sie vielleicht“ Na gut, fair genug … Foto ns und andere fundamentale Teilchen bestehen nicht aus irgendetwas anderem. Nicht das, was ich erwartet hatte, und es mag etwas gewöhnungsbedürftig sein, aber ich denke, so ist es. Auf der anderen Seite können Sie entweder (a) mit dieser Erklärung sehr unzufrieden sein oder (b) das Gefühl haben, dass Ihr Geist in eine Art mystische New-Age-kosmische Offenbarung wie „whoa, alles ist nichts und Existenz“ geblasen wird existiert nicht! Diese beiden Extreme resultieren aus trügerischem Denken. Hier ist, was ich meine … man könnte antworten mit „ Sie sagen, dass Photonen (usw.) ) sind nicht aus irgendetwas gemacht, also existieren sie nicht wirklich! Überhaupt nicht. Natürlich existieren sie, indem sie mit anderen Dingen interagieren. Wir haben das gerade auf der fundamentalen Ebene festgestellt, „existent“ hat nichts mit „aus Sachen gemacht“ zu tun, das ist alles. Eine zweite trügerische Antwort lautet: „ Sie sagen im Grunde, dass alles aus gemacht ist nichts! „Nun, das ist auch nicht wahr. Planeten, Menschen, Blauwale und verschwommene Raupen sind aus Sachen gemacht, das heißt aus Molekül s, die aus Atomen bestehen. Ein Atom besteht aus (a) einem Kern, der aus Quarks (aus nichts) und Gluonen (aus nichts) besteht, und (b) Elektronen (aus nichts). Zwischen den großen Objekten und den fundamentalen Partikeln gibt es viele Ebenen der „Made-of-Ness“! Alle diese „Ebenen“ der physischen Realität sind äußerst reich an realen Prinzipien / Beziehungen / Interaktionen / Eigenschaften. Wir nennen diese „emergenten Eigenschaften“, um sie von „grundlegenden Eigenschaften“ der Realität zu unterscheiden.So dreht sich in der Chemie alles um die emergenten Eigenschaften, die zu „Stoffen“ aus Atomen führen und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Arten von Stoffen steuern. In der Thermodynamik und statistischen Mechanik geht es um die emergenten Eigenschaften großer Sammlungen einzelner Partikel. In der Biologie geht es um die neuen Eigenschaften lebender Systeme. Usw. Viele Menschen glauben, dass Bewusstsein ein emergentes Phänomen der physischen Realität sein muss. (Niemand sagt, dass man das glauben muss. Eigentlich nicht. Aber viele Leute tun es!)
Wie auch immer, in Bezug auf die beiden oben diskutierten Irrtümer: Einige Leute schaffen es, beide zu kombinieren Irrtümer, die auf einen Schlag zu diesem einen Über-Irrtum gelangen: „ Grundlegende Teilchen bestehen nicht aus irgendetwas … daher existiert nichts wirklich! “ I. hoffe du kannst schon sehen warum das eine lächerliche aussage ist. Natürlich gibt es Dinge! (Siehst du, du hattest die ganze Zeit Recht! 🙂 Menschen, die du liebst, existieren … Menschen, die du nicht so sehr liebst, sie existieren auch … und Kaffee existiert und Bier und pelzige Hunde und Musik! Es gibt alle Arten von wirklich großartigem Zeug! Hab also keine Angst vor der Idee, dass grundlegende Partikel nicht aus irgendetwas bestehen.
As Solange wir „über den Irrtum des Reduktionismus diskutieren … werden Sie bemerkt haben, dass es Menschen gibt, die von der Vorstellung, dass“ alles, was wir sind, nichts als ein Bündel von Atomen sind „, völlig unberührt sind und sich dieser Vorstellung zu ergeben scheinen mit kaum einem Achselzucken oder vielleicht sogar einem Gefühl der Erleichterung. Wenn Sie mich fragen, ist dies das Zeichen einer klobigen, philistischen Art von Geist. Sie sind viel mehr als „nur“ was auch immer (Atome oder fundamentale Teilchen, die nicht aus irgendetwas bestehen usw.). Sie haben einen Verstand und einen Willen und Gefühle, und Sie können Dinge betrachten und schätzen, Dinge herausfinden und cool kreieren Dinge und wundern Sie sich über Dinge wie, woraus Photonen bestehen!
Okay, genug mit der Philosophie … Lassen Sie mich meine Antwort mit einer kurzen Erwähnung der Ebene der Realität beenden, die grundlegender ist als die fundamentale Partikel. „Was? Wie kann das sein?“ Nun, die fundamentalen Teilchen sind die grundlegendste Art von Zeug im Universum, aber es stellt sich heraus, dass sie nicht die grundlegendste Erklärung von Dingen , weil die fundamentalen Teilchen selbst durch etwas anderes erklärt werden – nämlich die Quantenfelder . Kurz gesagt Die Idee ist, dass auf der grundlegendsten Ebene bestimmte Felder existieren, die den gesamten Raum ausfüllen und Energie enthalten. Überall dort, wo die Energie an einem bestimmten Ort in einem Feld die sogenannte Nullpunkt- oder Vakuumenergie überschreitet, wird dies als bezeichnet „Anregung“ des Feldes, und es manifestiert sich als begrenztes Teilchen . Die fundamentalen Teilchen, die aus nichts bestehen, sind Phänomene des Felder (die auch nicht aus materiellem „Material“ bestehen). Ein Photon ist also eine Anregung des Photonenfeldes, ein Elektron ist eine Anregung des Elektron-Positron-Feldes usw.
Nun, das war ein bisschen lang, aber hoffentlich hilfreich oder zumindest unterhaltsam :-).