¿Por qué ' t se puede observar un electrón?

Definir » observar »

El Webster , las opciones para la ciencia son:

a: observar con atención, especialmente con atención a los detalles o al comportamiento con el fin de llegar a un juicio

b: para realizar una observación científica sobre

Y sobre » observación :

a: un acto de reconocer y anotar un hecho o suceso que a menudo implica la medición con instrumentos

b: un registro o descripción así obtenido

¿Cómo observamos una nube? La luz del sol se dispersa por el H2O de la nube y golpea nuestro ojo. Para observarlo científicamente se toman fotografías o videos para estudiar su evolución en el tiempo. ¿La nube del vídeo » observa una nube «?

Aquí hay una cámara de burbujas imagen de un electrón :

El electrón ha dispersado los átomos en la cámara ionizándolos y las burbujas se forman donde estaban los iones. Está girando en el campo magnético impuesto y está perdiendo energía de los dispersos. A diferencia de la imagen de la nube, no es la luz la que se dispersa fuera del objeto, sino que el objeto se dispersa fuera de la materia y se registra la luz de ese camino. Es un camino más complicado hacia una imagen, pero todavía hay una correspondencia uno a uno del objeto llamado electrón, con la imagen que llamamos observación.

Tenga en cuenta que para las dimensiones de la cámara de burbujas burbujas (micrones) y el impulso del electrón en la imagen, algunos MeV / c , satisfacen el Heisenberg Principio de incertidumbre, y, por lo tanto, dentro de esta dimensión, el electrón puede considerarse en su forma como una » partícula » de mecánica cuántica con atributos de una partícula clásica.

También » vemos » electrones directamente en chispas , nuestros ojos y cerebro no están equipados para ver la luz con tanta claridad como la luz reflejada desde la nube, pero esta es una limitación de nuestra biología, nuestros instrumentos pueden hacerlo.

Por eso creo que la declaración es vacía.

Editar después del comentario

¿Crees que alguna vez sería posible hacer algo que funcione como una cámara para tomar una instantánea de un solo electrón

Se buscó en la red y se hizo.

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

Ahora es posible ver una película de un electrón. La película muestra cómo un electrón viaja en una onda de luz después de haber sido alejado de un átomo. Esta es la primera vez que se filma un electrón y los resultados se presentan en el último número de Physical Review Letters.

Así se ha hecho, aunque el vídeo se ralentiza para que se pueda ver la ruta.

Comentarios

• Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación ha sido movida al chat .

El concepto de» observación directa «es complicado en la filosofía de la ciencia. Es el puente aceptado entre la teoría científica y la verdad, y atraviesa aguas muy turbias.

Considere esta afirmación profunda: no tenemos pruebas de que los electrones existan. Cero. Nada.Lo que hacemos son muchos modelos teóricos que incluyen el concepto de un electrón que hacen un trabajo notablemente bueno al predecir cómo se comportarán las cosas. En filosofía, esta es la división entre ontología (la discusión de lo que es el mundo) y epistemología (la discusión de lo que podemos saber sobre el mundo).

Este es probablemente el punto de vista más pedante que uno puede elegir. Casi nunca oirás a un científico elegir hablar de esta manera. ¿Por qué? Bueno, algunos de nuestros modelos hacen un trabajo tan alucinante al predecir cosas que tendemos a gustarnos para simplemente afirmar que «son» la realidad «.

¿Cómo hacemos esta afirmación? Si el modelo predice algo que podemos «observar directamente» usando nuestros propios ojos, oídos y manos, entonces suponemos que es «real». La idea de que los organismos unicelulares hacen que los alimentos se echen a perder era solo una observación indirecta hasta que alguien inventó el microscopio y nos permitió mirar con nuestros propios ojos. A nivel filosófico, «bendecimos» las observaciones hechas con nuestros propios sentidos, sin otra razón que la de que es realmente difícil hacer algún progreso si no confiamos en nada.

Tomemos la idea de doblar el espacio-tiempo. Todos hemos oído hablar de la teoría de Einstein de que la masa dobla el espacio-tiempo, y eso causa la gravedad y todo tipo de efectos relativistas divertidos. Sin embargo, doblar el espacio-tiempo es solo una modelo. No hay pruebas de que el espacio-tiempo en realidad se doble, solo que si uno modela el espacio-tiempo como flexión, se obtienen predicciones característicamente buenas sobre lo que sucederá.

Así que no tenemos bendiciones microscopio que puede aumentar lo suficiente para ver un electrón. Eso por sí solo es suficiente para hacer un estado de que nadie ha «observado directamente» un electrón. Si uno se atreve a incursionar en la mecánica cuántica, el mundo se vuelve aún más extraño. Debido a todo tipo de efectos divertidos que probablemente están más allá del alcance de su pregunta, el concepto de «observar un electrón» se vuelve bastante confuso. La mecánica cuántica predice lo que sucederá en el universo de una manera que hace que la frase «observar un electrón» sea problemática y difícil de cuantificar realmente. Si de hecho la Mecánica Cuántica describe cómo el mundo «realmente funciona», entonces el concepto de observar un electrón puede ser realmente imposible debido a los comportamientos estadísticos del colapso de la forma de onda cuántica.

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• No tenemos pruebas de que cualquiera que lea esta oración sea un ser humano. No ‘ no creo que ‘ sea justo esperar pruebas en el sentido absoluto de ser necesariamente válido. Incluso en Matemáticas, una demostración es relativa a un sistema formal y no puede alcanzar el nivel de verdad platónica (sea lo que sea). Como usted dice, el punto es simplemente darse cuenta de que cualquier instrumento que usemos para observar algo, ya sea nuestro ojo o cualquier otra cosa, no ponemos nuestras manos mentales directamente en el electrón en sí, sino evidencia indirecta a través de nuestros instrumentos. A veces incluso vemos estrellas cuando no hay ninguna.
• @ user21820 Ya sea » justo » o no, es un límite fundamental reconocido de la ciencia (de hecho, del pensamiento empírico en general). Si uno desea discutir lo que significa » observar » algo, debemos admitir lo que realmente significa » observar » algo, y eso incluye cuestiones filosóficas en el centro del proceso. De lo contrario, uno siempre se equivoca acerca de lo que significa » observar » algo, y surgen preguntas como esta, y nunca parecen ser derrotado porque uno está eligiendo ignorar lo que » observar » realmente significa. Grandes mentes en la filosofía de la ciencia, como Popper y …
• … y Kuhn, se han enfrentado a este desafío, y sin abducción (el término filosófico para decidir que la hipótesis más probable es realmente cierto), la ciencia siempre está exactamente a un paso de la verdad. Esto no es ‘ t algo malo. Me encanta lo que la ciencia realmente puede hacer y confío en ella con bastante frecuencia. Pero descartar las cuestiones filosóficas en su raíz es tan peligroso como descartar las cuestiones filosóficas en la raíz de las matemáticas, o la raíz de la religión. Es ‘ similar a enseñarle a un soldado, » cuando aprietas el gatillo, el arma disparará, » y sin considerar …
• .. los casos en los que el arma no dispara, porque se atasca, y el soldado necesita desatascarla para continuar. Existe ‘ una razón por la que el ejército enseña a los soldados cómo despojar su rifle en el campo mientras están bajo el estrés del combate.
• No tengo pruebas de que exista #solipsismo

Nada se observa sin algún proceso físico «realizando» la observación. Los ojos no ven pasivamente: son enormes sitios de colisión para innumerables bombardeos de fotones, los píxeles de la cámara (o pigmentos fotosensibles) no reaccionan pasivamente a la luz, tienen que ser golpeados violentamente por miles de fotones individuales.

Es como estar en un coche, en una habitación oscura llena de plumas: ¿cómo puedes, sin salir del coche, sentir que las plumas están ahí? Si conduces hacia la nube de plumas a 200 mph. , es posible que escuches algo cuando golpean el parabrisas, si escuchas con mucha atención …

Es lo mismo en partículas individuales como un electrón: ¿cómo puedes sentir algo que es más ligero y más delicado que cualquier otra cosa a su alrededor?

Al igual que el coche y las plumas, solo golpeando una cosa contra la otra con la suficiente violencia se puede inferir indirectamente la existencia de una u otra.

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• Un muy buen ejemplo.

Permítanme dar una una vaga analogía para ilustrar los problemas al hablar de la observación.

Imagina que acabo de arrojar una piedra a un estanque y te pregunto, ¿puedes ver la ola que hace? Tú dices, sí, por supuesto, ¿por qué ? Digo, no, realmente no viste toda la ola. Solo vio lo que vio desde su posición y ángulo. ¿Y es lo que vio la ola? ¿O es solo una imagen de la ola que está en tu mente? ¿Cómo puede saber que esa imagen es un reflejo exacto de la onda real? De hecho, sabemos que nuestro ojo tiene un límite en su poder de resolución y su sensibilidad.

Así que en realidad no vio ninguna onda. Acaba de ver algo que ambos hacemos llamar a una «ola» en inglés. La palabra es simplemente una referencia a la entidad, no a la entidad en sí. Podrías preguntar, ¿es posible observar un entidad directamente y no a través de cualquier instrumento intermedio como nuestro globo ocular? Pero, ¿qué es realmente «directamente»? Si tu mente puede de alguna manera toca la ola (¿con qué, puedo preguntar?), ¿es suficiente para ti? ¿O tu mente misma es simplemente un instrumento que usas para interactuar con el mundo?

De todos modos, eso se sumerge directamente en las profundidades fin de la filosofía , aunque «tendrás que responder de alguna manera a eso antes de poder especificar con suficiente precisión lo que quieres decir con» observar » .

Por otro lado, ¿qué pasa si ambos estamos de acuerdo en que hubo una ola y Entonces les pregunto, ¿cuál es la posición de la ola? Y me miras sin comprender. Pero esa bien podría ser la misma pregunta que se sentiría tentado a hacer sobre un electrón. ¿Qué pasa si el electrón tiene una realidad subyacente que se corresponde más estrechamente con su función de onda en lugar de un solo punto en el espacio? ¿Tiene la más mínima evidencia de que es más como un punto? No.

Podría decir, tomemos el punto más alto de una molécula de agua (asumiendo que es lo suficientemente similar a un punto) como la posición. Si es así, entonces no tendrá ninguna propiedad agradable, y saltará al azar alrededor del estanque. Una mejor idea sería tomar el promedio posición de las moléculas de agua que están por encima del nivel medio del agua del estanque. Entonces podemos «ver» que se mueve en la dirección de la ola más o menos junto con la cresta. Incluso podemos tocar la cresta de la onda a medida que pasa, lo que significa que podemos estimar la posición tal como se define de esta manera. Hay algo de incertidumbre aquí, no muy diferente de la incertidumbre que se ve al medir la posición de un paquete de ondas clásico o al medir la posición de una partícula (principio de incertidumbre de Heisenberg), en el sentido de que a pesar de que la posición de una ola de estanque está bien definida (asumiendo moléculas de agua puntuales o más generalmente alguna función de densidad de masa para el agua), ni siquiera podemos medir clásicamente con precisión porque cualquier cosa que hagamos interrumpirá la ola.

De manera similar, podemos velocidad fina de la onda como flujo, el flujo medio del agua (según la evolución de la función de densidad de masa a lo largo del tiempo). Al igual que con la posición, ni siquiera podemos medir la velocidad con precisión sin cambiarla.

Ahora, podríamos solucionar el problema de otra manera. En lugar de tratar de observar toda la ola a la vez, repetimos el lanzamiento de piedra muchas veces, y cada vez observamos solo una pequeña parte de la ola. Por supuesto, ahora que somos escépticos, cuestionaremos si realmente podemos repetir algo en exactamente de la misma manera cada vez.Por supuesto, es imposible en general, pero esperamos que no sea demasiado diferente.

Esto es exactamente lo que los científicos han hecho para observar (en este sentido) la función de onda de un electrón. Se hizo hace mucho tiempo, y no conozco la historia, pero supuestamente IBM fue uno de los primeros en colocar moléculas de impurezas en una superficie metálica y luego usar un microscopio de túnel de barrido para obtener imágenes de la densidad de electrones. Tienen algunas imágenes aquí , incluido el conocido corral cuántico:

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

No sé si editaron los datos sin procesar (muy probablemente, cuando lo hice antes tuve que editar para eliminar el ruido y los artefactos de la punta STM imperfecta). Hay otras imágenes en Internet como:

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

Pero, por supuesto, todos los efectos de color o 3D en las imágenes STM son generados por computadora. Recientemente (2013), algunos han afirmado poder obtener imágenes de orbitales atómicos, como:

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

De todos modos, recuerde que las analogías se rompen y muy poco sobre electrones y otras partículas tiene incluso un fenómeno vagamente análogo al agua en un estanque. La analogía fue simplemente para hacerte pensar dos veces sobre la suposición común de que una partícula tiene una posición de punto.

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• Pero espera, entonces cualquier cosa que se mueva (clásica y cuántica) no ‘ tiene una posición definida? Ciertamente medimos la posición de las cosas macroscópicamente, o quieres decir que solo podemos medir algo con un cierto nivel de precisión, pero aún así estaríamos clasificados como ‘ ‘ incierto ‘ ‘? Me ‘ me estoy concentrando en su último punto sobre la suposición común.
• @whatwhatwhat: En mi opinión, ninguna partícula reside en un solo punto del espacio en ningún momento , independientemente de si se mueve o no ‘ t se mueve. Esto es consistente con algunas de las interpretaciones de la mecánica cuántica y no enfrenta el problema del colapso de la función de onda que requieren otras interpretaciones. ¡El hecho de que una partícula parezca golpear una pantalla en un área localizada no significa que haya estado en un solo punto en absoluto! ¿Por qué alguien asumió eso?
• @whatwhatwhat: Lo que mides nunca es una partícula en sí. Intenta ‘ magnificar ‘ algún efecto al nivel macroscópico que pueda observar. Al hacerlo, enfrentará el problema de su mecanismo de aumento que afecta a la partícula, por lo que nunca podrá observar esa misma partícula en el estado que desea dos veces. Entonces, por lo general, necesita replicar ese efecto muchas veces (espera) y medir muchas partículas que están (se supone que están) en el estado particular que desea, y luego obtener una distribución, que es lo que sucede con el experimento de doble rendija y el imágenes en mi respuesta.

Según el Modelo Estándar, el electrón no tiene extensión; un radio de cero. Como tal, tal partícula nunca podría ser observada (ya que en realidad no está allí …) sino solo indirectamente observada, por ejemplo, por el efecto de su campo eléctrico en otras partículas u objetos.

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• Tu idea influyó en mi redacción de esta pregunta en primer lugar. No ‘ ¿no te preguntas que tal vez solo pensamos que no está realmente ahí porque no podemos ‘ observarlo correctamente? Sé que dicen que el mundo cuántico es contrario a la intuición, pero ¿qué pasa si esta explicación loca es solo porque aún no tenemos las herramientas adecuadas para determinar lo contrario? Por ejemplo, Plutón. Estábamos tan seguros de que era un planeta hasta que probamos lo contrario. Para conceptos como el que mencionas, recuerdo a Plutón y creo que ‘ ‘ esta idea es cierta … saber. ‘ ‘
• ¿Qué idea ??????
• @whatwhatwhat mientras que la idea de que los científicos entonan buenas teorías como un hecho absoluto es correcta, su ejemplo es malo. La teoría de Galen ‘ de que los humanos tenían una mandíbula partida es mejor, por ejemplo.
• Personalmente, yo no ‘ t como la noción de un electrón como una partícula puntual (crea infinitos extraños, etc.) versus algo muy, muy pequeño. No ‘ sé por qué el modelo estándar acepta esto, de nuevo debido al problema del infinito, pero aparentemente seleccionar un radio como algo muy, muy pequeño se considera diferente a seleccionar un radio de 0.
• @jiminion no ‘ un radio de cero significa que los efectos indirectos que vemos se crean de la nada?

No es del todo exacto que no se pueda observar. Puede, y lo ha hecho. Sin embargo, la observación es solo un pequeño aspecto del fenómeno de electrones.

Si bien se puede observar instantáneamente, no se puede determinar tanto dónde está como su velocidad. La velocidad de un electrón puede observarse, pero no conociendo su posición. La posición de un electrón puede ser observado, pero no conociendo su velocidad.

El ejemplo que a menudo se muestra en las clases de ingeniería y física es la imagen de una flecha en el bosque. Se puede ver claramente dónde está, pero a partir de una imagen de la flecha, no puede saber qué tan rápido va.

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• Bueno, para el alcance de esta pregunta, ‘ solo estoy interesado en su posición.
• Pero, ¿qué sobre un caballo corriendo por un hipódromo? Podemos medir su posición alrededor de la pista usando marcadores y la velocidad se puede medir con una pistola de velocidad. Digamos ‘ s que el caballo pasa por delante de mi pistola de velocidad y registra una velocidad. Al mismo tiempo que mi arma lo registra, tomo una fotografía de la posición del caballo ‘ en relación con los marcadores. ¿Habría medido con éxito tanto la velocidad como la posición del caballo en un momento dado?
• @whatwhatwhat. Creo que encontrará más información sobre este tema aquí: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle de lo que puedo proporcionar.

Según QM relacional , otro observador de un electrón podría ser simplemente otro electrón; digamos otro electrón que lo rechazó.

Esto significa que se están haciendo observaciones de electrones todo el tiempo; simplemente no por nosotros.

Pero esto, creo, no es el sentido de observar que estás usando en tu pregunta; que parece ser la observación directa del ojo humano.

Sin embargo, una vez que no pudimos ver la bacteria; y ahora podemos verlos a través de un microscopio; nadie dice que «ellos» no están allí.

Quizás lo mismo ocurra algún día con los electrones.