Jeg så på et show på Netflix som Neil Degrasse Tyson var vert for, og han nevnte at en av de grunnleggende partiklene vi vet om, elektronet, er noe vi har aldri engang observert direkte . Hvorfor har vi ikke gjort det? Er det umulig? Jeg vet at dette er det enkle svaret på spørsmål, men er det fordi teknologien vår ikke er avansert nok ennå?
Kommentarer
- Se svaret mitt. Det aksepterte svaret er galt fordi: (1) Bildene er ikke bilder av en enkelt partikkel. (2) Den siterte artikkelen snakker tull og sier » Det tar omtrent 150 attosekunder for et elektron å sirkle om atomets kjerne. » . Elektroner ikke sirkler rundt en kjerne, for ikke å si har en bane-periode!
- @ user21820 Jeg har ikke ‘ Jeg har ikke godtatt et svar ennå . Jeg vil en gang lese gjennom alle ‘ s uttalelser
Svar
Definer » observer »
Webster , alternativene for vitenskap er:
a: å følge nøye med spesielt oppmerksomhet på detaljer eller oppførsel for å komme til en dom
b: å gjøre en vitenskapelig observasjon på eller av
Og på » observasjon :
a: en handling som gjenkjenner og bemerker et faktum eller en forekomst som ofte involverer måling med instrumenter
b: en registrering eller beskrivelse så oppnådd
Hvordan observerer vi en sky? Lys fra solen sprer bort skyenes H2O og treffer øyet vårt. For å observere det vitenskapelig tar man bilder, eller videoer for å studere tidsutviklingen. Ser skyen på videoen » en sky «?
Her er et boblekammer bilde av et elektron :
Elektronet har spredt seg ut atomer i kammeret som ioniserer dem, og boblene dannes der ionene var. Det snur seg i magnetfeltet som pålegges og mister energi fra spredt. I motsetning til skybildet er det ikke lys som sprer av objektet, men objektet sprer av materie, og lyset fra den banen registreres. Det er en mer komplisert vei til et bilde, men det er fortsatt en til en korrespondanse av objektet som heter elektron, med bildet som vi kaller observasjon.
Vær oppmerksom på at for dimensjonene til boblekammeret bobler (mikroner) og momentet til elektronet på bildet, noen MeV / c , tilfredsstiller Heisenberg Usikkerhetsprinsipp, og dermed innenfor denne dimensjonen kan elektronet betraktes i sin form som en kvantemekanisk » partikkel «, med attributter av en klassisk partikkel.
Vi » ser » elektroner direkte i gnister , øynene og hjernen vår er ikke rustet til å se lyset så tydelig som lyset som reflekteres fra skyen, men dette er en begrensning av vår biologi, det kan instrumentene våre.
Så jeg tror at utsagnet er ledig.
Rediger etter kommentar
Tror du det noen gang vil være mulig å lage noe som fungerer som et kamera for å ta et øyeblikksbilde av et enkelt elektron
Søkte i nettet og det er gjort.
video på https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU
Nå det er mulig å se en film av et elektron. Filmen viser hvordan et elektron rir på en lysbølge etter bare å ha blitt trukket vekk fra et atom. Dette er første gang et elektron noensinne er filmet, og resultatene presenteres i den siste utgaven av Physical Review Letters.
Så det er gjort, selv om videoen er bremset slik at man kan se stien.
Kommentarer
- Kommentarer er ikke for utvidet diskusjon; denne samtalen er flyttet til chat .
Svar
Begrepet» direkte observasjon «er vanskelig i vitenskapens filosofi. Det er den aksepterte broen mellom vitenskapelig teori og sannhet, og den går over noen veldig gjørmete farvann.
Vurder denne dype uttalelsen: vi har ingen bevis elektroner eksisterer. Null. Nada.Det vi gjør har er mange teoretiske modeller som inkluderer begrepet elektron som gjør en bemerkelsesverdig god jobb med å forutsi hvordan ting vil oppføre seg. I filosofi er dette skillet mellom ontologi (diskusjonen om hva verden er ) og epistemologi (diskusjonen om hva vi kan vite om verden).
Nå er dette sannsynligvis det mest pedantiske synspunktet man kan velge. Du vil nesten aldri høre en vitenskapsmann velge å snakke på denne måten. Hvorfor? Vel, noen av modellene våre gjør en så imponerende jobb med å forutsi ting som vi pleier å bare hevde at de er «re». p> Hvordan gjør vi dette kravet? Hvis modellen forutsier noe som vi «direkte kan observere» med egne øyne ører og hender, antar vi at det er «ekte». Ideen om at encellede organismer gjør at maten går dårlig, var bare en indirekte observasjon til noen oppfant mikroskopet og la oss se med våre egne to øyeepler. På det filosofiske nivået «velsigner» vi observasjoner gjort med våre egne sanser, uten annen grunn enn at det er veldig vanskelig å gjøre noen fremgang hvis vi ikke stoler på noe.
Ta ideen om å bøye romtid. Vi har alle hørt om Einsteins teori om at masse bøyer romtid, og som forårsaker tyngdekraft pluss alle slags andre morsomme relativistiske effekter. Imidlertid er bøying av romtid bare en Det er ikke noe bevis på at romtid faktisk bøyer seg, bare at hvis man modellerer romtid som bøying, får man karakteristisk gode spådommer om hva som vil skje.
Så vi har ingen velsignet mikroskop som kan forstørres nok til å se et elektron. At det alene er nok til å få en til å si at ingen har «direkte observert» et elektron. Hvis man tør å ta seg til Quantum Mechanics, blir verden enda mer fremmed. På grunn av alle slags morsomme effekter som sannsynligvis ligger utenfor spørsmålet ditt, blir begrepet «å observere et elektron» ganske gjørmete selv. Kvantemekanikk forutsier hva som vil skje i universet på en måte som gjør uttrykket «å observere et elektron» plagsomt og vanskelig å kvantifisere. Hvis kvantemekanikk virkelig beskriver hvordan verden «virkelig fungerer», kan konseptet med å observere et elektron faktisk være umulig på grunn av den statistiske oppførselen til kvantebølgeformkollaps.
Kommentarer
- Vi har ikke noe bevis på at noen som leser denne setningen er et menneske heller. Jeg tror ikke ‘ det ‘ er rimelig å forvente bevis i absolutt forstand av å være nødvendigvis gyldig. Selv i matematikk er et bevis relativt til et formelt system og kan ikke nå nivået av platonisk sannhet (hva det enn er). Som du sier, poenget er bare å innse at uansett hvilket instrument vi bruker for å observere noe, enten det er vårt øye eller noe annet, får vi ikke våre mentale hender direkte på selve elektronen, men får bare indirekte bevis gjennom våre instrumenter. Noen ganger ser vi til og med stjerner når det ikke er noen.
- @ user21820 Enten det er » rettferdig » eller ikke, det er en anerkjent grunnleggende grense for vitenskap (faktisk for empirisk tenkning generelt). Hvis man ønsker å diskutere hva det betyr å » observere » noe, må vi innrømme hva det egentlig betyr å » observer » noe, og det inkluderer filosofiske spørsmål i kjernen av prosessen. Ellers tar man alltid feil når det gjelder å » observere » noe, og spørsmål som denne dukker opp, og ser aldri ut til å være slått ned fordi man velger å ignorere hva » å observere » egentlig betyr. Store sinn i vitenskapsfilosofien, som Popper og …
- … og Kuhn, har kjempet med denne utfordringen og uten bortføring (den filosofiske betegnelsen for å bestemme at den mest sannsynlige hypotesen er faktisk sant), forblir vitenskap alltid nøyaktig ett skritt unna sannheten. Dette er ikke ‘ t en dårlig ting. Jeg elsker hva vitenskap faktisk kan gjøre, og stoler på det ganske ofte. Men å håndbøye de filosofiske spørsmålene ved roten er like farlig som å håndvåke bort de filosofiske spørsmålene ved roten til matematikken, eller roten til religionen. Det ‘ ligner på å lære en soldat, » når du trekker i avtrekkeren, skyter pistolen, » og ikke vurderer …
- .. tilfellene der pistolen ikke skyter, fordi den setter seg fast, og soldaten trenger å fjerne den for å fortsette. Det er ‘ en grunn til at militæret lærer soldater hvordan de skal strippe geværet sitt mens de er under kampstress.
- Jeg har ikke noe bevis på at du eksisterer #solipsisme
Svar
Ingenting blir observert uten noen fysisk prosess som «utfører» observasjonen. Øynene ser ikke passivt – de er store kollisjonssteder for utallige fotonbombardementer, kamerapiksler (eller lysfølsomme pigmenter) reagerer ikke passivt på lys, de må bli slått voldsomt av tusenvis av individuelle fotoner.
Det er som å være i en bil, i et mørkt rom fullt av fjær – hvordan kan du, uten å forlate bilen, føle at fjærene er der? Hvis du kjørte inn i fjærskyen ved 200 mph , kan du høre noe når de slo mot frontruten, hvis du lyttet veldig nøye …
Det er det samme nede på individuelle partikler som et elektron – hvordan kan du fornemme noe som er lettere og mer delikat enn noe annet rundt det?
Som bilen og fjærene, kan du bare indirekte utlede den ene, eller den andre, fra å bashe den ene inn i den andre voldsomt nok.
Kommentarer
- Et veldig godt eksempel.
Svar
La meg gi et vag analogi for å illustrere problemene i å snakke om observasjon.
Tenk deg at jeg nettopp har kastet en stein i en dam, og jeg spør deg, kan du se bølgen det gir? Du sier, ja selvfølgelig, hvorfor ? Jeg sier, nei, du så ikke virkelig hele bølgen. Du så bare det du så fra din posisjon og vinkel. Og er det du så bølgen? Eller er det bare et bilde av bølgen som du tenker på? Hvordan vet du til og med at det bildet er en nøyaktig refleksjon av den faktiske bølgen? Vi vet faktisk at vårt øye har en grense for dets oppløsningsevne og dets følsomhet.
Så du så faktisk ingen bølger. Du så bare noe som vi begge gjør kall en «bølge» på engelsk. Ordet er bare en referanse til enheten, ikke selve enheten. Du kan spørre om det er mulig å observere en enhet direkte og ikke gjennom noe mellomliggende instrument som øyeeplet vårt? Men hva er egentlig «direkte»? Hvis tankene dine på en eller annen måte kan berør bølgen (med hva, kan jeg spørre?), er det nok for deg? Eller er tankene dine bare et instrument som du bruker til å samhandle med verden?
Uansett som dykker rett ut i dypet slutten av filosofi , selv om du «på en eller annen måte må svare på det før du kan spesifisere nøyaktig nok hva du mener med» observere » .
På den annen side, hva om vi begge er enige om at det var en bølge, og Jeg spør deg da, hva er bølgen? Og du stirrer tomt på meg. Men det kan godt være det samme spørsmålet du vil bli fristet til å stille om et elektron. Hva om elektronet faktisk har en underliggende virkelighet som samsvarer nærmere med bølgefunksjon i stedet for et enkelt punkt i rommet? Har du til og med det minste bevis på at det er mer som et poeng? Nei.
Du kan si, la oss ta det høyeste punktet i et vannmolekyl (forutsatt at det er tilstrekkelig punktaktig) som posisjon. I så fall vil det ikke ha noen fine egenskaper i det hele tatt, og vil tilfeldig hoppe rundt dammen. En bedre idé ville være å ta gjennomsnitt posisjonen til vannmolekylene som er over det vanlige vannstanden i dammen. Så kan vi «se» at den beveger seg i retning av bølgen mer eller mindre sammen med toppen. Vi kan til og med berør bølgetoppen når den går forbi, noe som betyr at vi kan estimere posisjonen som definert på denne måten. Det er noe usikkerhet her, ikke ulikt usikkerheten du ser når du måler posisjonen til en klassisk bølgepakke eller når du måler posisjonen av en partikkel (Heisenbergs usikkerhetsprinsipp), i den forstand at til tross for at posisjonen til en dambølge er veldefinert (forutsatt at punktlignende vannmolekyler eller mer generelt noen massetetthetsfunksjon for vannet), kan vi ikke engang klassisk måle det nøyaktig fordi alt vi gjør vil forstyrre bølgen.
På samme måte kan vi de fin hastighet av bølgen som strømning, gjennomsnittlig strømning av vannet (i henhold til utviklingen av massetetthetsfunksjonen over tid). Som med posisjon, kan vi ikke engang klassisk måle hastigheten nøyaktig uten å endre den.
Nå kan vi gå en annen vei rundt problemet. I stedet for å prøve å observere hele bølgen på en gang, gjentar vi steinkastet mange ganger, og hver gang observerer vi bare en liten del av bølgen. Nå som vi er skeptiske, spør vi selvfølgelig om vi virkelig kan gjenta noe i nøyaktig på samme måte hver gang.Det er selvfølgelig umulig generelt, men vi håper det ikke er veldig annerledes.
Dette er nøyaktig hva forskere har gjort for å observere (i denne forstand) bølgefunksjonen til et elektron. Det ble gjort for veldig lenge siden, og jeg kjenner ikke historien, men visstnok var IBM en av de første som ordnet urenhetsmolekyler på en metalloverflate og deretter brukte et skanningstunnelmikroskop for å avbilde elektrondensiteten. De har noen bilder her , inkludert den velkjente quantum corral:
( http://researcher.watson.ibm.com/researcher/files/us-flinte/stm16.jpg ) 
Jeg vet ikke om de redigerte rådataene (høyst sannsynlig da jeg gjorde det før jeg måtte redigere for å fjerne støy og gjenstander fra det ufullkomne STM-spissen). Det er andre bilder på internett som:
( http://nisenet.org/catalog/media/scientific_image_-_quantum_corral_top_view ) 
Men selvfølgelig er alle farge- eller 3d-effekter i STM-bilder datamaskingenererte. Nylig (2013) har noen hevdet å være i stand til å avbilde atomorbitaler, for eksempel:
( http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/23/quantum-microscope-peers-into-the-hydrogen-atom ) 
Husk uansett at analogier brytes sammen, og veldig lite om elektroner og andre partikler har til og med et svakt analogt fenomen med vann i en dam. Analogien var bare for å få deg til å tenke to ganger om den vanlige antagelsen om at en partikkel har en punktposisjon.
Kommentarer
- Men vent, så da noe som beveger seg (klassisk og kvantum) har ikke ‘ ikke en bestemt posisjon? Vi måler absolutt tingenes posisjon makroskopisk, eller mener du at vi bare kan måle hva som helst til et visst nivå av presisjon, men vil fremdeles bli klassifisert som ‘ ‘ usikkert ‘ ‘? Jeg ‘ fokuserer på det siste punktet ditt om den vanlige antagelsen.
- @whatwhatwhat: Etter min mening ligger ingen partikler på et eneste punkt i rommet når som helst , uavhengig av om den beveger seg eller ‘ ikke beveger seg. Dette er i samsvar med noen av fortolkningene av kvantemekanikken, og møter ikke problemet med bølgefunksjonskollaps som noen andre tolkninger krever. Bare fordi en partikkel ser ut til å treffe en skjerm i et lokalisert område, betyr ikke det at det var på et eneste punkt i det hele tatt! Hvorfor antok noen det?
- @whatwhatwhat: Det du måler er aldri en partikkel i seg selv. Du prøver å ‘ forstørre ‘ noen effekt til det makroskopiske nivået du kan observere. Ved å gjøre det vil du møte problemet med forstørrelsesmekanismen som påvirker partikkelen, slik at du aldri kan observere den samme partikkelen i den tilstanden du vil ha den to ganger. Så vanligvis må du replikere den effekten mange ganger (håper du) og måle mange partikler som er (antatt å være) i den spesielle tilstanden du ønsker, og deretter oppnå en fordeling, det er det som skjer med dobbeltspalteeksperimentet og bilder i svaret mitt.
Svar
I henhold til standardmodellen har elektronet ikke noe omfang; en radius på null. Som sådan kunne en slik partikkel aldri observeres (da den egentlig ikke er der …), men bare indirekte observert av for eksempel effekten av dens elektriske felt på andre partikler eller gjenstander.
Kommentarer
- Ideen din påvirket i første omgang å skrive dette spørsmålet. Ikke ‘ t lurer du på at vi kanskje bare tror det ikke egentlig er der fordi vi ‘ t kan observere det ordentlig? Jeg vet at de sier at kvanteverdenen er kontraintuitiv, men hva om denne sprø forklaringen bare er fordi vi ennå ikke har de riktige verktøyene for å fastslå noe annet? For eksempel – Pluto. Vi var så sikre på at det var en planet til vi beviste noe annet. For begreper som den du nevner, husker jeg Pluto og tenker ‘ ‘ denne ideen er sant …. så langt vi vet. ‘ ‘
- Hvilken idé ??????
- @whatwhatwhat mens ideen om vitenskapelige hengere på å innhente gode teorier som absolutt faktum er riktig, er eksemplet ditt dårlig. Galenens ‘ teori om at mennesker hadde et delt kjeveben er for eksempel bedre.
- Personlig har jeg ikke ‘ t som forestillingen om et elektron som en punktpartikkel (skaper rare uendeligheter, etc.) versus bare noe veldig, veldig lite. Jeg vet ikke ‘ hvorfor standardmodellen aksepterer dette, igjen på grunn av uendelig problem, men tilsynelatende å velge en radius som bare noe veldig, veldig lite anses å være annerledes enn å velge en radius på 0.
- @jiminion ville ikke ‘ en radius på null betyr at de indirekte effektene vi ser blir skapt fra ingensteds?
Svar
Det er ikke helt nøyaktig at det ikke kan observeres. Det kan og har. Observasjon er imidlertid bare et lite aspekt av fenomenet elektroner.
Selv om det kan observeres øyeblikkelig, kan det ikke bestemmes både hvor det er og dets hastighet. Hastigheten til et elektron kan observeres, men ikke med å kjenne sin posisjon. Et elektrons posisjon kan observeres, men ikke med kunnskap om hastigheten.
Det ofte viste eksemplet på dette i ingeniør- og fysikklasser i bildet av en pil i skogen. Du ser tydelig hvor det er, men fra et bilde av pilen, kan du ikke fortelle hvor raskt det går.
Kommentarer
- Vel for omfanget av dette spørsmålet, ‘ er bare interessert i sin stilling da.
- Men hva om en hest som løper rundt en løpsbane? Vi kan måle posisjonen rundt banen ved hjelp av markører, og hastigheten kan måles med en fartspistol. La ‘ si at hesten løper forbi hurtigpistolen min og registrerer en hastighet. Samtidig som pistolen min registrerer den, tar jeg et bilde av hesten ‘ s posisjon i forhold til markørene. Ville det lykkes å måle både hastigheten og posisjonen til hesten på et gitt tidspunkt?
- @whatwhatwhat – Jeg tror du finner mer om dette emnet her: no.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle enn det jeg kan gi.
Svar
I følge relasjonell QM kan en annen observatør av et elektron ganske enkelt være et annet elektron; si et annet elektron som frastøtt det.
Dette betyr at observasjoner blir gjort av elektroner hele tiden; bare ikke av oss.
Men dette tror jeg ikke er følelsen av å observere du bruker i spørsmålet ditt; som ser ut til å være den direkte observasjonen fra det menneskelige øye.
En gang kunne vi imidlertid ikke se bakterien; og nå kan vi se dem gjennom et mikroskop; ingen sier at «de er» ikke der.
Kanskje det samme vil gjelde elektroner en dag.