Waarom kan ' t een elektron worden waargenomen?

Het concept van” directe observatie “is een lastig concept in de wetenschapsfilosofie. Het is de geaccepteerde brug tussen wetenschappelijke theorie en waarheid, en het gaat over zeer modderige wateren.

Overweeg deze diepgaande bewering: we hebben geen bewijs dat elektronen bestaan. Nul. Nada.Wat we doen hebben, zijn vele theoretische modellen die het concept van een elektron bevatten, die opmerkelijk goed kunnen voorspellen hoe dingen zich zullen gedragen. In de filosofie is dit de kloof tussen ontologie (de discussie over wat de wereld is ) en epistemologie (de discussie over wat we kunnen weten over de wereld).

Dit is waarschijnlijk het meest pedante standpunt dat men kan kiezen. Je zult bijna nooit een wetenschapper horen kiezen om op deze manier te praten. Waarom? Sommige van onze modellen voorspellen zo geweldig goed dingen waarvan we de neiging hebben om gewoon te beweren dat ze realiteit zijn.

Hoe maken we deze claim? Als het model iets voorspelt dat we direct kunnen observeren met onze eigen ogen, oren en handen, dan nemen we aan dat het echt is. Het idee dat eencellige organismen voedsel bederven, was slechts een indirecte waarneming totdat iemand de microscoop uitvond en ons met onze eigen twee oogbollen liet kijken. Op filosofisch niveau zegenen we waarnemingen die met onze eigen zintuigen zijn gedaan, zonder enige andere reden dan dat het echt moeilijk is om enige vooruitgang te boeken als we niets vertrouwen.

Neem het idee van het buigen van de ruimtetijd. We hebben allemaal wel eens gehoord van de theorie van Einstein dat massa buigt ruimtetijd, en dat dat de zwaartekracht veroorzaakt plus allerlei andere leuke relativistische effecten. Het buigen van ruimtetijd is echter slechts een model. Er is geen bewijs dat ruimtetijd eigenlijk buigt, alleen dat als men ruimtetijd modelleert als buigen, men karakteristiek goede voorspellingen krijgt over wat er zal gebeuren.

Dus we hebben geen gezegende microscoop die voldoende vergroot kan worden om een elektron te zien. Dat op zichzelf is voldoende om te stellen dat niemand een elektron “rechtstreeks” heeft waargenomen. Als je je waagt aan Quantum Mechanics, wordt de wereld nog vreemder. Vanwege allerlei grappige effecten die waarschijnlijk buiten het bestek van uw vraag vallen, wordt het concept van “het observeren van een elektron” zelf nogal modderig. De kwantummechanica voorspelt wat er in het universum zal gebeuren op een manier die de uitdrukking “waarnemen van een elektron” lastig en moeilijk echt te kwantificeren maakt. Als de kwantummechanica inderdaad beschrijft hoe de wereld echt werkt, dan is het concept van het observeren van een elektron misschien wel onmogelijk vanwege het statistische gedrag van het instorten van kwantumgolfvormen.

Opmerkingen

• We hebben geen bewijs dat iemand die deze zin leest ook een mens is. Ik vind ‘ het niet ‘ eerlijk om bewijs te verwachten in de absolute zin dat het noodzakelijkerwijs geldig is. Zelfs in de wiskunde is een bewijs relatief aan een formeel systeem en kan het niet het niveau van platonische waarheid bereiken (wat dat ook is). Zoals u zegt, gaat het erom te beseffen dat welk instrument we ook gebruiken om iets waar te nemen, of het nu ons oog is of iets anders, we niet direct onze mentale handen op het elektron zelf krijgen, maar alleen indirect bewijs via onze instrumenten. Soms zien we zelfs sterren als die er niet zijn.
• @ user21820 Of het nu ” redelijk ” is of niet, het is een erkende fundamentele grens van de wetenschap (inderdaad van empirisch denken in het algemeen). Als iemand wil bespreken wat het betekent om ” ” iets te observeren, moeten we toegeven wat het eigenlijk betekent om ” observeer ” iets, en dat omvat filosofische kwesties die de kern van het proces zijn. Anders heeft men het altijd mis over wat het betekent om ” ” iets te observeren, en vragen zoals deze komen op, en lijken nooit te zijn neergeslagen omdat men ervoor kiest om te negeren wat ” observeren ” eigenlijk betekent. Grote geesten in de wetenschapsfilosofie, zoals Popper en …
• … en Kuhn, hebben met deze uitdaging geworsteld en zonder ontvoering (de filosofische term om te beslissen dat de meest waarschijnlijke hypothese eigenlijk waar), blijft de wetenschap altijd precies één stap verwijderd van de waarheid. Dit is niet ‘ iets slechts. Ik hou van wat de wetenschap echt kan, en ik vertrouw er vrij vaak op. Maar de filosofische vragen die aan de basis liggen, met de hand wegzwaaien, is net zo gevaarlijk als de filosofische vragen die aan de basis van de wiskunde of de religie liggen, met de hand wegzwaaien. Het ‘ lijkt op het leren van een soldaat, ” wanneer je de trekker overhaalt, zal het pistool vuren, ” en zonder rekening te houden met …
• .. de gevallen waarin het geweer niet vuurt, omdat het vastloopt, en de soldaat het moet losmaken om door te gaan. Er is ‘ een reden waarom het leger soldaten leert hoe ze hun geweer moeten strippen terwijl ze onder de stress van een gevecht staan.
• Ik heb geen bewijs dat je bestaat #solipsism

Niets wordt waargenomen zonder een fysiek proces dat de waarneming “uitvoert”. Ogen zien niet passief – het zijn enorme botsingsplaatsen voor talloze fotonenbombardementen, camerapixels (of fotogevoelige pigmenten) reageren niet passief op licht, ze moeten heftig worden bestookt door duizenden individuele fotonen.

Het is alsof je in een auto zit, in een donkere kamer vol veren – hoe kun je, zonder de auto te verlaten, voelen dat de veren er zijn? Als je met 200 mph in de wolk van veren reed , zou je iets kunnen horen toen ze tegen de voorruit sloegen, als je heel goed luisterde …

Hetzelfde geldt voor individuele deeltjes zoals een elektron – hoe kun je iets voelen dat lichter en meer is delicaat dan al het andere eromheen?

Net als de auto en de veren, kun je alleen door het ene ding met geweld in het andere te beuken, indirect het bestaan van het ene of het andere afleiden.

Opmerkingen

• Een heel goed voorbeeld.

Laat me een vage analogie om de problemen bij het praten over observatie te illustreren.

Stel je voor dat ik zojuist een steen in een vijver heb gegooid en ik vraag je, kun je de golf zien die het maakt? Je zegt, ja natuurlijk, waarom Ik zeg, nee, je hebt niet echt de hele golf gezien. Je zag alleen wat je zag vanuit je positie en hoek. En is wat je de golf zag? Of is het gewoon een afbeelding van de golf die in je opkomt? Hoe weet u zelfs dat die afbeelding een nauwkeurige weerspiegeling is van de werkelijke golf? In feite weten we dat ons oog een limiet heeft aan zijn oplossend vermogen en zijn gevoeligheid.

Dus je hebt eigenlijk geen enkele golf gezien. Je hebt net iets gezien dat wij allebei doen noem een “wave” in het Engels. Het woord is slechts een verwijzing naar de entiteit, niet de entiteit zelf. Je zou je kunnen afvragen of het mogelijk is om een entiteit rechtstreeks en niet via een tussenliggend instrument zoals onze oogbol? Maar wat is eigenlijk “direct”? Als je geest op de een of andere manier de golf raken (waarmee, mag ik vragen?), is het genoeg voor jou? Of is je geest zelf slechts een instrument dat je gebruikt om met de wereld om te gaan?

Hoe dan ook, dat duikt recht in het diepe einde van filosofie , hoewel je dat op de een of andere manier moet beantwoorden voordat je precies genoeg kunt specificeren wat je bedoelt met “observeren” .

Aan de andere kant, wat als we het er allebei over eens zijn dat er een golf was, en Ik vraag je dan, wat is de positie van de golf? En je staart me wezenloos aan. Maar dat is misschien wel dezelfde vraag die u in de verleiding zou kunnen stellen over een elektron. Wat als het elektron inderdaad een onderliggende realiteit heeft die meer overeenkomt met zijn golffunctie in plaats van een enkel punt in de ruimte? Heb je zelfs maar het minste bewijs dat het meer een punt is? Nee.

Je zou kunnen zeggen: laten we het hoogste punt van een watermolecuul nemen (aangenomen dat het voldoende puntachtig is) als de positie. Als dat zo is, dan heeft het helemaal geen leuke eigendommen en springt het willekeurig rond de vijver. Een beter idee zou zijn om het gemiddelde positie van de watermoleculen die zich boven het gemiddelde waterpeil van de vijver bevinden. Dan kunnen we “zien” dat het min of meer met de kam in de richting van de golf beweegt. We kunnen zelfs de golftop aanraken terwijl deze voorbijgaat, wat betekent dat we de positie kunnen schatten zoals deze op deze manier is gedefinieerd. Er is hier enige onzekerheid, vergelijkbaar met de onzekerheid die je ziet bij het meten van de positie van een klassiek golfpakket of bij het meten van de positie van een deeltje (het onzekerheidsprincipe van Heisenberg), in die zin dat ondanks het feit dat de positie van een vijvergolf goed gedefinieerd is (uitgaande van puntachtige watermoleculen of meer in het algemeen een massadichtheidsfunctie voor het water), we niet eens klassiek kunnen meten nauwkeurig omdat alles wat we doen de golf verstoort.

Evenzo kunnen we de fijne snelheid van de golf als flux, de gemiddelde stroming van het water (volgens de evolutie van de massadichtheidsfunctie in de tijd). Net als bij positie kunnen we de snelheid niet eens klassiek nauwkeurig meten zonder deze te veranderen.

Nu kunnen we het probleem op een andere manier omzeilen. In plaats van te proberen de hele golf tegelijk te observeren, herhalen we de steenworp vele malen, en elke keer zien we slechts een klein deel van de golf. Nu we sceptisch zijn, zullen we ons natuurlijk afvragen of we iets in exact elke keer op dezelfde manier kunnen herhalen.Het is in het algemeen natuurlijk onmogelijk, maar we hopen dat het niet al te heel anders is.

Dit is precies wat wetenschappers hebben gedaan om (in deze zin) de golffunctie van een elektron te observeren. Het is heel lang geleden gedaan, en ik ken de geschiedenis niet, maar vermoedelijk was IBM een van de eersten die onzuiverheidsmoleculen op een metalen oppervlak plaatste en vervolgens een Scanning Tunneling Microscope gebruikte om de elektronendichtheid in beeld te brengen. Ze hebben een aantal afbeeldingen hier , waaronder de bekende kwantumcorral:

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

Ik weet niet of ze de onbewerkte gegevens hebben bewerkt (zeer waarschijnlijk, toen ik het eerder deed, moest ik bewerken om ruis en artefacten uit de onvolmaakte STM-tip te verwijderen). Er zijn andere afbeeldingen op internet, zoals:

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

Maar natuurlijk worden alle kleur- of 3D-effecten in STM-afbeeldingen door de computer gegenereerd. Onlangs (2013) hebben sommigen beweerd dat ze atomaire orbitalen kunnen afbeelden, zoals:

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

Onthoud in ieder geval dat analogieën mislukken, en heel weinig over elektronen en andere deeltjes heeft zelfs een vaag analoog verschijnsel met water in een vijver. De analogie was alleen om je twee keer te laten nadenken over de algemene aanname dat een deeltje een puntpositie heeft.

Opmerkingen

• Maar wacht, dus dan iets dat beweegt (klassiek en kwantum) heeft geen ‘ t een definitieve positie? We meten zeker de positie van dingen macroscopisch, of bedoel je dat we alleen iets met een bepaald nauwkeurigheidsniveau kunnen meten, maar nog steeds geclassificeerd zouden worden als ‘ ‘ onzeker ‘ ‘? Ik ‘ m concentreer me op je laatste punt over de algemene aanname.
• @whatwhatwhat: naar mijn mening bevindt er op geen enkel moment een deeltje op een enkel punt in de ruimte , ongeacht of het beweegt of niet ‘ niet beweegt. Dit is consistent met enkele interpretaties van de kwantummechanica, en wordt niet geconfronteerd met het probleem van het instorten van de golffunctie dat sommige andere interpretaties vereisen. Alleen omdat een deeltje een scherm lijkt te raken in een gelokaliseerd gebied, wil nog niet zeggen dat het zich helemaal op een enkel punt bevond! Waarom nam iemand dat aan?
• @whatwhatwhat: Wat je meet, is nooit een deeltje zelf. U probeert ‘ ‘ een effect te vergroten op het macroscopische niveau dat u kunt waarnemen. Door dit te doen, zul je het probleem onder ogen zien van je vergrotingsmechanisme dat het deeltje beïnvloedt, dus je kunt datzelfde deeltje nooit twee keer observeren in de staat waarin je het wilt. Dus meestal moet je dat effect vele malen repliceren (hoop je) en veel deeltjes meten die (verondersteld worden te zijn) in de specifieke staat die je wilt, en dan een verdeling verkrijgen, wat gebeurt met het experiment met dubbele spleet en de afbeeldingen in mijn antwoord.

Volgens het standaardmodel heeft het elektron geen omvang; een straal van nul. Als zodanig zou een dergelijk deeltje nooit kunnen worden waargenomen (omdat het er niet echt is …) maar alleen indirect worden waargenomen door bijvoorbeeld het effect van zijn elektrische veld op andere deeltjes of objecten.

Opmerkingen

• Uw idee heeft in de eerste plaats mijn schrijven van deze vraag beïnvloed. ‘ vraag je je niet af dat we misschien alleen denken dat het er niet echt is omdat we ‘ het niet goed kunnen observeren? Ik weet dat ze zeggen dat de kwantumwereld contra-intuïtief is, maar wat als deze gekke verklaring alleen is omdat we nog niet de juiste tools hebben om iets anders te bepalen? Bijvoorbeeld – Pluto. We waren er zo zeker van dat het een planeet was, totdat we het tegendeel bewezen. Voor concepten zoals degene die je noemt, herinner ik me Pluto en denk ‘ ‘ dit idee is waar … voor zover wij weten. ‘ ‘
• Welk idee ??????
• @whatwhatwhat terwijl het idee van wetenschappelijke aanhangers die goede theorieën intoneren als absoluut feit correct is, is jouw voorbeeld slecht. Galen ‘ s theorie dat mensen een gespleten kaakbot hadden is bijvoorbeeld een betere.
• Persoonlijk doe ik ‘ t zoals het idee van een elektron als een puntdeeltje (creëert rare oneindigheden, enz.) versus gewoon iets heel, heel kleins. Ik weet niet ‘ waarom het standaardmodel dit accepteert, wederom vanwege het oneindigheidsprobleem, maar blijkbaar wordt het selecteren van een straal als iets heel, heel klein als iets anders beschouwd dan het selecteren van een straal van 0.
• @jiminion wouldn ‘ ta straal van nul betekent dat de indirecte effecten die we zien vanuit het niets worden gecreëerd?

Het is niet helemaal juist dat het niet kan worden waargenomen. Het kan en heeft. Observatie is echter slechts een klein aspect van het fenomeen van elektronen.

Hoewel het ogenblikkelijk kan worden waargenomen, kan het niet zowel worden bepaald waar het zich bevindt als zijn snelheid. De snelheid van een elektron kan worden waargenomen, maar niet door zijn positie te kennen. De positie van een elektron kan worden waargenomen, maar niet door de snelheid ervan te kennen.

Het vaak getoonde voorbeeld hiervan in technische en natuurkundelessen in de afbeelding van een pijl in het bos. Je kunt duidelijk zien waar hij is, maar aan de hand van een afbeelding van de pijl, kun je niet zeggen hoe snel het gaat.

Opmerkingen

• Welnu, voor de reikwijdte van deze vraag heb ik ‘ ben dan alleen geïnteresseerd in zijn positie.
• Maar wat over een paard dat over een racebaan rent? We kunnen zijn positie rond de baan meten met behulp van markeringen en de snelheid kan worden gemeten met een speedpistool. Laat ‘ s zeggen dat het paard langs mijn snelheidspistool rent en een snelheid registreert. Op hetzelfde moment dat mijn pistool het registreert, maak ik een foto van de positie van het paard ‘ ten opzichte van de markeringen. Zou dat met succes zowel de snelheid als de positie van het paard op een bepaald moment hebben gemeten?
• @whatwhatwhat – Ik denk dat je hier meer over dit onderwerp zult vinden: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle dan wat ik kan bieden.

Volgens relationele QM zou een andere waarnemer van een elektron gewoon een ander elektron kunnen zijn; zeg maar een ander elektron dat het afstootte.

Dit betekent dat er voortdurend observaties van elektronen worden gemaakt; gewoon niet door ons.

Maar dit, denk ik, is niet “het gevoel van observeren dat je gebruikt in je vraag; wat de directe waarneming door het menselijk oog lijkt te zijn.

Maar ooit konden we de bacterie niet zien; en nu kunnen we ze door een microscoop bekijken; niemand zegt dat ze er niet zijn.

Misschien zal ooit hetzelfde gelden voor elektronen.