Perché ' non può essere osservato un elettrone?

Definisci ” osserva ”

Il Webster , le opzioni per la scienza sono:

a: osservare attentamente soprattutto con attenzione ai dettagli o al comportamento allo scopo di giungere a un giudizio

b: per fare unosservazione scientifica su o di

E su ” osservazione :

a: un atto di riconoscimento e annotazione di un fatto o di un evento che spesso implica la misurazione con strumenti

b: un record o una descrizione così ottenuto

Come osserviamo una nuvola? La luce del sole disperde lH2O della nuvola e colpisce i nostri occhi. Per osservarlo scientificamente si scattano foto o video per studiarne levoluzione temporale. La nuvola nel video ” osserva una nuvola “?

Ecco una camera a bolle immagine di un elettrone :

Lelettrone ha disperso gli atomi nella camera ionizzandoli e le bolle si sono formate dove si trovavano gli ioni. Sta girando nel campo magnetico imposto e sta perdendo energia dagli scatter. In contrasto con limmagine della nuvola, non è la luce che disperde loggetto, ma loggetto disperde la materia e la luce di quel percorso viene registrata. È un percorso più complicato verso unimmagine, ma cè ancora una corrispondenza uno a uno delloggetto chiamato elettrone, con limmagine che chiamiamo osservazione.

Si noti che per le dimensioni della camera a bolle bolle (micron) e la quantità di moto dellelettrone nellimmagine, alcuni MeV / c , soddisfano il Heisenberg Principio di incertezza, e quindi allinterno di queste dimensioni lelettrone può essere considerato nella sua forma come una ” particella ” meccanica quantistica, con attributi di una particella classica.

Inoltre ” vediamo ” elettroni direttamente in scintille , i nostri occhi e il nostro cervello non sono attrezzati per vedere la luce chiaramente come la luce riflessa dalla nuvola, ma questa è una limitazione della nostra biologia, i nostri strumenti possono.

Quindi penso che laffermazione sia vuota.

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Pensi che sarebbe mai possibile creare qualcosa che funzioni come una fotocamera per scattare unistantanea di un singolo elettrone

Ho cercato in rete e è stato fatto.

video allindirizzo https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU

Ora è possibile vedere un film di un elettrone. Il film mostra come un elettrone cavalca su unonda luminosa dopo essere stato appena allontanato da un atomo. Questa è la prima volta che un elettrone viene filmato e i risultati sono presentati nellultimo numero di Physical Review Letters.

Così è stato fatto, anche se il video è rallentato in modo da poter vedere il percorso.

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• I commenti non sono per discussioni estese; questa conversazione è stata spostata nella chat .

Il concetto di” osservazione diretta “è complicato nella filosofia della scienza. È il ponte accettato tra la teoria scientifica e la verità e attraversa acque molto fangose.

Considera questa profonda affermazione: non abbiamo la prova che gli elettroni esistano. Zero. Nada.Quello che facciamo abbiamo sono molti modelli teorici che includono il concetto di un elettrone che fa un lavoro straordinariamente buono nel prevedere come si comportano le cose. In filosofia, questo è il divario tra ontologia (la discussione di ciò che il mondo è ) ed epistemologia (la discussione di ciò che possiamo sapere del mondo).

Ora questo è probabilmente il punto di vista più pedante che si possa scegliere. Non sentirai quasi mai uno scienziato scegliere di parlare in questo modo. Perché? Beh, alcuni dei nostri modelli fanno un lavoro così strabiliante nel prevedere cose che tendiamo a farci piacere affermare semplicemente che “sono” realtà “.

Come facciamo questa affermazione? Se il modello prevede qualcosa che possiamo “osservare direttamente” usando i nostri occhi, le orecchie e le mani, allora presumiamo che sia “reale”. Lidea che gli organismi unicellulari facciano andare a male il cibo era solo unosservazione indiretta fino a quando qualcuno ha inventato il microscopio e ci ha fatto guardare con i nostri due bulbi oculari. A livello filosofico, “benediciamo” le osservazioni fatte con i nostri sensi, per nessun motivo diverso dal fatto che è davvero difficile fare qualsiasi progresso se non ci fidiamo di nulla.

Prendi lidea di piegare lo spaziotempo. Abbiamo tutti sentito parlare della teoria di Einstein secondo cui la massa piega lo spaziotempo e questo causa la gravità più ogni sorta di altri divertenti effetti relativistici. Tuttavia, piegare lo spaziotempo è solo un Non ci sono prove che lo spaziotempo effettivamente si pieghi, solo che se si modella lo spaziotempo come flessione, si ottengono previsioni tipicamente buone su ciò che accadrà.

Quindi non abbiamo benedizioni microscopio che può ingrandire abbastanza da vedere un elettrone. Questo da solo è sufficiente per affermare che nessuno ha “osservato direttamente” un elettrone. Se uno osa dilettarsi nella meccanica quantistica, il mondo diventa ancora più strano. A causa di tutti i tipi di effetti divertenti che probabilmente esulano dallo scopo della tua domanda, il concetto di “osservare un elettrone” diventa piuttosto confuso. La meccanica quantistica prevede cosa accadrà nelluniverso in un modo che rende la frase “osservare un elettrone” fastidiosa e difficile da quantificare realmente. Se davvero la Meccanica Quantistica descrive come il mondo “funziona davvero”, allora il concetto di osservare un elettrone potrebbe essere effettivamente impossibile a causa dei comportamenti statistici del collasso della forma donda quantistica.

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• Non abbiamo nemmeno la prova che chi legge questa frase sia un essere umano. Non ‘ penso che ‘ sia giusto aspettarsi una prova nel senso assoluto di essere necessariamente valida. Anche in matematica una dimostrazione è relativa a un sistema formale e non può raggiungere il livello di verità platonica (qualunque essa sia). Come dici tu, il punto è solo rendersi conto che qualunque strumento usiamo per osservare qualcosa, che sia il nostro occhio o qualcosaltro, non mettiamo direttamente le nostre mani mentali sullelettrone stesso ma otteniamo solo evidenza indiretta attraverso i nostri strumenti. A volte vediamo persino stelle quando non ce ne sono.
• @ user21820 Che sia ” equo ” o meno, è un limite fondamentale riconosciuto della scienza (anzi del pensiero empirico in generale). Se si desidera discutere cosa significa ” osservare ” qualcosa, dobbiamo ammettere cosa significa in realtà ” osserva ” qualcosa e questo include questioni filosofiche al centro del processo. Altrimenti, ci si sbaglia sempre su cosa significhi ” osservare ” qualcosa, e domande come questa sorgono, e sembra che non lo siano mai bloccato perché si sta scegliendo di ignorare cosa significa ” osservare “. Grandi menti della filosofia della scienza, come Popper e …
• … e Kuhn, hanno affrontato questa sfida e senza abduction (il termine filosofico per decidere che lipotesi più probabile è in realtà vero), la scienza rimane sempre esattamente a un passo dalla verità. Questa non è ‘ una brutta cosa. Amo ciò che la scienza può effettivamente fare e ci faccio affidamento abbastanza spesso. Ma spazzare via le questioni filosofiche alla radice è pericoloso quanto spazzare via le questioni filosofiche alla radice della matematica, o la radice della religione. ‘ è come insegnare a un soldato, ” quando premi il grilletto, la pistola spara, ” e non considerando …
• .. i casi in cui la pistola non spara, perché si inceppa, e il soldato deve sbloccarla per continuare. Cè ‘ una ragione per cui i militari insegnano ai soldati come smontare il fucile sul campo mentre sono sotto stress da combattimento.
• Non ho la prova che esisti #solipsismo

Niente è osservato senza qualche processo fisico che “esegue” losservazione. Gli occhi non vedono passivamente – sono enormi siti di collisione per innumerevoli bombardamenti di fotoni, i pixel della fotocamera (o pigmenti fotosensibili) non reagiscono passivamente alla luce, devono essere violentemente colpiti da migliaia di singoli fotoni.

È come essere in una macchina, in una stanza buia piena di piume: come puoi, senza lasciare lauto, sentire che le piume ci sono? Se sei entrato in una nuvola di piume a 200 mph , potresti sentire qualcosa mentre colpisce il parabrezza, se ascolti molto attentamente …

È lo stesso anche per singole particelle come un elettrone – come puoi percepire qualcosa che è più leggero e più delicato che altro intorno ad esso?

Come lauto e le piume, solo colpendo abbastanza violentemente una cosa nellaltra puoi inferire indirettamente lesistenza delluna o dellaltra.

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• Un ottimo esempio.

Vorrei fornire un vaga analogia per illustrare i problemi nel parlare dellosservazione.

Immagina di aver appena gettato un sasso in uno stagno e ti chiedo: riesci a vedere londa che fa? Tu dici, sì, certo, perché ? Dico, no, non hai davvero visto tutta londa. Hai visto solo quello che hai visto dalla tua posizione e angolazione. Ed è quello che hai visto londa? O è solo un immagine dellonda che hai in mente? Come fai a che quellimmagine è un riflesso accurato dellonda reale? Infatti sappiamo che il nostro occhio ha un limite al suo potere risolutivo e alla sua sensibilità.

Quindi non hai visto nessuna onda. Hai appena visto qualcosa che entrambi facciamo chiama “onda” in inglese. La parola è semplicemente un riferimento allentità, non allentità stessa. Potresti chiedere se è possibile osservare un entità direttamente e non tramite alcun strumento come il nostro bulbo oculare? Ma cosè veramente “direttamente”? Se la tua mente può in qualche modo tocca londa (con cosa, posso chiedere?), ti basta? O la tua stessa mente è solo uno strumento che usi per interagire con il mondo?

Comunque che si tuffa direttamente nel profondo fine della filosofia , anche se “dovrai in qualche modo rispondere prima di poter specificare con sufficiente precisione cosa intendi per” osservare ” .

Daltra parte, cosa succederebbe se entrambi fossimo daccordo che cè stata unonda, e Allora ti chiedo, qual è la posizione dellonda? E mi fissi con sguardo assente. Ma questa potrebbe essere la stessa domanda che saresti tentato di porre su un elettrone. E se lelettrone avesse davvero una realtà sottostante che corrisponde più da vicino alla sua funzione donda piuttosto che a un singolo punto nello spazio? Hai anche la minima prova che sia più simile a un punto? No.

Si potrebbe dire, prendiamo il punto più alto di una molecola dacqua (assumendo che sia sufficientemente puntiforme) come posizione. Se è così, allora non avrà nessuna proprietà piacevole e salterebbe casualmente intorno allo stagno. Unidea migliore sarebbe quella di prendere la media posizione delle molecole dacqua che sono al di sopra del livello medio dellacqua dello stagno. Quindi possiamo “vedere” che si muove nella direzione dellonda più o meno insieme alla cresta. Possiamo anche toccare la cresta dellonda mentre passa, il che significa che possiamo stimare la posizione come definita in questo modo. Cè qualche incertezza qui, non diversamente dallincertezza che si vede nella misurazione della posizione di un pacchetto donda classico o nella misurazione della posizione di una particella (principio di indeterminazione di Heisenberg), nel senso che nonostante la posizione dellonda di uno stagno sia ben definita (assumendo molecole dacqua puntiformi o più in generale una funzione di densità di massa per lacqua), non possiamo nemmeno misurare classicamente accuratamente perché qualsiasi cosa facciamo interromperà londa.

Allo stesso modo, possiamo de velocità fine dellonda come flusso, flusso medio dellacqua (secondo levoluzione della funzione di densità di massa nel tempo). Come per la posizione, non possiamo nemmeno misurare la velocità in modo classico senza cambiarla.

Ora, potremmo aggirare il problema in un altro modo. Invece di cercare di osservare tutta londa in una volta, ripetiamo il lancio di pietre molte volte e ogni volta osserviamo solo una piccola parte dellonda. Naturalmente, ora che siamo scettici ci chiederemo se possiamo davvero ripetere qualcosa in esattamente nello stesso modo ogni volta.Ovviamente è impossibile in generale, ma speriamo che non sia troppo diverso.

Questo è esattamente ciò che gli scienziati hanno fatto per osservare (in questo senso) la funzione donda di un elettrone. È stato fatto molto tempo fa, e non conosco la storia, ma presumibilmente lIBM è stata una delle prime a disporre le molecole di impurità su una superficie metallica e poi a utilizzare un microscopio a scansione a tunnel per visualizzare la densità elettronica. Hanno alcune immagini qui , incluso il noto corral quantistico:

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

Non so se hanno modificato i dati grezzi (molto probabilmente, quando lho fatto prima ho dovuto modificare per rimuovere il rumore e gli artefatti dalla punta STM imperfetta). Ci sono altre immagini su Internet come:

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

Ma ovviamente tutti gli effetti a colori o 3D nelle immagini STM sono generati dal computer. Recentemente (2013), alcuni hanno affermato di essere in grado di visualizzare orbitali atomici, come:

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

Ricorda comunque che le analogie si rompono e molto poco sugli elettroni e altre particelle ha anche un fenomeno vagamente analogo con lacqua in uno stagno. Lanalogia era semplicemente quella di farti riflettere due volte sullipotesi comune che una particella abbia una posizione punto.

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• Ma aspetta, allora allora tutto ciò che si muove (classico e quantistico) non ‘ ha una posizione definita? Certamente misuriamo la posizione delle cose in modo macroscopico, o vuoi dire che possiamo misurare solo qualsiasi cosa fino a un certo livello di precisione ma verremmo comunque classificati come ‘ ‘ incerto ‘ ‘? Mi ‘ mi sto concentrando sul tuo ultimo punto sul presupposto comune.
• @whatwhatwhat: Secondo me, nessuna particella risiede in un singolo punto nello spazio in qualsiasi momento , indipendentemente dal fatto che si muova o non ‘ t. Ciò è coerente con alcune delle interpretazioni della meccanica quantistica e non affronta il problema del collasso della funzione donda che alcune altre interpretazioni richiedono. Solo perché una particella sembra colpire uno schermo in unarea localizzata non significa affatto che fosse in un unico punto! Perché qualcuno lo presume?
• @ what what what: ciò che misuri non è mai una particella in sé. Cerchi di ‘ ingrandire ‘ un effetto a livello macroscopico che puoi osservare. In tal modo affronterai il problema del tuo meccanismo di ingrandimento che influenza la particella, quindi non potrai mai osservare la stessa particella nello stato in cui lo desideri due volte. Quindi di solito è necessario replicare quelleffetto molte volte (si spera) e misurare molte particelle che si trovano (si suppone siano) nello stato particolare che si desidera, e quindi ottenere una distribuzione, che è ciò che accade con lesperimento della doppia fenditura e il immagini nella mia risposta.

Secondo il Modello Standard, lelettrone non ha estensione; un raggio di zero. In quanto tale, una tale particella non potrebbe mai essere osservata (poiché non è realmente lì …) ma solo indirettamente osservata, ad esempio, dalleffetto del suo campo elettrico su altre particelle o oggetti.

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• La tua idea ha influenzato la mia scrittura di questa domanda in primo luogo. Non ‘ ti chiedi che forse pensiamo solo che non sia realmente lì perché non possiamo ‘ osservarlo correttamente? So che dicono che il mondo quantistico è controintuitivo, ma cosa succederebbe se questa spiegazione stravagante fosse solo perché non abbiamo ancora gli strumenti appropriati per determinare il contrario? Ad esempio – Plutone. Eravamo così sicuri che fosse un pianeta finché non abbiamo dimostrato il contrario. Per concetti come quello che hai menzionato, ricordo Plutone e penso che ‘ ‘ questa idea sia vera …. per quanto ne sappiamo sapere. ‘ ‘
• Quale idea ??????
• @ what whatwhat mentre lidea dei parassiti scientifici che intonano buone teorie come fatti assoluti è corretta, il tuo esempio è cattivo. La teoria di Galen ‘ secondo cui gli esseri umani avevano una mascella divisa è migliore, ad esempio.
• Personalmente, non ‘ t come la nozione di un elettrone come particella puntiforme (crea strani infiniti, ecc.) rispetto a qualcosa di molto, molto piccolo. Non ‘ non so perché il modello standard lo accetti, sempre a causa del problema dellinfinito, ma apparentemente selezionare un raggio come qualcosa di molto, molto piccolo è considerato diverso dalla selezione di un raggio di 0.
• @jiminion non ‘ un raggio di zero significherebbe che gli effetti indiretti che vediamo vengono creati dal nulla?

Non è del tutto esatto che non possa essere osservato. Può, e lo è. Tuttavia, losservazione è solo un piccolo aspetto del fenomeno elettroni.

Sebbene possa essere osservato istantaneamente, non può essere determinato né dove si trova né la sua velocità. La velocità di un elettrone può essere osservata, ma non conoscendo la sua posizione. La posizione di un elettrone può essere osservato, ma non conoscendone la velocità.

Lesempio spesso mostrato nelle lezioni di ingegneria e fisica nellimmagine di una freccia nella foresta. Puoi vedere chiaramente dove si trova, ma da unimmagine della freccia, non puoi dire a che velocità sta andando.

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• Bene per lo scopo di questa domanda io ‘ Mi interessa solo la sua posizione allora.
• Ma cosa su un cavallo che corre su una pista? Possiamo misurare la sua posizione attorno al tracciato usando dei marker e la velocità può essere misurata con un speed gun. Diciamo che ‘ il cavallo supera la mia mitragliatrice e registra una velocità. Nello stesso momento in cui la mia pistola lo registra, scatto una foto della posizione del cavallo ‘ rispetto ai marker. Avrebbe misurato con successo sia la velocità che la posizione del cavallo in un dato momento?
• @ what what what – Penso che troverai di più su questo argomento qui: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle rispetto a quello che posso fornire.

Secondo il QM relazionale , un altro osservatore di un elettrone potrebbe essere semplicemente un altro elettrone; diciamo un altro elettrone che lha respinto.

Ciò significa che le osservazioni vengono fatte di elettroni tutto il tempo; solo non da noi.

Ma questo, penso, non è il senso di osservare che stai usando nella tua domanda; che sembra essere losservazione diretta dellocchio umano.

Tuttavia, una volta non potevamo vedere il batterio; e ora possiamo vederli al microscopio; nessuno dice che “loro” non ci sono.

Forse un giorno lo stesso accadrà per gli elettroni.