De ce nu se poate observa ' t un electron?

Definiți ” observați ”

Webster , opțiunile pentru știință sunt:

a: a urmări cu atenție mai ales cu atenție la detalii sau comportament în scopul de a ajunge la o judecată

b: a face o observație științifică asupra sau a

Și pe ” :

a: un act de recunoaștere și notare a unui fapt sau eveniment care implică adesea măsurarea cu instrumente

b: o înregistrare sau o descriere astfel obținut

Cum observăm un nor? Lumina de la soare împrăștie H2O a norului și ne lovește ochiul. Pentru a o observa științific, se fac fotografii sau videoclipuri pentru a studia evoluția timpului. Norul din videoclip este ” observând un nor „?

Iată o cameră cu bule imagine a unui electron :

Electronul a împrăștiat atomii din cameră ionizându-i, iar bulele se formează acolo unde erau ionii. Se transformă în câmpul magnetic impus și pierde energie din împrăștiere. Spre deosebire de imaginea norului, nu lumina dispare obiectul, ci obiectul împrăștie materia, iar lumina acelei căi este înregistrată. Este o cale mai complicată către o imagine, dar există încă o corespondență unu la unu a obiectului numit electron, cu imaginea pe care o numim observare.

Vă rugăm să rețineți că pentru dimensiunile camerei cu bule bulele (microni) și impulsul electronului din imagine, unele MeV / c , satisfac Heisenberg Principiul incertitudinii, și, astfel, în cadrul acestei dimensiuni, electronul poate fi considerat în forma sa ca o divică mecanică cuantică ” particulă „, cu atribute ale unei particule clasice.

De asemenea, ” vedem ” electroni direct în scânteie , ochii și creierul nostru nu sunt echipați pentru a vedea lumina la fel de clar ca lumina reflectată din nor, dar aceasta este o limitare a biologiei noastre, instrumentele noastre o pot face.

Deci, cred că afirmația este vidă.

Editați după comentariu

Credeți că ar fi vreodată posibil să creați ceva care să funcționeze ca o cameră pentru a face un instantaneu al unui singur electron

A căutat pe net și s-a făcut .

videoclip la https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU

Acum este posibil să vezi un film al unui electron. Filmul arată cum un electron călărește pe o undă de lumină după ce a fost îndepărtat de un atom. Aceasta este prima dată când se filmează vreodată un electron, iar rezultatele sunt prezentate în cel mai recent număr al Physical Review Letters.

Așa s-a făcut, deși videoclipul este încetinit, astfel încât cineva să poată vedea calea.

Comentarii

• Comentariile nu sunt pentru discuții extinse; această conversație a fost mutată în chat .

Conceptul de” observare directă „este unul dificil în filosofia științei. Este puntea acceptată între teoria științifică și adevăr și trece peste niște ape foarte noroioase.

Luați în considerare această afirmație profundă: nu avem dovezi că există electroni. Zero. Nada. Avem avem multe modele teoretice care includ conceptul de electron care fac o treabă remarcabil de bună de a prezice cum se vor comporta lucrurile. În filozofie, aceasta este diviziunea dintre ontologie (discuția despre ceea ce este lumea ) și epistemologie (discuția despre ceea ce putem ști despre lume).

Acum acesta este probabil cel mai pedant punct de vedere pe care îl poți alege. Aproape că nu veți auzi niciodată un om de știință alegând să vorbească în acest fel. De ce? Ei bine, unele dintre modelele noastre fac o treabă atât de impresionantă de a prezice lucruri care tindem să ne placă să pretindem că „sunt„ realitate ”.

Cum facem această afirmație? Dacă modelul prezice ceva ce putem „observa direct” folosind propriile noastre ochi urechi și mâini, atunci presupunem că este „real”. Ideea că organismele unicelulare fac ca alimentele să nu funcționeze a fost decât o observație indirectă până când cineva a inventat microscopul și ne-a lăsat să privim cu propriii noștri globi oculari. La nivel filosofic, „binecuvântăm” observațiile făcute cu propriile noastre simțuri, fără niciun alt motiv în afară de faptul că este cu adevărat greu de făcut orice progres dacă nu avem încredere în nimic.

Luați ideea de îndoire a spațiului-timp. Am auzit cu toții despre teoria lui Einstein că masa se îndoaie spațiu-timp și că provoacă gravitația plus tot felul de alte efecte relativiste distractive. model. Nu există nicio dovadă că spațiu-timp de fapt se îndoaie, doar că, dacă unul modelează spațiu-timp ca îndoire, se obține predicții caracteristice bune despre ceea ce se va întâmpla.

Deci nu avem binecuvântate microscop care poate mări suficient pentru a vedea un electron. Acest lucru de unul singur este suficient pentru a face o singură stare că nimeni nu a „observat direct” un electron. Dacă cineva îndrăznește să intre în mecanica cuantică, lumea devine și mai necunoscută. Datorită tot felului de efecte amuzante care sunt probabil dincolo de sfera întrebării dvs., conceptul de „observare a unui electron” devine destul de tulbure. Mecanica cuantică prezice ce se va întâmpla în univers într-un mod care face ca expresia „observarea unui electron” să fie dificilă și dificil de cuantificat cu adevărat. Dacă într-adevăr mecanica cuantică descrie modul în care „funcționează într-adevăr lumea”, atunci conceptul de observare a unui electron poate fi de fapt imposibil din cauza comportamentelor statistice ale colapsului formei de undă cuantice.

Comentarii

• Nu avem nicio dovadă că oricine citește această propoziție este și ființă umană. Nu ‘ nu cred că este ‘ corect să aștept dovezi în sensul absolut de a fi neapărat valabile. Chiar și în matematică o dovadă este relativă la un sistem formal și nu poate atinge nivelul adevărului platonic (oricare ar fi acesta). După cum spuneți, ideea este doar să ne dăm seama că orice instrument pe care îl folosim pentru a observa ceva, fie că este ochiul nostru sau altceva, nu primim direct mâinile noastre mentale asupra electronului însuși, ci primim doar dovezi indirecte prin instrumentele noastre. Uneori chiar vedem stele când nu există.
• @ user21820 Fie că este ” corect ” sau nu, este o limită fundamentală recunoscută a științei (într-adevăr a gândirii empirice în general). Dacă cineva dorește să discute despre ce înseamnă ” să observăm ceva „, trebuie să admitem ce înseamnă de fapt pentru ” observați ” ceva și asta include aspecte filozofice la baza procesului. În caz contrar, cineva greșește întotdeauna cu privire la ceea ce înseamnă să ” observați ceva „, iar întrebări de genul acesta apar și nu par să fie niciodată respins, deoarece se alege să ignore ceea ce înseamnă ” observând „. Minți minunate din filosofia științei, precum Popper și …
• … și Kuhn, s-au confruntat cu această provocare și fără răpire (termenul filosofic pentru a decide că ipoteza cea mai probabilă este de fapt adevărat), știința rămâne întotdeauna exact la un pas de adevăr. Acesta nu este ‘ un lucru rău. Îmi place ceea ce știința poate face de fapt și mă bazez destul de des pe asta. Dar a îndepărta cu mâna întrebările filosofice de la rădăcina sa este la fel de periculoasă ca și a îndepărta manual întrebările filosofice de la rădăcina matematicii sau rădăcina religiei. ‘ este asemănător învățării unui soldat, ” atunci când apeși pe trăgaci, arma va trage, ” și fără a lua în considerare …
• .. cazurile în care arma nu trage, pentru că se blochează, iar soldatul trebuie să o dezlipească pentru a continua. ‘ este un motiv pentru care militarii îi învață pe soldați cum să-și dezbrace pușca în timp ce se află sub stresul luptei.
• Nu am nicio dovadă că exiști #solipsism

Nimic nu este observat fără un anumit proces fizic „efectuând” observația. Ochii nu văd pasiv – sunt situri uriașe de coliziune pentru nenumărate bombarde cu fotoni, pixelii camerei (sau pigmenți fotosensibili) nu reacționează pasiv la lumină, trebuie să fie bătut violent de mii de fotoni individuali.

Este ca și cum ai fi într-o mașină, într-o cameră întunecată plină de pene – cum poți, fără a părăsi mașina, să simți că pene sunt acolo? Dacă ai fi condus în norul de pene la 200 mph , s-ar putea să auziți ceva când au lovit parbrizul, dacă ați ascultat foarte atent …

Este la fel la particulele individuale, cum ar fi un electron – cum puteți simți ceva care este mai ușor și mai mai delicat decât orice altceva din jur?

La fel ca mașina și penele, numai prin prinderea unui lucru în celălalt suficient de violent poți deduce indirect existența uneia sau a celeilalte.

Comentarii

• Un exemplu foarte bun.

Permiteți-mi să dau un analogie vagă pentru a ilustra problemele vorbind despre observație.

Imaginați-vă că tocmai am aruncat o piatră într-un iaz și vă întreb, puteți vedea valul pe care îl face? Spuneți, da, desigur, de ce ? Zic, nu, nu ai văzut cu adevărat tot valul. Ai văzut doar ceea ce ai văzut din poziția și unghiul tău. Și ce ai văzut valul? Sau este doar o imagine a undei din mintea ta? De unde știi chiar știi că acea imagine este o reflectare exactă a undei reale? De fapt, știm că ochiul nostru are o limită asupra puterii sale de rezolvare și a sensibilității sale.

Deci nu ați văzut de fapt nicio undă. Tocmai ați văzut ceva ce facem amândoi numiți un „val” în limba engleză. Cuvântul este doar o referință la entitate, nu la entitatea însăși. S-ar putea să întrebați, este posibil să observați o entitate direct și nu prin orice instrument intermediar , cum ar fi globul nostru ocular? Dar ce este cu adevărat „direct”? Dacă mintea ta poate cumva atinge valul (cu ce, pot să întreb?), îți este suficient? Sau mintea ta în sine este doar un instrument pe care îl folosești pentru a interacționa cu lumea?

Oricum se aruncă direct în adânc sfârșitul filosofiei , deși va trebui să răspunzi într-un fel că, înainte de a putea specifica suficient de exact ce vrei să spui prin „observare” .

Pe de altă parte, ce se întâmplă dacă amândoi suntem de acord că a existat un val și Atunci te întreb, care este poziția undei? Și te uiți în gol la mine. Dar ar putea fi aceeași întrebare pe care ai fi tentat să o pui despre un electron. Ce se întâmplă dacă electronul are într-adevăr o realitate care corespunde mai strâns funcției sale de undă decât un singur punct din spațiu? Aveți chiar și cea mai mică dovadă că este mai degrabă un punct? Nu.

Ai putea spune, să luăm cel mai înalt punct al unei molecule de apă (presupunând că este suficient de punctiformă) ca poziție. Dacă da, atunci nu va avea deloc proprietăți frumoase și ar sari în mod aleatoriu în jurul iazului. O idee mai bună ar fi să ia medie a moleculelor de apă care sunt peste nivelul mediu al apei din iaz. Apoi putem „vedea” că se deplasează în direcția valului mai mult sau mai puțin împreună cu creasta. Putem chiar atingeți creasta valului pe măsură ce trece, ceea ce înseamnă că putem estima poziția așa cum este definită în acest fel. Există o anumită incertitudine aici, nu spre deosebire de incertitudinea pe care o vedeți în măsurarea poziției unui pachet de unde clasic sau în măsurarea poziției unei particule (principiul incertitudinii lui Heisenberg), în sensul că, în ciuda poziției undei de iaz fiind bine definită (presupunând molecule de apă asemănătoare punctelor sau mai general o funcție de densitate a masei pentru apă), nu putem chiar măsoară clasic este precis, deoarece orice facem va perturba valul.

În mod similar, putem de viteza fină a valului ca flux, debitul mediu al apei (în funcție de evoluția funcției densității masei în timp). La fel ca în cazul poziției, nici măcar nu putem măsura clasic viteza cu exactitate fără a o schimba.

Acum, am putea face un alt drum în jurul problemei. În loc să încercăm să observăm tot valul simultan, repetăm aruncarea de piatră de multe ori și de fiecare dată observăm doar o mică parte a valului. Desigur, acum că suntem sceptici, ne vom pune la îndoială dacă într-adevăr putem repeta ceva în exact în același mod de fiecare dată.„Este, desigur, imposibil în general, dar sperăm că nu este prea diferit.

Este exact ceea ce au făcut oamenii de știință pentru a observa (în acest sens) funcția de undă a unui electron. S-a făcut cu mult timp în urmă și nu știu istoria, dar se presupune că IBM a fost unul dintre primii care a aranjat molecule de impuritate pe o suprafață metalică și apoi a folosit un microscop de scanare cu tunel pentru a imagina densitatea electronilor. Au câteva imagini aici , inclusiv cunoscutul coral cuantic:

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

u știu dacă au editat datele brute (foarte probabil, când am făcut-o înainte, a trebuit să editez pentru a elimina zgomotul și artefactele din vârful imperfect STM). Există alte imagini pe internet precum:

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

Dar, desigur, toate efectele de culoare sau 3d din imaginile STM sunt generate de computer. Recent (2013), unii au susținut că pot imagina orbitali atomici, cum ar fi:

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

Oricum, amintiți-vă că analogiile se descompun și foarte puțin despre electroni și alte particule are chiar un fenomen vag analog cu apa dintr-un iaz. Analogia a fost doar pentru a vă determina să vă gândiți de două ori la presupunerea comună că o particulă are o poziție punctuală.

Comentarii

• Dar așteptați, atunci orice mișcă (clasic și cuantic) nu are ‘ o poziție definită? Cu siguranță măsurăm poziția lucrurilor macroscopic sau vrei să spui că putem măsura orice la un anumit nivel de precizie, dar am fi clasificate în continuare ca ‘ ‘ incert ‘ ‘ Mă ‘ mă concentrez pe ultimul dvs. punct despre presupunerea comună.
• @whatwhatwhat: În opinia mea, nici o particulă nu se află într-un singur punct al spațiului în niciun moment , indiferent dacă se mișcă sau nu ‘ se mișcă. Acest lucru este în concordanță cu unele dintre interpretările mecanicii cuantice și nu se confruntă cu problema colapsului funcției de undă pe care o necesită alte interpretări. Doar pentru că o particulă pare să lovească un ecran într-o zonă localizată nu înseamnă că a fost într-un singur punct! De ce a presupus cineva asta?
• @whatwhatwhat: ceea ce măsurați nu este niciodată o particulă în sine. Încercați să ‘ măriți ‘ un anumit efect la nivelul macroscopic pe care îl puteți observa. Procedând astfel, vă veți confrunta cu problema mecanismului de mărire care afectează particula, astfel încât să nu puteți observa niciodată aceeași particulă în starea dorită de două ori. Deci, de obicei, trebuie să replicați acest efect de multe ori (sperați) și să măsurați multe particule care se presupun că se află în starea particulară pe care o doriți și apoi să obțineți o distribuție, ceea ce se întâmplă cu experimentul cu dublă fantă imagini în răspunsul meu.

Conform modelului standard, electronul nu are întindere; o rază zero. Ca atare, o astfel de particulă nu a putut fi observată niciodată (întrucât nu este într-adevăr acolo …), ci doar indirect, de exemplu, prin efectul câmpului său electric asupra altor particule sau obiecte.

Comentarii

• Ideea ta a influențat în primul rând scrierea acestei întrebări. Nu ‘ vă întrebați că poate credem doar că nu este într-adevăr acolo pentru că nu putem ‘ să îl observăm corect? Știu că ei spun că lumea cuantică este contra intuitivă, dar dacă această explicație nebună este doar pentru că nu avem încă instrumentele adecvate pentru a determina altfel? De exemplu – Pluto. Am fost atât de siguri că era o planetă până când nu am demonstrat contrariul. Pentru concepte precum cea pe care o menționezi, îmi amintesc de Pluto și cred că ‘ ‘ această idee este adevărată …. în măsura în care noi știi. ‘ ‘
• Ce idee ??????
• @whatwhatwhat în timp ce ideea științificilor de interpretare a teoriilor bune ca fapt absolut este corectă, exemplul dvs. este rău. Teoria lui Galen ‘ conform căreia oamenii aveau o osie divizată este mai bună, de exemplu.
• Personal, eu nu ‘ t place noțiunea de electron ca particulă punctuală (creează infinități ciudate etc.) față de ceva foarte, foarte mic. Nu ‘ nu știu de ce modelul standard acceptă acest lucru, din nou din cauza problemei infinitului, dar aparent selectarea unei raze ca doar ceva foarte, foarte mic este considerată diferită decât selectarea unei raze de 0.
• @jiminion nu ar ‘ o rază zero înseamnă că efectele indirecte pe care le vedem sunt create de nicăieri?

Nu este complet precis că nu poate fi observat. Poate și are. Cu toate acestea, observarea este doar un aspect mic al fenomenului de electroni.

Deși poate fi observat instantaneu, nu poate fi determinat atât unde se află, cât și viteza acestuia. Viteza unui electron poate fi observată, dar nu și cunoașterea poziției sale. Poziția unui electron poate fi să fie observat, dar nu știind viteza acestuia.

Exemplul des prezentat în clasele de inginerie și fizică din imaginea unei săgeți din pădure. Puteți vedea clar unde se află, ci dintr-o imagine din săgeată, nu puteți spune cât de repede merge.

Comentarii

• Ei bine, pentru scopul acestei întrebări, eu Sunt interesat doar de poziția sa atunci.
• Dar ce despre un cal care aleargă în jurul unui hipodrom? Putem măsura poziția sa în jurul pistei folosind markeri, iar viteza poate fi măsurată cu un pistol de viteză. Să ‘ să spunem că calul trece pe lângă pistolul meu de viteză și înregistrează o viteză. În același timp în care pistolul meu îl înregistrează, fac o fotografie a poziției calului ‘ față de marcaje. Ar fi măsurat cu succes atât viteza, cât și poziția calului într-un moment dat?
• @whatwhatwhat – Cred că veți găsi mai multe despre acest subiect aici: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle decât ceea ce pot oferi.

Conform QM relațional , un alt observator al unui electron ar putea fi pur și simplu un alt electron; spune un alt electron care l-a respins.

Aceasta înseamnă că se fac observații ale electronilor tot timpul; doar nu de noi.

Dar acest lucru, cred, nu este „sensul de a observa pe care îl folosiți în întrebarea dvs.; care pare a fi observarea directă de către ochiul uman.

Cu toate acestea, odată ce nu am putut vedea bacteriile; iar acum le putem vedea la microscop; nimeni nu spune că ei nu sunt acolo.

Poate că la fel va fi și pentru electroni, într-o zi.