Pourquoi ' t un électron peut-il être observé?

Définir  » observer  »

Le Webster , les options pour la science sont:

a: à surveiller attentivement, en particulier en accordant une attention aux détails ou au comportement dans le but darriver à un jugement

b: pour faire une observation scientifique sur ou sur

Et sur  » observation :

a: un acte de reconnaissance et de constatation dun fait ou dune occurrence impliquant souvent une mesure avec des instruments

b: un enregistrement ou une description ainsi obtenu

Comment observer un nuage? La lumière du soleil diffuse le H2O du nuage et frappe notre œil. Pour lobserver scientifiquement, on prend des photos, ou des vidéos pour étudier son évolution dans le temps. Le nuage sur la vidéo  » observe-t-il un nuage « ?

Voici une chambre à bulles image dun électron :

Lélectron a dispersé des atomes dans la chambre en les ionisant et les bulles se forment là où se trouvaient les ions. Il tourne dans le champ magnétique imposé et perd de lénergie des diffusions. Contrairement à limage du nuage, ce nest pas la lumière qui se disperse sur lobjet, mais lobjet se disperse sur la matière et la lumière de ce chemin est enregistrée. Cest un chemin plus compliqué vers une image, mais il y a toujours une correspondance un à un de lobjet appelé électron, avec limage que nous appelons observation.

Veuillez noter que pour les dimensions de la chambre à bulles bulles (microns) et la quantité de mouvement de lélectron dans limage, quelques MeV / c , satisfont le Heisenberg Principe dincertitude, et donc à lintérieur de ces dimensions, lélectron peut être considéré sous sa forme comme une  » particule  » de mécanique quantique, avec les attributs dune particule classique.

Nous  » voyons  » électrons directement dans des étincelles , nos yeux et notre cerveau ne sont pas équipés pour voir la lumière aussi clairement que la lumière réfléchie par le nuage, mais cest une limitation de notre biologie, nos instruments le peuvent.

Je pense donc que la déclaration est vide.

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Pensez-vous quil serait jamais possible de faire quelque chose qui fonctionne comme une caméra pour prendre un instantané dun seul électron

Recherche sur le net et a été fait.

vidéo à https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU

Maintenant il est possible de voir un film dun électron. Le film montre comment un électron chevauche une onde lumineuse après avoir simplement été éloigné dun atome. Cest la première fois quun électron est filmé et les résultats sont présentés dans le dernier numéro de Physical Review Letters.

Cela a été fait, même si la vidéo est ralentie pour que lon puisse voir le chemin.

Commentaires

• Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie; cette conversation a été déplacée vers le chat .

Le concept d  » observation directe « est délicat dans la philosophie des sciences. Cest le pont accepté entre la théorie scientifique et la vérité, et il va sur des eaux très boueuses.

Considérez cette affirmation profonde: nous navons aucune preuve que les électrons existent. Zéro. Nada.Ce que nous faisons , ce sont de nombreux modèles théoriques qui incluent le concept délectron qui font un travail remarquablement bon pour prédire comment les choses se comporteront. En philosophie, cest le fossé entre lontologie (la discussion sur ce quest le monde est ) et lépistémologie (la discussion sur ce que nous pouvons savoir sur le monde).

Cest probablement le point de vue le plus pédant que lon puisse choisir. Vous nentendrez presque jamais un scientifique choisir de parler de cette façon. Pourquoi? Eh bien, certains de nos modèles font un si bon travail époustouflant de prédire des choses que nous avons tendance à aimer pour simplement prétendre quelles « sont » la réalité « .

Comment pouvons-nous faire cette affirmation? Si le modèle prédit quelque chose que nous pouvons «observer directement» en utilisant nos propres yeux, oreilles et mains, alors nous présumons que cest «réel». Lidée que les organismes unicellulaires font que la nourriture se détériore nétait quune observation indirecte jusquà ce que quelquun invente le microscope et nous laisse regarder avec nos propres deux globes oculaires. Au niveau philosophique, nous «bénissons» les observations faites avec nos propres sens, pour aucune autre raison que cest vraiment difficile de faire aucun progrès si nous ne faisons confiance à rien.

Prenons l’idée de plier l’espace-temps. Nous avons tous entendu parler de la théorie d’Einstein selon laquelle la masse plie l’espace-temps, ce qui entraîne la gravité ainsi que toutes sortes d’autres effets relativistes amusants. Il ny a aucune preuve que lespace-temps en fait se plie, juste que si lon modélise lespace-temps comme une flexion, on obtient de bonnes prédictions sur ce qui va se passer.

Donc, nous navons pas de chance microscope qui peut grossir suffisamment pour voir un électron. Cela suffit à lui seul pour affirmer que personne na «observé directement» un électron. Si lon ose se lancer dans la mécanique quantique, le monde devient encore plus étrange. En raison de toutes sortes deffets amusants qui sont probablement au-delà de la portée de votre question, le concept «dobserver un électron» devient lui-même assez confus. La mécanique quantique prédit ce qui se passera dans lunivers dune manière qui rend lexpression «observer un électron» gênante et difficile à vraiment quantifier. Si en effet la mécanique quantique décrit comment le monde « fonctionne vraiment », alors le concept dobservation dun électron peut en fait être impossible en raison des comportements statistiques de leffondrement de la forme donde quantique.

Commentaires

• Nous navons aucune preuve que quiconque lit cette phrase soit un être humain non plus. Je ne ‘ ne pense pas que ‘ s est juste d’attendre une preuve dans le sens absolu d’être nécessairement valide. Même en mathématiques, une preuve est relative à un système formel et ne peut pas atteindre le niveau de vérité platonique (quelle quelle soit). Comme vous le dites, il sagit simplement de réaliser que quel que soit linstrument que nous utilisons pour observer quelque chose, que ce soit notre œil ou autre chose, nous nobtenons pas directement nos mains mentales sur lélectron lui-même, mais seulement preuves indirectes grâce à nos instruments. Parfois, nous voyons même des étoiles lorsquil ny en a pas.
• @ user21820 Que ce soit  » fair  » ou non, cest une limite fondamentale reconnue de la science (voire de la pensée empirique en général). Si lon souhaite discuter de ce que signifie  » observer  » quelque chose, nous devons admettre ce que cela signifie réellement  » observer  » quelque chose, et cela inclut des questions philosophiques au cœur du processus. Sinon, on se trompe toujours sur ce que signifie  » observer  » quelque chose, et des questions comme celle-ci se posent et ne semblent jamais battu parce que lon choisit dignorer ce que signifie réellement  » observer « . Les grands esprits de la philosophie des sciences, comme Popper et …
• … et Kuhn, ont été aux prises avec ce défi, et sans enlèvement (le terme philosophique pour décider que lhypothèse la plus probable est en fait vrai), la science reste toujours exactement à un pas de la vérité. Ce nest pas ‘ t une mauvaise chose. Jaime ce que la science peut réellement faire et jy compte assez souvent. Mais écarter à la main les questions philosophiques à sa racine est aussi dangereux que de soulever les questions philosophiques à la racine des mathématiques ou à la racine de la religion. Cela ‘ sapparente à enseigner à un soldat,  » lorsque vous appuyez sur la gâchette, le pistolet tirera,  » et ne pas considérer …
• .. les cas où larme ne tire pas, car elle se bloque, et le soldat doit la débloquer pour continuer. Il y a ‘ une raison pour laquelle les militaires apprennent aux soldats comment enlever leur fusil sur le terrain lorsquils sont sous le stress du combat.
• Je nai aucune preuve de votre existence #solipsisme

Rien nest observé sans un processus physique « exécutant » lobservation. Les yeux ne voient pas passivement – ce sont dénormes sites de collision pour dinnombrables bombardements de photons, les pixels des caméras (ou les pigments photosensibles) ne réagissent pas passivement à la lumière, ils doivent être violemment pilonnés par des milliers de photons individuels.

Cest comme être dans une voiture, dans une pièce sombre pleine de plumes – comment pouvez-vous, sans quitter la voiture, sentir que les plumes sont là? Si vous avez conduit dans le nuage de plumes à 200 mph , vous pourriez entendre quelque chose en heurtant le pare-brise, si vous écoutez très attentivement …

Il en va de même pour des particules individuelles comme un électron – comment pouvez-vous sentir quelque chose de plus léger et plus délicat quautre chose autour de lui?

Comme la voiture et les plumes, ce nest quen frappant assez violemment une chose dans lautre que vous pouvez indirectement en déduire lexistence de lune ou de lautre.

Commentaires

• Un très bon exemple.

Permettez-moi de donner un vague analogie pour illustrer les problèmes en parlant dobservation.

Imaginez que je viens de jeter une pierre dans un étang et que je vous demande, pouvez-vous voir la vague que cela fait? Vous dites, oui bien sûr, pourquoi «Je dis, non, vous navez pas vraiment vu toute la vague. Vous navez vu que ce que vous avez vu de votre position et de votre angle. Et cest ce que tu as vu la vague? Ou est-ce simplement une image de la vague qui est dans votre esprit? Comment pouvez-vous savoir que cette image est le reflet précis de la vague réelle? En fait, nous savons que notre œil a une limite sur son pouvoir de résolution et sa sensibilité.

Vous navez donc vu aucune vague. Vous venez de voir quelque chose que nous faisons tous les deux appelle une « vague » en anglais. Le mot est simplement une référence à lentité, et non à lentité elle-même. Vous pourriez vous demander sil est possible dobserver un Entité directement et non par un instrument intermédiaire tel que notre globe oculaire? Mais qu’est-ce vraiment «directement»? Si votre esprit peut en quelque sorte touchez la vague (avec quoi, puis-je demander?), est-ce suffisant pour vous? Ou votre esprit lui-même est-il simplement un instrument que vous utilisez pour interagir avec le monde?

Quoi quil en soit, cela plonge directement dans les profondeurs fin de la philosophie , bien que vous « devrez en quelque sorte répondre à cela avant de pouvoir spécifier assez précisément ce que vous entendez par » observer  » .

Dun autre côté, que se passerait-il si nous étions tous les deux daccord quil y avait une vague, et Je vous demande alors quelle est la position de la vague? Et vous me fixez dun air vide. Mais ce pourrait bien être la même question que vous seriez tenté de poser à propos dun électron. Et si lélectron avait en effet une réalité sous-jacente qui correspond plus étroitement à sa wavefunction quà un seul point dans lespace? Avez-vous même la moindre preuve que cela ressemble plus à un point? Non.

Vous pourriez dire, prenons comme position le point le plus élevé dune molécule deau (en supposant quil soit suffisamment pointu). Si tel est le cas, alors il naura pas du tout de bonnes propriétés et sautera au hasard autour de létang. Une meilleure idée serait de prendre la moyenne position des molécules deau qui sont au-dessus du niveau moyen de leau de létang. On peut alors « voir » quil se déplace plus ou moins en direction de la vague avec la crête. On peut même touchez la crête de londe au fur et à mesure quelle passe, ce qui signifie que nous pouvons en quelque sorte estimer la position telle que définie de cette manière. dune particule (principe dincertitude de Heisenberg), en ce sens que bien que la position dune onde détang soit bien définie (en supposant des molécules deau ponctuelles ou plus généralement une fonction de densité de masse pour leau), on ne peut même pas mesurer de manière classique exactement parce que tout ce que nous faisons va perturber la vague.

De même, nous pouvons vitesse fine de londe comme flux, débit moyen de leau (en fonction de lévolution de la fonction masse volumique dans le temps). Comme pour la position, nous ne pouvons même pas mesurer la vitesse de manière classique avec précision sans la changer.

Maintenant, nous pourrions contourner le problème dune autre manière. Au lieu dessayer dobserver toute la vague à la fois, nous répétons le jet de pierre plusieurs fois, et à chaque fois nous nobservons quune petite partie de la vague. Bien sûr, maintenant que nous sommes sceptiques, nous nous demanderons si nous pouvons vraiment répéter quelque chose dans exactement de la même manière à chaque fois.Cest bien sûr impossible en général mais nous espérons que ce nest pas trop différent.

Cest exactement ce que les scientifiques ont fait pour observer (dans ce sens) la fonction donde dun électron. Cela a été fait il y a très longtemps, et je ne connais pas lhistoire, mais supposément, IBM a été lun des premiers à disposer des molécules dimpureté sur une surface métallique, puis à utiliser un microscope à effet tunnel pour imager la densité électronique. Ils ont quelques images ici , y compris le corral quantique bien connu:

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

Je ne sais pas sils ont édité les données brutes (très probablement, quand je lai fait avant je devais éditer pour supprimer le bruit et les artefacts de la pointe STM imparfaite). Il existe dautres images sur Internet comme:

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

Mais bien sûr, tous les effets de couleur ou 3D dans les images STM sont générés par ordinateur. Récemment (2013), certains ont prétendu pouvoir imager des orbitales atomiques, telles que:

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

Quoi quil en soit, rappelez-vous que les analogies se décomposent, et très peu délectrons et dautres particules a même un phénomène vaguement analogue avec leau dans un étang. Lanalogie était simplement pour vous amener à réfléchir à deux fois à lhypothèse courante quune particule a une position de point.

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• Mais attendez, alors tout ce qui bouge (classique et quantique) na pas ‘ une position définie? Nous mesurons certainement la position des choses de manière macroscopique, ou voulez-vous dire que nous ne pouvons mesurer quoi que ce soit avec un certain niveau de précision mais que nous serions toujours classés comme ‘ ‘ incertain ‘ ‘? Je ‘ me concentre sur votre dernier point concernant lhypothèse commune.
• @whatwhatwhat: À mon avis, aucune particule ne réside en un seul point dans lespace à tout moment , quil se déplace ou ne se déplace ‘ t. Ceci est cohérent avec certaines des interprétations de la mécanique quantique et ne fait pas face au problème de leffondrement de la fonction donde que certaines autres interprétations exigent. Ce nest pas parce quune particule semble frapper un écran dans une zone localisée quelle était en un seul point du tout! Pourquoi quelquun a-t-il supposé cela?
• @whatwhatwhat: Ce que vous mesurez nest jamais une particule elle-même. Vous essayez de ‘ agrandir ‘ un effet au niveau macroscopique que vous pouvez observer. Ce faisant, vous serez confronté au problème de votre mécanisme de grossissement affectant la particule, de sorte que vous ne pourrez jamais observer cette même particule dans létat dans lequel vous le souhaitez. Donc, généralement, vous devez reproduire cet effet plusieurs fois (vous lespérez) et mesurer de nombreuses particules qui sont (supposées être) dans létat particulier que vous voulez, puis obtenir une distribution, ce qui se passe avec lexpérience à double fente et le images dans ma réponse.

Selon le modèle standard, lélectron na pas détendue; un rayon de zéro. En tant que telle, une telle particule ne pourrait jamais être observée (car elle nest pas vraiment là …) mais seulement indirectement observée par, par exemple, leffet de son champ électrique sur dautres particules ou objets.

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• Votre idée a influencé ma rédaction de cette question en premier lieu. Ne ‘ t vous vous demandez peut-être que nous pensons seulement que ce n’est pas vraiment là parce que nous ne pouvons ‘ l’observer correctement? Je sais quils disent que le monde quantique est contre-intuitif, mais que se passe-t-il si cette explication farfelue est uniquement due au fait que nous navons pas encore les outils appropriés pour déterminer le contraire? Par exemple – Pluton. Nous étions si sûrs que cétait une planète jusquà ce que nous prouvions le contraire. Pour des concepts tels que celui que vous mentionnez, je me souviens de Pluton et je pense que ‘ ‘ cette idée est vraie …. pour autant que nous savoir. ‘ ‘
• Quelle idée ??????
• @whatwhat alors que lidée de suspendre scientifiques sur lintonation de bonnes théories comme un fait absolu est correcte, votre exemple est mauvais. La théorie de Galen ‘ selon laquelle les humains ont une mâchoire fendue est meilleure, par exemple.
• Personnellement, je ne ‘ t comme la notion délectron en tant que particule ponctuelle (crée des infinis étranges, etc.) par rapport à quelque chose de très, très petit. Je ‘ ne sais pas pourquoi le modèle standard accepte cela, encore une fois en raison du problème de linfini, mais apparemment sélectionner un rayon comme quelque chose de très, très petit est considéré comme différent de sélectionner un rayon de 0.
• @jiminion ne ‘ quun rayon de zéro signifie que les effets indirects que nous voyons sont créés de nulle part?

Il nest pas tout à fait exact de dire que cela ne peut pas être observé. Cela peut, et la fait. Cependant, lobservation nest quun petit aspect du phénomène de des électrons.

Bien quil puisse être observé instantanément, il ne peut pas être déterminé à la fois où il se trouve et sa vitesse. La vitesse dun électron peut être observée, mais pas en connaissant sa position. La position dun électron peut être observé, mais pas en connaissant sa vitesse.

Lexemple souvent montré de cela dans les cours dingénierie et de physique dans limage dune flèche dans la forêt. Vous pouvez clairement voir où elle se trouve, mais à partir dune image de la flèche, vous ne pouvez pas dire à quelle vitesse il va.

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• Eh bien pour la portée de cette question, je ‘ ne mintéresse alors quà sa position.
• Mais que à propos dun cheval courant sur une piste de course? Nous pouvons mesurer sa position autour de la piste à laide de marqueurs et la vitesse peut être mesurée avec un speed gun. Laissons ‘ dire que le cheval passe devant mon canon de vitesse et enregistre une vitesse. En même temps que mon arme lenregistre, je prends une photo de la position du cheval ‘ par rapport aux marqueurs. Cela aurait-il réussi à mesurer à la fois la vitesse et la position du cheval à un moment donné?
• @whatwhat – Je pense que vous trouverez plus dinformations sur ce sujet ici: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle que ce que je peux fournir.

Selon la QM relationnelle , un autre observateur dun électron pourrait simplement être un autre électron; dites un autre électron qui la repoussé.

Cela signifie que des observations sont faites délectrons tout le temps; mais pas par nous.

Mais ceci, je pense, nest pas le sens de observer que vous utilisez dans votre question; ce qui semble être lobservation directe par lœil humain.

Cependant, une fois, nous navons pas pu voir la bactérie; et maintenant nous pouvons les voir au microscope; Personne ne dit que « s ils » ne sont pas là.

Il en ira peut-être de même pour les électrons, un jour.