Warum kann ' kein Elektron beobachtet werden?

Definieren Sie “ beobachten Sie “

Die Webster , die Optionen für die Wissenschaft sind:

a: sorgfältig zu beobachten, insbesondere unter Berücksichtigung von Details oder Verhalten, um zu einem Urteil zu gelangen

b: um eine wissenschaftliche Beobachtung zu oder von

und zu “ zu machen :

a: Ein Vorgang zum Erkennen und Notieren einer Tatsache oder eines Ereignisses, bei dem häufig mit Instrumenten gemessen wird.

b: Eine Aufzeichnung oder Beschreibung so erhalten

Wie beobachten wir eine Wolke? Sonnenlicht streut vom H2O der Wolke und trifft unser Auge. Um es wissenschaftlich zu beobachten, macht man Bilder oder Videos, um seine zeitliche Entwicklung zu untersuchen. Beobachtet die Wolke im Video “ eine Wolke „?

Hier ist eine Blasenkammer Bild eines Elektrons :

Das Elektron hat Atome in der Kammer gestreut, die sie ionisieren, und die Blasen werden dort gebildet, wo sich die Ionen befanden. Es dreht sich im auferlegten Magnetfeld und verliert Energie durch die Streuung. Im Gegensatz zum Wolkenbild streut nicht das Licht vom Objekt, sondern das Objekt streut die Materie ab, und das Licht dieses Pfades wird aufgezeichnet. Es ist ein komplizierterer Weg zu einem Bild, aber es gibt immer noch eine Eins-zu-Eins-Entsprechung des Objekts namens Elektron mit dem Bild, das wir Beobachtung nennen.

Bitte beachten Sie dies für die Abmessungen der Blasenkammer Blasen (Mikrometer) und der Impuls des Elektrons im Bild, einige MeV / c , erfüllen die Heisenberg Unsicherheitsprinzip und somit kann das Elektron innerhalb dieser Dimension in seiner Form als quantenmechanisches “ Teilchen “ betrachtet werden. mit Attributen eines klassischen Teilchens.

Wir “ sehen “ Elektronen direkt in Funken , unsere Augen und unser Gehirn sind nicht in der Lage, das Licht so klar zu sehen wie das von der Wolke reflektierte Licht, aber dies ist eine Einschränkung unserer Biologie, die unsere Instrumente können.

Ich denke also, dass die Anweisung leer ist.

Bearbeiten Sie nach dem Kommentar

Glauben Sie, dass es jemals möglich sein würde, etwas zu erstellen, das so funktioniert? Eine Kamera zum Aufnehmen eines Schnappschusses eines einzelnen Elektrons

hat das Netz durchsucht und wurde durchgeführt.

Video unter https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU

Jetzt Es ist möglich, einen Film eines Elektrons zu sehen. Der Film zeigt, wie ein Elektron auf einer Lichtwelle reitet, nachdem es gerade von einem Atom weggezogen wurde. Dies ist das erste Mal, dass ein Elektron gefilmt wurde. Die Ergebnisse werden in der neuesten Ausgabe von Physical Review Letters vorgestellt.

Es wurde also getan, obwohl das Video verlangsamt ist, damit man den Pfad sehen kann.

Kommentare

ommentare sind nicht für eine ausführliche Diskussion gedacht. Diese Konversation wurde in den Chat verschoben .

Ohne wird nichts beobachtet ein physikalischer Prozess „führt“ die Beobachtung durch. Augen sehen nicht passiv – sie sind riesige Kollisionsstellen für unzählige Photonenbeschuss, Kamerapixel (oder lichtempfindliche Pigmente) reagieren nicht passiv auf Licht, sie müssen von Tausenden einzelner Photonen heftig getroffen werden.

Es ist wie in einem Auto, in einem dunklen Raum voller Federn – wie können Sie, ohne das Auto zu verlassen, spüren, dass die Federn da sind? Wenn Sie mit 200 Meilen pro Stunde in die Federwolke gefahren sind Wenn Sie sehr genau zuhören, hören Sie möglicherweise etwas, wenn sie auf die Windschutzscheibe treffen …

Bei einzelnen Partikeln wie einem Elektron ist es dasselbe – wie können Sie etwas spüren, das leichter und leichter ist? zart als alles andere?

Wie das Auto und die Federn können Sie nur indirekt auf die eine oder andere Existenz schließen, wenn Sie eine Sache heftig genug in die andere schlagen.

Kommentare

• Ein sehr gutes Beispiel.

Lassen Sie mich a geben vage Analogie zur Veranschaulichung der Probleme beim Sprechen über Beobachtung.

Stellen Sie sich vor, ich habe gerade einen Stein in einen Teich geworfen und ich frage Sie, können Sie die Welle sehen, die er erzeugt? Sie sagen, ja, natürlich, warum Ich sage, nein, du hast nicht wirklich die ganze Welle gesehen. Sie haben nur gesehen, was Sie aus Ihrer Position und Ihrem Blickwinkel gesehen haben. Und hast du die Welle gesehen? Oder ist es nur ein Bild der Welle, die in Ihrem Kopf ist? Woher wissen Sie sogar , dass dieses Bild eine genaue Reflexion der tatsächlichen Welle ist? Tatsächlich wissen wir, dass unser Auge eine Grenze für sein Auflösungsvermögen und seine Empfindlichkeit hat.

Sie haben also keine Welle gesehen. Sie haben gerade etwas gesehen, was wir beide tun call eine „Welle“ auf Englisch. Das Wort ist lediglich ein Verweis auf die Entität, nicht auf die Entität selbst. Sie könnten fragen, ob es möglich ist, eine zu beobachten Entität direkt und nicht durch ein Zwischeninstrument wie unseren Augapfel? Aber was ist wirklich „direkt“? Wenn Ihr Verstand es irgendwie kann Berühre die Welle (womit darf ich fragen?), ist es genug für dich? Oder ist dein Geist selbst nur ein Instrument, mit dem du mit der Welt interagierst?

Wie auch immer, das taucht direkt in die Tiefe ein Ende der Philosophie , obwohl Sie das irgendwie beantworten müssen, bevor Sie genau genug angeben können, was Sie unter „beobachten“ verstehen. .

Was wäre, wenn wir uns beide einig wären, dass es eine Welle gab, und Ich frage dich dann, wie ist die Position der Welle? Und du starrst mich verständnislos an. Aber das könnte die gleiche Frage sein, die Sie versucht wären, nach einem Elektron zu fragen. Was ist, wenn dem Elektron tatsächlich eine zugrunde liegende Realität vorliegt, die eher seiner Wellenfunktion entspricht als einem einzelnen Punkt im Raum? Haben Sie auch nur den geringsten Beweis dafür, dass es sich eher um einen Punkt handelt? Nein.

Man könnte sagen, nehmen wir den höchsten Punkt eines Wassermoleküls (vorausgesetzt, es ist ausreichend punktförmig) als Position. Wenn ja, dann wird es überhaupt keine schönen Eigenschaften haben und würde zufällig um den Teich springen. Eine bessere Idee wäre, den Durchschnitt Position der Wassermoleküle, die über dem durchschnittlichen Wasserspiegel des Teichs liegen. Dann können wir „sehen“, dass sie sich mehr oder weniger zusammen mit dem Kamm in Richtung der Welle bewegen. Wir können sogar Berühren Sie den Wellenberg, wenn er vorbeigeht. Dies bedeutet, dass wir die Position so definieren können, wie sie auf diese Weise definiert wurde. Hier besteht eine gewisse Unsicherheit, ähnlich der Unsicherheit, die Sie beim Messen der Position eines klassischen Wellenpakets oder beim Messen der Position sehen eines Teilchens (Heisenbergs Unsicherheitsprinzip) in dem Sinne, dass wir trotz der Definition der Position einer Teichwelle (unter der Annahme punktförmiger Wassermoleküle oder allgemeiner einer Massendichtefunktion für das Wasser) nicht einmal klassisch messen können es genau, weil alles, was wir tun, die Welle stören wird.

Ebenso können wir de Feingeschwindigkeit der Welle als Fluss, der durchschnittliche Fluss des Wassers (entsprechend der zeitlichen Entwicklung der Massendichtefunktion). Wie bei der Position können wir die Geschwindigkeit nicht einmal klassisch genau messen, ohne sie zu ändern.

Jetzt könnten wir das Problem anders umgehen. Anstatt zu versuchen, die gesamte Welle auf einmal zu beobachten, wiederholen wir den Steinwurf viele Male und jedes Mal beobachten wir nur einen kleinen Teil der Welle. Jetzt, da wir skeptisch sind, werden wir uns natürlich fragen, ob wir wirklich etwas in genau jedes Mal auf die gleiche Weise wiederholen können.Es ist natürlich im Allgemeinen unmöglich, aber wir hoffen, dass es nicht zu wild anders ist.

Genau das haben Wissenschaftler getan, um (in diesem Sinne) die Wellenfunktion eines Elektrons zu beobachten. Es wurde vor sehr langer Zeit gemacht, und ich kenne die Geschichte nicht, aber angeblich war IBM einer der ersten, der Verunreinigungsmoleküle auf einer Metalloberfläche anordnete und dann ein Rastertunnelmikroskop zur Abbildung der Elektronendichte verwendete. Sie haben einige Bilder hier , einschließlich des bekannten Quantenkorrals:

( http://researcher.watson.ibm.com/researcher/files/us-flinte/stm16.jpg )

Ich weiß nicht, ob sie die Rohdaten bearbeitet haben (sehr wahrscheinlich, als ich sie bearbeitet habe, bevor ich sie bearbeiten musste, um Rauschen und Artefakte von der unvollständigen STM-Spitze zu entfernen). Es gibt andere Bilder im Internet wie:

( http://nisenet.org/catalog/media/scientific_image_-_quantum_corral_top_view )

Aber natürlich sind alle Farb- oder 3D-Effekte in STM-Bildern computergeneriert. Kürzlich (2013) haben einige behauptet, Atomorbitale abbilden zu können, wie zum Beispiel:

( http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/23/quantum-microscope-peers-into-the-hydrogen-atom )

Denken Sie jedenfalls daran, dass Analogien zusammenbrechen und sehr Wenig über Elektronen und andere Teilchen hat sogar ein vage analoges Phänomen mit Wasser in einem Teich. Die Analogie bestand lediglich darin, Sie dazu zu bringen, zweimal über die allgemeine Annahme nachzudenken, dass ein Partikel eine Punktposition hat.

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• Aber warten Sie, dann Alles, was bewegt (klassisch und quantenmäßig), hat ‚ keine bestimmte Position? Wir messen die Position von Dingen sicherlich makroskopisch, oder meinen Sie damit, dass wir alles nur mit einer bestimmten Genauigkeit messen können, aber dennoch als ‚ unsicher ‚ ‚? Ich ‚ konzentriere mich auf Ihren letzten Punkt bezüglich der allgemeinen Annahme.
• @whatwhatwhat: Meiner Meinung nach befindet sich zu keinem Zeitpunkt ein Partikel an einem einzelnen Punkt im Raum , unabhängig davon, ob es sich bewegt oder nicht ‚ nicht bewegt. Dies steht im Einklang mit einigen Interpretationen der Quantenmechanik und steht nicht vor dem Problem des Wellenfunktionskollapses, das einige andere Interpretationen erfordern. Nur weil ein Partikel an einem lokalisierten Ort auf einen Bildschirm zu treffen scheint, heißt das nicht, dass es sich überhaupt an einem einzigen Punkt befand! Warum hat das jemand angenommen?
• @whatwhatwhat: Was Sie messen, ist niemals ein Partikel selbst. Sie versuchen, ‚ ‚ einen Effekt auf die makroskopische Ebene zu vergrößern, die Sie beobachten können. Dabei werden Sie mit dem Problem konfrontiert, dass Ihr Vergrößerungsmechanismus das Partikel beeinflusst, sodass Sie niemals dasselbe Partikel in dem Zustand beobachten können, in dem Sie es zweimal möchten. Normalerweise müssen Sie diesen Effekt also viele Male replizieren (Sie hoffen) und viele Partikel messen, die sich in dem gewünschten Zustand befinden (sollen), und dann eine Verteilung erhalten, was mit dem Doppelspaltexperiment und dem Bilder in meiner Antwort.

Nach dem Standardmodell hat das Elektron kein Ausmaß; ein Radius von Null. Als solches könnte ein solches Teilchen niemals beobachtet werden (da es nicht wirklich da ist …), sondern nur indirekt, beispielsweise durch die Wirkung seines elektrischen Feldes auf andere Teilchen oder Objekte.

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• Ihre Idee hat mich in erster Linie beim Schreiben dieser Frage beeinflusst. ‚ Wundern Sie sich nicht, dass wir vielleicht nur denken, dass es nicht wirklich da ist, weil wir ‚ es nicht richtig beobachten können? Ich weiß, dass sie sagen, die Quantenwelt sei kontraintuitiv, aber was ist, wenn diese verrückte Erklärung nur deshalb ist, weil wir noch nicht die geeigneten Werkzeuge haben, um etwas anderes zu bestimmen? Zum Beispiel – Pluto. Wir waren uns so sicher, dass es ein Planet war, bis wir das Gegenteil bewiesen haben. Für Konzepte wie das von Ihnen erwähnte erinnere ich mich an Pluto und denke, ‚ ‚ diese Idee ist wahr … soweit wir wissen. ‚ ‚
• Welche Idee ??????
• @whatwhatwhat Während die Idee, dass wissenschaftliche Anhänger gute Theorien als absolute Tatsache intonieren, richtig ist, ist Ihr Beispiel schlecht. Die Theorie von Galen ‚, dass Menschen einen gespaltenen Kieferknochen hatten, ist beispielsweise besser.
• Ich persönlich ‚ t wie die Vorstellung eines Elektrons als Punktteilchen (erzeugt seltsame Unendlichkeiten usw.) gegen nur etwas sehr, sehr Kleines. Ich weiß nicht ‚, warum das Standardmodell dies wiederum aufgrund des Unendlichkeitsproblems akzeptiert, aber anscheinend wird die Auswahl eines Radius als etwas sehr, sehr Kleines als anders angesehen als die Auswahl eines Radius von 0.
• @jiminion würde nicht ‚ ein Radius von Null bedeuten, dass die indirekten Effekte, die wir sehen, aus dem Nichts erzeugt werden?

Es ist nicht ganz richtig, dass es nicht beobachtet werden kann. Es kann und hat. Beobachtung ist jedoch nur ein kleiner Aspekt des Phänomens von Elektronen.

Während es sofort beobachtet werden kann, kann es nicht sowohl bestimmt werden, wo es sich befindet, als auch seine Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit eines Elektrons kann beobachtet werden, jedoch nicht, wenn seine Position bekannt ist. Die Position eines Elektrons kann beobachtet werden, aber nicht mit Kenntnis seiner Geschwindigkeit.

Das oft gezeigte Beispiel dafür in Ingenieur- und Physikklassen im Bild eines Pfeils im Wald. Sie können deutlich sehen, wo es ist, aber aus einem Bild Auf dem Pfeil können Sie nicht sagen, wie schnell es geht.

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• Nun, für den Umfang dieser Frage habe ich ‚ interessiert mich dann nur für seine Position.
• Aber was über ein Pferd, das auf einer Rennstrecke läuft? Wir können seine Position um die Strecke mit Markern messen und die Geschwindigkeit kann mit einer Geschwindigkeitskanone gemessen werden. Angenommen, ‚ rennt das Pferd an meiner Geschwindigkeitskanone vorbei und zeichnet eine Geschwindigkeit auf. Zur gleichen Zeit, in der meine Waffe es aufzeichnet, mache ich ein Bild von der Position des Pferdes ‚ relativ zu den Markierungen. Hätte das zu einem bestimmten Zeitpunkt sowohl die Geschwindigkeit als auch die Position des Pferdes erfolgreich gemessen?
• @whatwhatwhat – Ich denke, Sie finden hier mehr zu diesem Thema: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle als das, was ich bereitstellen kann.

Gemäß relationalem QM könnte ein anderer Beobachter eines Elektrons einfach ein anderes Elektron sein; sagen Sie ein anderes Elektron, das es abgestoßen hat.

Dies bedeutet, dass ständig Beobachtungen von Elektronen gemacht werden; nur nicht von uns.

Aber ich denke, das ist nicht das Gefühl, zu beobachten , das Sie in Ihrer Frage verwenden. Dies scheint die direkte Beobachtung durch das menschliche Auge zu sein.

Sobald wir jedoch kein Bakterium mehr sehen konnten; und jetzt können wir sie durch ein Mikroskop sehen; Niemand sagt, dass sie nicht da sind.

Vielleicht gilt das Gleiche eines Tages für Elektronen.