Oglądałem program na Netflix prowadzony przez Neila Degrasse Tysona i wspomniał, że jedna z podstawowych cząstek, o których wiemy, elektron, jest czymś nigdy nawet nie obserwowaliśmy bezpośrednio . Dlaczego tego nie zrobiliśmy? Czy to niemożliwe? Wiem, że to łatwa odpowiedź na każde pytanie, ale czy dzieje się tak dlatego, że nasza technologia nie jest jeszcze wystarczająco zaawansowana?
Komentarze
- Zobacz moją odpowiedź. Przyjęta odpowiedź jest nieprawidłowa, ponieważ: (1) Obrazy nie przedstawiają żadnej pojedynczej cząstki. (2) Cytowany artykuł mówi bzdury, mówiąc: ” Elektron potrzebuje około 150 attosekund, aby okrążyć jądro atomu. ” . Elektrony nie krążą po jądrze, żeby nie powiedzieć, że mają okres orbity!
- @ user21820 Nie ' nie zaakceptowałem jeszcze odpowiedzi . Raz przeczytam wszystkim ' oświadczenia
Odpowiedź
Zdefiniuj ” obserwuj ”
Webster , opcje dla nauki to:
a: uważne obserwowanie, szczególnie zwracając uwagę na szczegóły lub zachowanie w celu wydania wyroku
b: aby dokonać naukowej obserwacji na temat lub na temat
I na ” obserwacji :
a: czynność polegająca na rozpoznaniu i odnotowaniu faktu lub zdarzenia często obejmującego pomiar za pomocą przyrządów
b: zapis lub opis tak otrzymano
Jak obserwujemy chmurę? Światło słoneczne rozprasza się z H2O chmury i uderza w nasze oczy. Aby obserwować to naukowo, robi się zdjęcia lub nagrywa filmy, aby zbadać jego ewolucję w czasie. Czy chmura na filmie ” obserwuje chmurę „?
Oto komora bąbelkowa zdjęcie elektronu :
Elektron rozproszył atomy w komorze, jonizując je, a bąbelki powstają w miejscu, w którym znajdowały się jony. Obraca się w narzuconym polu magnetycznym i traci energię z rozpraszaczy. W przeciwieństwie do obrazu chmury, to nie światło rozprasza się od obiektu, ale obiekt rozprasza materię, a światło tej ścieżki jest rejestrowane. Jest to bardziej skomplikowana ścieżka do obrazu, ale nadal istnieje związek jeden do jednego obiektu zwanego elektronem, z obrazem, który nazywamy obserwacją.
Należy pamiętać, że w przypadku wymiarów komory bąbelkowej pęcherzyki (mikrony) i pęd elektronu na obrazku, trochę MeV / c , spełniają Heisenberg Zasada nieoznaczoności , a zatem w tym wymiarze elektron można rozpatrywać w swojej formie jako ” cząstkę „, z atrybutami klasycznej cząstki.
Mamy również ” patrz ” elektrony bezpośrednio w iskry , nasze oczy i mózg nie są przystosowane do tego, aby widzieć światło tak wyraźnie, jak światło odbijane od chmury, ale jest to ograniczenie naszej biologii, nasze instrumenty potrafią.
Myślę więc, że to stwierdzenie jest bezsensowne.
Edytuj po komentarzu
Czy myślisz, że kiedykolwiek byłoby możliwe stworzenie czegoś, co działa jak aparat fotograficzny do zrobienia migawki pojedynczego elektronu
Przeszukano sieć i zostało wykonane.
wideo pod adresem https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU
Teraz można zobaczyć film o elektronie. Film pokazuje, jak elektron leci na fali świetlnej po tym, jak został odciągnięty od atomu. Jest to pierwszy przypadek sfilmowania elektronu, a wyniki przedstawiono w najnowszym numerze Physical Review Letters.
Tak już zrobiono, chociaż wideo jest spowolnione, więc można zobaczyć ścieżkę.
Komentarze
- Komentarze nie służą do rozszerzonej dyskusji; ta rozmowa została przeniesiona do czatu .
Odpowiedź
Pojęcie„ bezpośredniej obserwacji ”jest podchwytliwe w filozofii nauki. Jest to akceptowany pomost między teorią naukową a prawdą i przebiega nad bardzo mętnymi wodami.
Rozważ to głębokie stwierdzenie: nie mamy dowodu na istnienie elektronów. Zero. Nada.To, co robimy , to wiele modeli teoretycznych, które obejmują koncepcję elektronu, który wykonuje niezwykle dobrą robotę w przewidywaniu, jak rzeczy będą się zachowywać. W filozofii jest to podział na ontologię (dyskusja o tym, czym jest świat ) i epistemologię (dyskusja o tym, co możemy wiedzieć o świecie).
Jest to prawdopodobnie najbardziej pedantyczny punkt widzenia, jaki można wybrać. „Prawie nigdy nie usłyszysz naukowca, który zdecyduje się mówić w ten sposób. Dlaczego? Cóż? Niektóre z naszych modeli wykonują tak niesamowitą robotę przewidywania rzeczy, które lubimy po prostu twierdzić, że„ są ”rzeczywistością. p> Jak złożyć to roszczenie? Jeśli model przewiduje coś, co możemy „bezpośrednio obserwować” na własne oczy, uszy i ręce, wówczas zakładamy, że jest to „rzeczywiste”. Pomysł, że organizmy jednokomórkowe powodują zepsucie żywności, był tylko pośrednią obserwacją, dopóki ktoś nie wynalazł mikroskopu i nie pozwolił nam spojrzeć naszymi własnymi gałkami ocznymi. Na poziomie filozoficznym „błogosławimy” obserwacje dokonywane za pomocą naszych własnych zmysłów, bez żadnego innego powodu, poza tym, że naprawdę trudno jest dokonać jakiegokolwiek postępu, jeśli niczego nie ufamy.
Pomyśl o zakrzywianiu czasoprzestrzeni. Wszyscy słyszeliśmy o teorii Einsteina, według której masa zakrzywia czasoprzestrzeń, co powoduje grawitację oraz wiele innych zabawnych efektów relatywistycznych. Jednak zakrzywiona czasoprzestrzeń to tylko Nie ma żadnego dowodu na to, że czasoprzestrzeń faktycznie się wygina, tylko że jeśli modeluje się czasoprzestrzeń jako zgięcie, uzyskuje się charakterystycznie dobre prognozy dotyczące tego, co się stanie.
Więc nie mamy błogosławieństwa mikroskop, który może powiększyć wystarczająco, aby zobaczyć elektron. Już samo to wystarczy, aby stwierdzić, że nikt nie „bezpośrednio obserwował” elektronu. Jeśli ktoś odważy się zanurzyć w mechanice kwantowej, świat stanie się jeszcze dziwniejszy. Z powodu różnego rodzaju zabawnych efektów, które prawdopodobnie wykraczają poza zakres twojego pytania, pojęcie „obserwacji elektronu” samo w sobie staje się dość mętne. Mechanika kwantowa przewiduje, co stanie się we wszechświecie w sposób, który sprawia, że wyrażenie „obserwacja elektronu” jest kłopotliwe i trudne do określenia ilościowego. Jeśli rzeczywiście Mechanika Kwantowa opisuje, jak świat „naprawdę działa”, to koncepcja obserwacji elektronu może być w rzeczywistości niemożliwa ze względu na statystyczne zachowania zapadania się fali kwantowej.
Komentarze
- Nie mamy też dowodów na to, że ktokolwiek czyta to zdanie, jest także człowiekiem. Nie ' nie sądzę, aby ' można było oczekiwać dowodu w absolutnym sensie tego, że jest koniecznie ważny. Nawet w matematyce dowód odnosi się do systemu formalnego i nie może osiągnąć poziomu prawdy platońskiej (cokolwiek to jest). Jak mówisz, chodzi o to, aby uświadomić sobie, że niezależnie od tego, jakiego instrumentu używamy do obserwowania czegoś, czy to naszego oka, czy czegoś innego, nie kierujemy bezpośrednio rąk mentalnych na sam elektron, dowody pośrednie za pośrednictwem naszych instrumentów. Czasami nawet widzimy gwiazdki, gdy ich nie ma.
- @ user21820 Czy jest ” fair ” czy nie, jest uznaną podstawową granicą nauki (a właściwie myśli empirycznej w ogóle). Jeśli ktoś chce omówić, co to znaczy ” obserwować ” coś, musimy przyznać, co to właściwie oznacza dla ” obserwuj ” coś, co obejmuje kwestie filozoficzne u podstaw tego procesu. W przeciwnym razie zawsze się mylisz co do tego, co oznacza ” obserwowanie ” czegoś, a takie pytania pojawiają się i nigdy nie wydają się takie zignorowałeś to, co ” obserwując „, tak naprawdę oznacza. Wielkie umysły w filozofii nauki, takie jak Popper i …
- … i Kuhn, zmagały się z tym wyzwaniem i bez porwań (filozoficzny termin określający, że najbardziej prawdopodobna hipoteza to faktycznie prawda), nauka zawsze pozostaje dokładnie o krok od prawdy. To nie jest ' t zła rzecz. Uwielbiam to, co naprawdę potrafi nauka i często na tym polegam. Ale odsuwanie od siebie pytań filozoficznych u ich korzeni jest równie niebezpieczne, jak odsuwanie od siebie pytań filozoficznych u podstaw matematyki lub religii. To ' przypomina uczenie żołnierza, ” gdy pociągniesz za spust, pistolet wystrzeli, ” i nie rozważam …
- .. przypadków, w których broń nie strzela, ponieważ zacina się, a żołnierz musi ją odblokować, aby kontynuować. Jest ' powód, dla którego wojsko uczy żołnierzy, jak rozbierać karabiny w warunkach polowych pod wpływem stresu bojowego.
- Nie mam dowodów na to, że istniejesz #solipsyzm
Odpowiedź
Nic nie jest obserwowane bez jakiś fizyczny proces „wykonujący” obserwację. Oczy nie widzą biernie – są ogromnymi miejscami kolizji dla niezliczonych bombardowań fotonowych, piksele aparatu (lub pigmenty światłoczułe) nie reagują biernie na światło, muszą być gwałtownie uderzane przez tysiące pojedynczych fotonów.
To jak być w samochodzie, w ciemnym pokoju pełnym piór – jak możesz, nie wysiadając z samochodu, poczuć, że są tam pióra? Jeśli wjechałeś w chmurę piór z prędkością 200 mil na godzinę , możesz usłyszeć, jak uderzają w przednią szybę, jeśli słuchasz bardzo uważnie …
To samo dotyczy pojedynczych cząstek, takich jak elektron – jak możesz wyczuć coś, co jest lżejsze i więcej delikatny niż cokolwiek innego dookoła?
Podobnie jak samochód i pióra, tylko uderzając jedną rzecz w drugą z odpowiednią siłą, można pośrednio wywnioskować istnienie jednej lub drugiej.
Komentarze
- Bardzo dobry przykład.
Odpowiedź
Podam niejasna analogia w celu zilustrowania problemów związanych z rozmową o obserwacji.
Wyobraź sobie, że właśnie wrzuciłem kamień do stawu i pytam cię, czy widzisz falę, którą wywołuje? Mówisz: tak, oczywiście, dlaczego ? Mówię, nie, tak naprawdę nie widziałeś całej fali. Widziałeś tylko to, co widziałeś ze swojej pozycji i kąta. A czy to co widzieliście na fali? A może to tylko obraz fali, o której myślisz? Skąd w ogóle wiesz , że ten obraz jest dokładnym odzwierciedleniem rzeczywistej fali? W rzeczywistości wiemy, że nasze oko ma ograniczoną zdolność rozdzielczą i czułość.
Więc właściwie nie widziałeś żadnej fali. Właśnie zobaczyłeś coś, co oboje robimy call a „wave” w języku angielskim. Słowo to jest jedynie odniesieniem do bytu, a nie do samej istoty. Możesz zapytać, czy można zaobserwować byt bezpośrednio, a nie przez żaden pośredni instrument , taki jak nasza gałka oczna? Ale co tak naprawdę jest „bezpośrednio”? Jeśli twój umysł w jakiś sposób dotknij fali (czym, mogę zapytać?), czy to ci wystarczy? A może sam twój umysł jest tylko instrumentem, którego używasz do interakcji ze światem?
W każdym razie, który nurkuje prosto w głębinę koniec filozofii , chociaż „musisz w jakiś sposób odpowiedzieć na to pytanie, zanim będziesz mógł wystarczająco precyzyjnie określić, co masz na myśli przez„ obserwować ” .
Z drugiej strony, co jeśli oboje zgodzimy się, że była fala i Pytam więc, jaka jest pozycja tej fali? A ty gapisz się na mnie tępo. Ale to może być to samo pytanie, które chciałbyś zadać w sprawie elektronu. A jeśli elektron rzeczywiście ma swoją podstawową rzeczywistość, która bardziej odpowiada jego funkcji falowej , a nie pojedynczemu punktowi w przestrzeni? Czy masz choćby najmniejszy dowód, że bardziej przypomina to punkt? Nie.
Można powiedzieć, że jako położenie weźmy najwyższy punkt cząsteczki wody (zakładając, że jest on wystarczająco punktowy). Jeśli tak, to nie będzie miał żadnych fajnych właściwości i będzie losowo przeskakiwał wokół stawu. Lepszym pomysłem byłoby przyjęcie średniej położenie cząsteczek wody, które znajdują się powyżej średniego poziomu wody w stawie. Wtedy możemy „zobaczyć”, że porusza się ona w kierunku fali mniej więcej wraz z grzbietem. Możemy nawet dotykać grzbietu fali w miarę jej mijania, co oznacza, że możemy w pewnym sensie oszacować pozycję zdefiniowaną w ten sposób. Występuje tutaj pewna niepewność, podobnie jak niepewność, którą widzisz podczas pomiaru położenia klasycznego pakietu falowego lub podczas pomiaru pozycji cząstki (zasada nieoznaczoności Heisenberga), w tym sensie, że pomimo dobrze zdefiniowanej pozycji fali w stawie (przyjmując punktowe cząsteczki wody lub bardziej ogólnie pewną funkcję gęstości masy wody), nie możemy nawet klasycznie zmierzyć dokładnie, ponieważ wszystko, co zrobimy, zakłóci falę.
Podobnie możemy de drobna prędkość fali jako strumień, średni przepływ wody (zgodnie z ewolucją funkcji gęstości masy w czasie). Podobnie jak w przypadku położenia, nie możemy nawet klasycznie dokładnie zmierzyć prędkości bez jej zmiany.
Teraz możemy obejść problem w inny sposób. Zamiast próbować obserwować całą falę naraz, powtarzamy rzut kamieniem wiele razy i za każdym razem obserwujemy tylko jedną małą część fali. Oczywiście, teraz, gdy jesteśmy sceptyczni, będziemy pytać, czy naprawdę możemy powtórzyć coś w dokładnie za każdym razem w ten sam sposób.Jest to oczywiście ogólnie niemożliwe, ale mamy nadzieję, że nie różni się zbytnio od siebie.
Dokładnie to naukowcy zrobili, aby zaobserwować (w tym sensie) funkcję falową elektronu. Zrobiono to bardzo dawno temu i nie znam historii, ale podobno IBM był jednym z pierwszych, którzy rozmieścili cząsteczki zanieczyszczeń na metalowej powierzchni, a następnie wykorzystali skaningowy mikroskop tunelowy do zobrazowania gęstości elektronów. Mają kilka zdjęć tutaj , w tym dobrze znaną zagrodę kwantową:
( http://researcher.watson.ibm.com/researcher/files/us-flinte/stm16.jpg ) 
Nie wiem, czy edytowali surowe dane (bardzo prawdopodobne, kiedy zrobiłem to przed edycją, aby usunąć szum i artefakty z niedoskonałej końcówki STM). W Internecie są inne obrazy, takie jak:
( http://nisenet.org/catalog/media/scientific_image_-_quantum_corral_top_view ) 
Ale oczywiście wszystkie efekty kolorowe lub trójwymiarowe w obrazach STM są generowane komputerowo. Ostatnio (2013) niektórzy twierdzili, że potrafią zobrazować orbitale atomowe, na przykład:
( http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/23/quantum-microscope-peers-into-the-hydrogen-atom ) 
W każdym razie pamiętaj, że analogie się załamują i bardzo niewiele o elektronach i innych cząstkach ma nawet niejasne zjawisko analogiczne do wody w stawie. Analogia miała na celu jedynie skłonienie do zastanowienia się nad powszechnym założeniem, że cząstka ma pozycję punktową.
Komentarze
- Ale poczekaj, więc coś, co porusza się (klasyczne i kwantowe), czy nie ' nie ma określonej pozycji? Z pewnością mierzymy położenie rzeczy makroskopowo, czy też masz na myśli, że możemy zmierzyć wszystko tylko z określonym poziomem dokładności, ale nadal będziemy klasyfikowani jako ' ' niepewne ' '? ' Skupiam się na ostatnim punkcie dotyczącym wspólnego założenia.
- @ whatwhatwhat: Moim zdaniem żadna cząstka nie znajduje się w żadnym punkcie przestrzeni w dowolnym momencie niezależnie od tego, czy się porusza, czy nie ' t się porusza. Jest to zgodne z niektórymi interpretacjami mechaniki kwantowej i nie dotyczy problemu zapadania się funkcji falowej, którego wymagają inne interpretacje. To, że cząstka wydaje się uderzać w ekran w zlokalizowanym obszarze, nie oznacza, że w ogóle znajdowała się w jednym miejscu! Dlaczego ktoś to założył?
- @whatwhat: To, co mierzysz, nigdy nie jest samą cząstką. Próbujesz ' powiększyć ' jakiś efekt do poziomu makroskopowego, który możesz zaobserwować. Czyniąc to, napotkasz problem mechanizmu powiększania wpływającego na cząstkę, więc nigdy nie możesz zaobserwować tej samej cząstki w takim stanie, w jakim chcesz, aby była dwukrotnie. Zwykle więc musisz powtórzyć ten efekt wiele razy (masz nadzieję) i zmierzyć wiele cząstek, które są (przypuszczalnie) w określonym stanie, w jakim chcesz, a następnie uzyskać rozkład, co dzieje się z eksperymentem z podwójną szczeliną i zdjęcia w mojej odpowiedzi.
Odpowiedź
Zgodnie z modelem standardowym elektron nie ma zasięgu; promień równy zero. W związku z tym taka cząstka nigdy nie mogłaby zostać zaobserwowana (ponieważ tak naprawdę jej tam nie ma …), ale tylko pośrednio zaobserwowana, na przykład przez wpływ jej pola elektrycznego na inne cząstki lub obiekty.
Komentarze
- W pierwszej kolejności Twój pomysł wpłynął na moje napisanie tego pytania. Nie ' czy zastanawiasz się, że może tylko myślimy, że tak naprawdę go tam nie ma, ponieważ możemy ' nie obserwować go właściwie? Wiem, że mówią, że świat kwantowy jest sprzeczny z intuicją, ale co, jeśli to zwariowane wyjaśnienie jest tylko dlatego, że nie mamy jeszcze odpowiednich narzędzi, aby określić inaczej? Na przykład – Pluton. Byliśmy tak pewni, że to planeta, dopóki nie udowodniliśmy, że jest inaczej. W przypadku pojęć takich jak ta, o której wspomniałeś, pamiętam Plutona i myślę, że ' ' jest to prawdziwa … o ile wiem. ' '
- Jaki pomysł ??????
- @whatwhatwhat podczas gdy idea naukowego intonowania dobrych teorii jako absolutnych faktów jest poprawna, twój przykład jest zły. Na przykład teoria Galena ', że ludzie mają rozszczepioną kość szczękową, jest lepsza.
- Osobiście nie ' t jak pojęcie elektronu jako cząstki punktowej (tworzy dziwne nieskończoności itp.) w porównaniu z czymś bardzo, bardzo małym. Nie ' nie wiem, dlaczego Model Standardowy to akceptuje, ponownie z powodu problemu nieskończoności, ale najwyraźniej wybranie promienia jako czegoś bardzo, bardzo małego jest uważane za coś innego niż wybranie 0.
- @jiminion nie ' ta promień zero oznacza, że efekty pośrednie, które widzimy, powstają znikąd?
Odpowiedź
Nie jest do końca dokładne to, że nie można tego zaobserwować. Można i ma. Jednak obserwacja jest tylko niewielkim aspektem zjawiska elektronów.
Chociaż można go obserwować natychmiast, nie można go określić zarówno gdzie się znajduje, jak i jego prędkości. Można obserwować prędkość elektronu, ale nie znając jego położenia. Położenie elektronu można być obserwowane, ale nie ze świadomością jej prędkości.
Często pokazywany tego przykład na lekcjach inżynierii i fizyki na obrazie strzałki w lesie. Możesz wyraźnie zobaczyć, gdzie to jest, ale z obrazu strzałki, nie możesz powiedzieć, jak szybko to idzie.
Komentarze
- Cóż, jeśli chodzi o zakres tego pytania, ' jestem wtedy zainteresowany tylko jego pozycją.
- Ale co o koniu biegnącym po torze wyścigowym? Możemy zmierzyć jego położenie wokół toru za pomocą markerów, a prędkość zmierzyć za pomocą działka. Niech ' powie, że koń przebiega obok mojego pistoletu i rejestruje prędkość. W tym samym czasie, gdy moja broń to rejestruje, robię zdjęcie pozycji konia ' względem znaczników. Czy udało się zmierzyć zarówno prędkość, jak i pozycję konia w danym momencie?
- @whatwhatwhat – myślę, że więcej informacji na ten temat znajdziesz tutaj: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle niż to, co mogę zapewnić.
Odpowiedź
Zgodnie z relacyjnym QM , innym obserwatorem elektronu może być po prostu inny elektron; powiedzmy inny elektron, który go odepchnął.
Oznacza to, że przez cały czas obserwuje się elektrony; po prostu nie przez nas.
Ale myślę, że to nie jest sens obserwowania , którego używasz w swoim pytaniu; co wydaje się być bezpośrednią obserwacją ludzkiego oka.
Jednak kiedyś nie mogliśmy zobaczyć bakterii; a teraz możemy je zobaczyć przez mikroskop; nikt nie mówi, że „czy ich” tam nie ma.
Być może pewnego dnia to samo stanie się z elektronami.