Eu estava assistindo a um programa no Netflix apresentado por Neil Degrasse Tyson e ele mencionou que uma das partículas fundamentais que conhecemos, o elétron, é algo nunca observamos diretamente . Por que não fizemos isso? É impossível? Sei que esta é a resposta fácil para qualquer pergunta, mas será porque nossa tecnologia ainda não é avançada o suficiente?
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- Veja minha resposta. A resposta aceita está errada porque: (1) As imagens não são imagens de uma única partícula. (2) O artigo citado fala sem sentido, dizendo ” Leva cerca de 150 attossegundos para um elétron circundar o núcleo de um átomo. ” . Os elétrons não circundam um núcleo, para não dizer que têm um período de órbita!
- @ user21820 Não ‘ ainda não aceitei uma resposta . Farei isso assim que ler as ‘ declarações de todos
Resposta
Defina ” observe ”
O Webster , as opções para a ciência são:
a: observar cuidadosamente, especialmente com atenção aos detalhes ou comportamento com o propósito de chegar a um julgamento
b: para fazer uma observação científica sobre ou sobre
E sobre ” observação :
a: um ato de reconhecer e observar um fato ou ocorrência, muitas vezes envolvendo medição com instrumentos
b: um registro ou descrição assim obtido
Como observamos uma nuvem? A luz do sol se espalha pelo H2O da nuvem e atinge nossos olhos. Para observá-lo cientificamente, você tira fotos ou vídeos para estudar sua evolução no tempo. A nuvem no vídeo está ” observando uma nuvem “?
Aqui está uma câmara de bolhas imagem de um elétron :
O elétron espalhou átomos na câmara, ionizando-os e as bolhas são formadas onde os íons estavam. Ele está girando no campo magnético imposto e está perdendo energia com as dispersões. Em contraste com a imagem da nuvem, não é a luz que se espalha para fora do objeto, mas o objeto espalha a matéria, e a luz daquele caminho é registrada. É um caminho mais complicado para uma imagem, mas ainda há uma correspondência de um para um do objeto chamado elétron, com a imagem que chamamos de observação.
Observe que, para as dimensões da câmara de bolha bolhas (mícrons) e o momento do elétron na imagem, algum MeV / c , satisfazem o Heisenberg Princípio da incerteza, e, portanto, dentro dessas dimensões o elétron pode ser considerado em sua forma como uma ” partícula ” mecânica quântica, com atributos de uma partícula clássica.
Nós também ” vemos ” elétrons diretamente em faíscas , nossos olhos e cérebro não estão equipados para ver a luz tão claramente quanto a luz refletida da nuvem, mas isso é uma limitação de nossa biologia, nossos instrumentos podem.
Portanto, acho que a afirmação é vazia.
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Você acha que algum dia seria possível fazer algo que funcione como uma câmera para tirar um instantâneo de um único elétron
Pesquisou na rede e foi feito.
vídeo em https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU
Agora é possível ver um filme de um elétron. O filme mostra como um elétron passa por uma onda de luz depois de ter sido puxado para longe de um átomo. Esta é a primeira vez que um elétron é filmado, e os resultados são apresentados na última edição das Physical Review Letters.
Isso foi feito, embora o vídeo esteja lento para que se possa ver o caminho.
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- Os comentários não são para discussão extensa; esta conversa foi movida para o chat .
Resposta
O conceito de” observação direta “é complicado na filosofia da ciência. É a ponte aceita entre a teoria científica e a verdade, e atravessa águas muito lamacentas.
Considere esta afirmação profunda: não temos provas de que os elétrons existem. Zero. Nada.O que temos são muitos modelos teóricos que incluem o conceito de um elétron que fazem um trabalho extraordinariamente bom em prever como as coisas se comportarão. Em filosofia, essa é a divisão entre ontologia (a discussão sobre o que o mundo é ) e epistemologia (a discussão sobre o que podemos saber sobre o mundo).
Agora, este é provavelmente o ponto de vista mais pedante que se pode escolher. Você quase nunca ouvirá um cientista escolher falar dessa maneira. Por quê? Bem, alguns de nossos modelos fazem um trabalho tão bom de prever coisas que tendemos a gostar de apenas alegar que são “realidade”.
Como fazemos essa afirmação? Se o modelo prediz algo que podemos “observar diretamente” usando nossos próprios olhos, ouvidos e mãos, presumimos que seja “real”. A ideia de que organismos unicelulares fazem a comida estragar era apenas uma observação indireta, até que alguém inventou o microscópio e nos deixou olhar com nossos próprios olhos. No nível filosófico, “abençoamos” as observações feitas com nossos próprios sentidos, por nenhuma outra razão além de que é realmente difícil fazer qualquer progresso se não confiarmos em nada.
Considere a ideia de dobrar o espaço-tempo. Todos nós já ouvimos falar da teoria de Einstein de que a massa dobra o espaço-tempo e isso causa a gravidade além de todos os tipos de outros efeitos relativísticos divertidos. No entanto, dobrar o espaço-tempo é apenas uma modelo. Não há prova de que o espaço-tempo realmente se curva, apenas que, se alguém modelar o espaço-tempo como curvatura, obteremos previsões caracteristicamente boas sobre o que acontecerá.
Portanto, não temos nenhum microscópio que pode ser ampliado o suficiente para ver um elétron. Isso por si só é suficiente para fazer com que alguém afirme que ninguém “observou diretamente” um elétron. Se alguém ousar se aventurar na Mecânica Quântica, o mundo fica ainda mais estranho. Devido a todos os tipos de efeitos engraçados que provavelmente estão além do escopo de sua pergunta, o próprio conceito de “observar um elétron” fica bastante confuso. A Mecânica Quântica prevê o que acontecerá no universo de uma forma que torna a frase “observar um elétron” problemática e difícil de realmente quantificar. Se de fato a Mecânica Quântica descreve como o mundo “realmente funciona”, o conceito de observar um elétron pode ser impossível devido aos comportamentos estatísticos do colapso da forma de onda quântica.
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- Não temos provas de que quem lê esta frase também é um ser humano. Não ‘ não acho ‘ justo esperar provas no sentido absoluto de ser necessariamente válido. Mesmo em matemática, uma prova é relativa a um sistema formal e não pode atingir o nível de verdade platônica (seja ela qual for). Como você disse, a questão é apenas perceber que qualquer instrumento que usamos para observar algo, seja nosso olho ou outra coisa, não colocamos diretamente nossas mãos mentais no próprio elétron, mas apenas evidências indiretas por meio de nossos instrumentos. Às vezes, até vemos estrelas quando não há nenhuma.
- @ user21820 Seja ” razoável ” ou não, é um limite fundamental reconhecido da ciência (na verdade, do pensamento empírico em geral). Se alguém deseja discutir o que significa ” observar ” algo, precisamos admitir o que realmente significa ” observe ” algo, e isso inclui questões filosóficas no centro do processo. Caso contrário, sempre estaremos errados sobre o que significa ” observar ” algo, e questões como esta surgem, e nunca parecem ser rebatida porque alguém está escolhendo ignorar o que ” observar ” realmente significa. Grandes mentes da filosofia da ciência, como Popper e …
- … e Kuhn, enfrentaram esse desafio, e sem abdução (o termo filosófico para decidir que a hipótese mais provável é na verdade, verdadeiro), a ciência sempre permanece exatamente a um passo da verdade. Isso não é ‘ uma coisa ruim. Eu amo o que a ciência pode realmente fazer e confio nisso com bastante frequência. Mas ignorar as questões filosóficas em sua raiz é tão perigoso quanto ignorar as questões filosóficas que estão na raiz da matemática ou da religião. É ‘ semelhante a ensinar um soldado, ” quando você puxa o gatilho, a arma dispara, ” e não considerando …
- .. os casos em que a arma não dispara, porque emperra e o soldado precisa destravá-la para continuar. Há ‘ s um motivo pelo qual os militares ensinam os soldados a tirar o rifle de campo durante o estresse do combate.
- Não tenho provas de que você exista #solipsismo
Resposta
Nada é observado sem algum processo físico “realizando” a observação. Os olhos não enxergam passivamente – eles são grandes locais de colisão para incontáveis bombardeios de fótons, os pixels da câmera (ou pigmentos fotossensíveis) não reagem passivamente à luz, eles precisam ser violentamente atingidos por milhares de fótons individuais.
É como estar em um carro, em uma sala escura cheia de penas – como você pode, sem sair do carro, sentir que as penas estão lá? Se você dirigisse na nuvem de penas a 200 mph , você pode ouvir algo quando eles atingem o pára-brisa, se você ouvir com atenção …
É o mesmo em partículas individuais, como um elétron – como você pode sentir algo que é mais leve e mais delicado do que qualquer outra coisa ao seu redor?
Como o carro e as penas, apenas batendo uma coisa na outra com violência suficiente você pode inferir indiretamente a existência de uma ou da outra.
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- Um bom exemplo.
Resposta
Deixe-me dar um vaga analogia para ilustrar os problemas de se falar sobre observação.
Imagine que eu acabei de jogar uma pedra em um lago e pergunto a você, você consegue ver a onda que ela forma? Você diz, sim, claro, por que “Eu digo, não, você realmente não viu toda a onda. Você só viu o que viu de sua posição e ângulo. E é o que você viu a onda? Ou é apenas uma imagem da onda que está em sua mente? Como você sabe que essa imagem é um reflexo preciso da onda real? Na verdade, sabemos que nosso olho tem um limite em seu poder de resolução e em sua sensibilidade.
Então, você não viu nenhuma onda. Você acabou de ver algo que nós dois vemos chame uma “onda” em inglês. A palavra é apenas uma referência à entidade, não à própria entidade. Você pode perguntar, é possível observar um entidade diretamente e não por meio de qualquer instrumento intermediário, como nosso globo ocular? Mas o que realmente é “diretamente”? Se sua mente puder de alguma forma toque na onda (com o quê, posso perguntar?), é o suficiente para você? Ou sua própria mente é apenas um instrumento que você usa para interagir com o mundo?
De qualquer forma, isso mergulha direto nas profundezas fim da filosofia , embora você tenha de responder a isso de alguma forma antes de especificar com precisão o que quer dizer com “observar” .
Por outro lado, e se nós dois concordássemos que havia uma onda, e Eu então pergunto a você, qual é a posição da onda? E você olha fixamente para mim. Mas essa pode muito bem ser a mesma pergunta que você se sentiria tentado a fazer sobre um elétron. E se o elétron realmente tiver uma realidade subjacente que corresponda mais de perto à sua função de onda em vez de um único ponto no espaço? Você tem a menor evidência de que é mais como um ponto? Não.
Você poderia dizer, vamos pegar o ponto mais alto de uma molécula de água (supondo que seja suficientemente pontual) como a posição. Se for assim, então não terá nenhuma propriedade agradável e saltaria aleatoriamente ao redor do lago. Uma ideia melhor seria pegar a média posição das moléculas de água que estão acima do nível médio de água da lagoa. Podemos “ver” que ela se move na direção da onda mais ou menos junto com a crista. Podemos até toque a crista da onda à medida que ela passa, o que significa que podemos estimar a posição conforme definido desta forma. Há alguma incerteza aqui, não muito diferente da incerteza que você vê na medição da posição de um pacote de onda clássico ou na medição da posição de uma partícula (princípio da incerteza de Heisenberg), no sentido de que, apesar da posição de uma onda de lagoa ser bem definida (assumindo moléculas de água semelhantes a pontos ou mais geralmente alguma função de densidade de massa para a água), não podemos nem mesmo medir classicamente com precisão porque qualquer coisa que fizermos irá interromper a onda.
Da mesma forma, podemos de velocidade fina da onda como o fluxo, o fluxo médio da água (de acordo com a evolução da função de densidade de massa ao longo do tempo). Como acontece com a posição, não podemos nem mesmo medir a velocidade com precisão sem alterá-la.
Agora, poderíamos contornar o problema de outra forma. Em vez de tentar observar toda a onda de uma vez, repetimos o arremesso de pedra várias vezes e, a cada vez, observamos apenas uma pequena parte da onda. Claro, agora que somos céticos, questionaremos se realmente podemos repetir algo exatamente da mesma maneira todas as vezes.É claro que é impossível em geral, mas esperamos que não seja tão diferente.
Isso é exatamente o que os cientistas fizeram para observar (neste sentido) a função de onda de um elétron. Isso foi feito há muito tempo, e eu não sei a história, mas supostamente a IBM foi uma das primeiras a organizar moléculas de impureza em uma superfície de metal e, em seguida, usar um microscópio de varredura de túnel para obter a imagem da densidade eletrônica. Eles têm algumas fotos aqui , incluindo o conhecido curral quântico:
( http://researcher.watson.ibm.com/researcher/files/us-flinte/stm16.jpg ) 
Não sei se eles editaram os dados brutos (muito provavelmente, quando fiz isso antes, tive que editar para remover ruídos e artefatos da dica STM imperfeita). Existem outras imagens na Internet como:
( http://nisenet.org/catalog/media/scientific_image_-_quantum_corral_top_view ) 
Mas é claro que todas as cores ou efeitos 3D em imagens STM são gerados por computador. Recentemente (2013), alguns afirmaram ser capazes de gerar imagens de orbitais atômicos, como:
( http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/23/quantum-microscope-peers-into-the-hydrogen-atom ) 
De qualquer forma, lembre-se de que as analogias se dividem e muito pouco sobre elétrons e outras partículas tem um fenômeno vagamente análogo ao da água em um lago. A analogia era apenas para fazer você pensar duas vezes sobre a suposição comum de que uma partícula tem uma posição pontual.
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- Mas espere, então qualquer coisa que se move (clássica e quântica) não ‘ tem uma posição definida? Certamente medimos a posição das coisas macroscopicamente, ou você quer dizer que só podemos medir qualquer coisa até um certo nível de precisão, mas ainda assim seríamos classificados como ‘ ‘ incerto ‘ ‘? Eu ‘ estou me concentrando em seu último ponto sobre a suposição comum.
- @whatwhatwhat: Em minha opinião, nenhuma partícula reside em um único ponto do espaço em nenhum momento , independentemente de se mover ou não ‘ se mover. Isso é consistente com algumas das interpretações da mecânica quântica e não enfrenta o problema de colapso da função de onda que algumas outras interpretações exigem. Só porque uma partícula parece atingir uma tela em uma área localizada, não significa que ela estava em um único ponto! Por que alguém presumiu isso?
- @whatwhatwhat: o que você mede nunca é uma partícula em si. Você tenta ‘ ampliar ‘ algum efeito no nível macroscópico que você pode observar. Ao fazer isso, você enfrentará o problema de seu mecanismo de ampliação afetando a partícula, de modo que nunca poderá observar a mesma partícula no estado que deseja duas vezes. Então, geralmente você precisa replicar esse efeito muitas vezes (você espera) e medir muitas partículas que estão (supostamente) no estado específico que você deseja e, em seguida, obter uma distribuição, que é o que acontece com o experimento de dupla fenda e o imagens em minha resposta.
Resposta
De acordo com o Modelo Padrão, o elétron não tem extensão; um raio de zero. Como tal, tal partícula nunca poderia ser observada (pois não está realmente lá …), mas apenas indiretamente observada, por exemplo, pelo efeito de seu campo elétrico em outras partículas ou objetos.
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- Sua ideia influenciou minha redação desta pergunta em primeiro lugar. Não ‘ você não se pergunta que talvez pensemos que não está realmente lá porque não podemos ‘ observá-lo corretamente? Sei que dizem que o mundo quântico é contra-intuitivo, mas e se essa explicação maluca for apenas porque ainda não temos as ferramentas adequadas para determinar o contrário? Por exemplo – Plutão. Tínhamos tanta certeza de que era um planeta até que provamos o contrário. Para conceitos como o que você mencionou, lembro-me de Plutão e acho ‘ ‘ que essa ideia é verdadeira … até onde nós sabe. ‘ ‘
- Que ideia ??????
- @whatwhatwhat embora a ideia de auxiliares científicos entoando boas teorias como fatos absolutos esteja correta, seu exemplo é ruim. A teoria ‘ de Galeno de que os humanos tinham uma mandíbula dividida é melhor, por exemplo.
- Pessoalmente, eu não ‘ t como a noção de um elétron como uma partícula pontual (cria infinitos estranhos etc.) versus apenas algo muito, muito pequeno. Eu não ‘ não sei porque o Modelo Padrão aceita isso, novamente devido ao problema do infinito, mas aparentemente selecionar um raio como algo muito, muito pequeno é considerado diferente de selecionar um raio de 0
- @jiminion wouldn ‘ um raio de zero significa que os efeitos indiretos que vemos estão sendo criados do nada?
Resposta
Não é totalmente preciso que não possa ser observado. Pode, e foi. No entanto, a observação é apenas um pequeno aspecto do fenômeno de elétrons.
Embora possa ser observado instantaneamente, não pode ser determinado onde está e sua velocidade. A velocidade de um elétron pode ser observada, mas não com o conhecimento de sua posição. A posição de um elétron pode ser observada, mas não sabendo sua velocidade.
O exemplo frequentemente mostrado disso nas aulas de engenharia e física na imagem de uma flecha na floresta. Você pode ver claramente onde ela está, mas a partir de uma imagem da seta, você não pode dizer o quão rápido ela está indo.
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- Bem, para o escopo desta questão, eu ‘ estou interessado apenas em sua posição então.
- Mas o que sobre um cavalo correndo em uma pista de corrida? Podemos medir sua posição ao redor da pista usando marcadores e a velocidade pode ser medida com uma pistola de velocidade. Vamos ‘ s dizer que o cavalo passa por minha pistola de velocidade e registra uma velocidade. Ao mesmo tempo em que minha arma o registra, tiro uma foto da ‘ posição do cavalo em relação aos marcadores. Isso teria medido com êxito a velocidade e a posição do cavalo em um determinado momento?
- @whatwhatwhat – acho que você encontrará mais informações sobre este tópico aqui: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle do que o que posso fornecer.
Resposta
De acordo com o QM relacional , outro observador de um elétron poderia ser simplesmente outro elétron; digamos que outro elétron o repeliu.
Isso significa que as observações dos elétrons estão sendo feitas o tempo todo; apenas não por nós.
Mas acho que este não é o sentido de observar que você está usando em sua pergunta; que parece ser a observação direta pelo olho humano.
No entanto, uma vez que não pudemos ver a bactéria; e agora podemos vê-los através de um microscópio; ninguém diz que “eles” não estão lá.
Talvez o mesmo vá para os elétrons, um dia.