Jag tittade på en show på Netflix värd Neil Degrasse Tyson och han nämnde att en av de grundläggande partiklarna som vi känner till, elektronen, är något vi har aldrig ens observerat direkt . Varför har vi inte gjort det? Är det omöjligt? Jag vet att det här är det enkla svaret på alla frågor, men beror det på att vår teknik inte är tillräckligt avancerad än?
Kommentarer
- Se mitt svar. Det accepterade svaret är fel eftersom: (1) Bilderna är inte bilder av en enda partikel. (2) Den citerade artikeln talar nonsens och säger ” Det tar cirka 150 attosekunder för en elektron att cirkulera kärnan i en atom. ” . Elektroner inte kretsar kring en kärna, för att inte säga har en omloppsperiod!
- @ user21820 Jag har inte ’ t accepterat ett svar ännu . Jag kommer en gång att läsa igenom alla ’ s uttalanden
Svar
Definiera ” observera ”
Webster , alternativen för vetenskap är:
a: att titta noga särskilt med uppmärksamhet på detaljer eller beteende i syfte att komma fram till en dom
b: att göra en vetenskaplig observation på eller av
Och på ” observation :
a: en handling för att känna igen och notera ett faktum eller händelse som ofta involverar mätning med instrument
b: en post eller beskrivning så erhållen
Hur observerar vi ett moln? Ljus från solen sprider bort molnets H2O och träffar vårt öga. För att observera det vetenskapligt tar man bilder eller videor för att studera dess tidsutveckling. Ser molnet på videon ” ett moln ”?
Här är en bubbelskammare bild av en elektron :
Elektronen har spridit bort atomer i kammaren joniserande dem och bubblorna bildas där jonerna var. Det vänder i det magnetfält som införs och tappar energi från spridarna. Till skillnad från molnbilden är det inte ljus som sprider bort objektet, utan objektet sprider bort materia och ljuset från den banan registreras. Det är en mer komplicerad väg till en bild, men det finns fortfarande en till en korrespondens mellan objektet som heter elektron, och bilden som vi kallar observation.
Observera att för bubblakammarens dimensioner bubblor (mikroner) och elektronens momentum på bilden, lite MeV / c , uppfyller Heisenberg Osäkerhetsprincip, och därmed inom denna dimension kan elektronen betraktas i sin form som en kvantmekanisk ” partikel ”, med attribut för en klassisk partikel.
Vi ” ser ” elektroner direkt i gnistor , våra ögon och hjärna är inte utrustade för att se ljuset så tydligt som ljuset som reflekteras från molnet, men detta är en begränsning av vår biologi, våra instrument kan.
Så jag tror att uttalandet är ledigt.
Redigera efter kommentar
Tror du att det någonsin skulle vara möjligt att göra något som fungerar som en kamera för att ta en ögonblicksbild av en enda elektron
Sökte i nätet och det har gjorts.
video på https://www.youtube.com/watch?v=OErXAk42MXU
Nu det är möjligt att se en film av en elektron. Filmen visar hur en elektron rider på en ljusvåg efter att bara ha dragits bort från en atom. Detta är första gången en elektron någonsin filmats och resultaten presenteras i den senaste utgåvan av Physical Review Letters.
Så det har gjorts, även om videon saktar så att man kan se sökvägen.
Kommentarer
- Kommentarer är inte för utökad diskussion; denna konversation har flyttats till chatt .
Svar
Begreppet” direkt observation ”är en knepig vetenskaplig filosofi. Det är den accepterade bron mellan vetenskaplig teori och sanning, och den går över några mycket leriga vatten.
Tänk på detta djupa uttalande: vi har inga bevis på elektroner. Noll. Nada.Vad vi gör har är många teoretiska modeller som inkluderar begreppet elektron som gör ett anmärkningsvärt bra jobb med att förutsäga hur saker kommer att bete sig. I filosofin är detta klyftan mellan ontologi (diskussionen om vad världen är ) och epistemologi (diskussionen om vad vi kan veta om världen).
Detta är förmodligen den mest pedantiska synvinkel man kan välja. Du kommer nästan aldrig att höra en vetenskapsman välja att prata på det här sättet. Varför? Nåväl? Vissa av våra modeller gör ett sådant mindblowing bra jobb med att förutsäga saker som vi brukar tycka om att bara hävda att de är ”verkligheten”.
Hur gör vi detta påstående? Om modellen förutsäger något som vi kan ”direkt observera” med våra egna ögon öron och händer, antar vi att det är ”riktigt”. Idén att encelliga organismer gör att maten går dåligt var bara en indirekt observation tills någon uppfann mikroskopet och låt oss titta med våra egna två ögonbollar. På filosofisk nivå ”välsignar” vi observationer gjorda med våra egna sinnen, utan någon annan anledning än att det är riktigt svårt att göra några framsteg om vi inte litar på någonting.
Ta idén om att böja rymdtid. Vi har alla hört talas om Einsteins teori att mass böjer sig rymdtid, och som orsakar gravitation plus alla möjliga andra roliga relativistiska effekter. Böjning av rymdtid är dock bara en Det finns inget bevis på att rymdtid faktiskt böjer sig, bara att om man modellerar rymdtid som böjning får man karakteristiskt bra förutsägelser om vad som kommer att hända.
Så vi har ingen välsignad mikroskop som kan förstoras tillräckligt för att se en elektron. Det är i sig tillräckligt för att göra ett tillstånd att ingen har ”direkt observerat” en elektron. Om man vågar ägna sig åt kvantmekanik blir världen ännu främmande. På grund av alla slags roliga effekter som förmodligen ligger utanför ramen för din fråga blir begreppet ”att observera en elektron” ganska lerigt själv. Kvantmekanik förutsäger vad som kommer att hända i universum på ett sätt som gör frasen ”att observera en elektron” besvärlig och svår att kvantifiera. Om kvantmekanik verkligen beskriver hur världen ”verkligen fungerar”, så kan begreppet att observera en elektron faktiskt vara omöjligt på grund av kvantvågformens kollaps statistiska beteende.
Kommentarer
- Vi har inget bevis på att någon som läser den här meningen är en människa heller. Jag tror inte ’ att det ’ är rättvist att förvänta sig bevis i absolut mening att vara nödvändigtvis giltig. Även i matematik är ett bevis relativt ett formellt system och kan inte nå nivån av platonisk sanning (vad det än är). Som du säger är poängen bara att inse att oavsett vilket instrument vi använder för att observera något, oavsett om det är vårt öga eller något annat, får vi inte direkt våra mentala händer på själva elektronen utan bara får indirekt bevis genom våra instrument. Ibland ser vi till och med stjärnor när det inte finns några.
- @ user21820 Oavsett om det är ” rättvist ” eller inte, det är en erkänd grundläggande gräns för vetenskapen (faktiskt av empiriskt tänkande i allmänhet). Om man vill diskutera vad det innebär att ” observera ” något, måste vi erkänna vad det egentligen betyder att ” observera ” något, och det inkluderar filosofiska frågor i kärnan av processen. Annars har man alltid fel när det gäller att ” observera ” något, och frågor som denna uppstår och verkar aldrig vara slog ner för att man väljer att ignorera vad ” observera ” egentligen betyder. Stora sinnen inom vetenskapens filosofi, som Popper och …
- … och Kuhn, har kämpat med denna utmaning och utan bortförande (den filosofiska termen för att besluta att den mest troliga hypotesen är faktiskt sant), vetenskapen förblir alltid exakt ett steg bort från sanningen. Det här är inte ’ t dåligt. Jag älskar vad vetenskapen faktiskt kan göra, och jag litar på det ganska ofta. Men att handsväva bort de filosofiska frågorna vid dess rot är lika farligt som att handsväva bort de filosofiska frågorna som är roten till matematiken eller religionens rot. Det ’ liknar att lära en soldat, ” när du drar avtryckaren, skjuter pistolen, ” och inte överväger …
- .. de fall där pistolen inte skjuter, för att den fastnar, och soldaten behöver ta bort den för att fortsätta. Det finns ’ en anledning till att militären lär soldater hur man ska ta av sig geväret medan de är under stridsstress.
- Jag har inget bevis på att du existerar #solipsism
Svar
Ingenting observeras utan någon fysisk process som ”utför” observationen. Ögonen ser inte passivt – de är enorma kollisionsplatser för otaliga fotonbombardemang, kamerapixlar (eller ljuskänsliga pigment) reagerar inte passivt på ljus, de måste bli våldsamma med tusentals enskilda fotoner.
Det är som att vara i en bil, i ett mörkt rum fullt av fjädrar – hur kan du, utan att lämna bilen, känna att fjädrarna finns? Om du körde in i fjädermolnet vid 200 mph , du kanske hör något när de slog på vindrutan, om du lyssnade mycket noga …
Det är samma nere vid enskilda partiklar som en elektron – hur kan du känna något som är lättare och mer delikat än något annat kring det?
Liksom bilen och fjädrarna, bara genom att basa en sak i den andra våldsamt nog kan du indirekt dra slutsatsen om den ena eller den andra existensen.
Kommentarer
- Ett mycket bra exempel.
Svar
Låt mig ge ett vag analogi för att illustrera frågorna när det gäller att prata om observation.
Föreställ dig att jag just har kastat en sten i en damm och jag frågar dig, kan du se den våg det ger? Du säger, ja naturligtvis, varför ? Jag säger, nej, du såg inte hela vågen. Du såg bara vad du såg från din position och vinkel. Och är det du såg vågen? Eller är det bara en bild av den våg som du tänker på? Hur vet du ens att den bilden är en korrekt återspegling av den faktiska vågen? Vi vet faktiskt att vårt öga har en gräns för dess upplösningskraft och dess känslighet.
Så du såg faktiskt ingen våg. Du såg bara något som vi båda gör kallar en ”våg” på engelska. Ordet är bara en referens till enheten, inte själva enheten. Du kanske frågar, är det möjligt att observera en enhet direkt och inte genom något mellanliggande instrument som vår ögonglob? Men vad är egentligen ”direkt”? Om ditt sinne på något sätt röra vid vågen (med vad, får jag fråga?), räcker det för dig? Eller är ditt sinne bara ett instrument som du använder för att interagera med världen?
Hur som helst som dyker rakt ut i djupet slutet av filosofi , men du måste på något sätt svara det innan du kan ange exakt nog vad du menar med ”observera” .
Å andra sidan, vad händer om vi båda är överens om att det var en våg, och Jag frågar dig då, vad är vågens position? Och du stirrar tomt på mig. Men det kan mycket väl vara samma fråga som du skulle vara frestad att ställa om en elektron. Vad händer om elektronen verkligen har en underliggande verklighet som motsvarar närmare dess vågfunktion snarare än en enda punkt i rymden? Har du ens det minsta beviset för att det är mer som en poäng? Nej.
Man kan säga, låt oss ta den högsta punkten i en vattenmolekyl (förutsatt att den är tillräckligt punktlik) som position. Om så är fallet kommer det inte att ha några fina egenskaper alls och skulle slumpmässigt hoppa runt dammen. En bättre idé skulle vara att ta genomsnitt position för de vattenmolekyler som ligger över dammens genomsnittliga vattennivå. Då kan vi ”se” att den rör sig i vågens riktning mer eller mindre tillsammans med toppen. Vi kan till och med vidröra vågkammen när den går förbi, vilket innebär att vi kan uppskatta positionen som definierad på detta sätt. Det finns viss osäkerhet här, inte till skillnad från osäkerheten du ser när du mäter positionen för ett klassiskt vågpaket eller när du mäter position av en partikel (Heisenbergs osäkerhetsprincip), i den meningen att trots att en dammvågs position är väldefinierad (förutsatt att punktliknande vattenmolekyler eller mer generellt en viss massdensitetsfunktion för vattnet) kan vi inte ens klassiskt mäta det exakt eftersom allt vi gör kommer att störa vågen.
På samma sätt kan vi de fin hastighet för vågen som flödet, det genomsnittliga flödet av vattnet (enligt utvecklingen av massdensitetsfunktionen över tiden). Som med position kan vi inte ens klassiskt mäta hastigheten exakt utan att ändra den.
Nu kan vi gå en annan väg runt problemet. Istället för att försöka observera hela vågen på en gång upprepar vi stenkasten många gånger, och varje gång observerar vi bara en liten del av vågen. Nu när vi är skeptiska kommer vi naturligtvis att ifrågasätta om vi verkligen kan upprepa något i exakt på samma sätt varje gång.Det är naturligtvis omöjligt i allmänhet men vi hoppas att det inte är alltför vildt annorlunda.
Detta är precis vad forskare har gjort för att observera (i denna mening) vågfunktionen hos en elektron. Det gjordes för länge sedan, och jag känner inte till historien, men förmodligen var IBM en av de första som ordnade orenhetsmolekyler på en metallyta och sedan använde ett Scanning Tunneling Microscope för att avbilda elektrontätheten. De har några bilder här , inklusive den välkända kvantkorralen:
( http://researcher.watson.ibm.com/researcher/files/us-flinte/stm16.jpg ) 
Jag vet inte om de redigerade rådata (mycket troligt när jag gjorde det innan jag var tvungen att redigera för att ta bort brus och artefakter från det ofullkomliga STM-tipset). Det finns andra bilder på internet som:
( http://nisenet.org/catalog/media/scientific_image_-_quantum_corral_top_view ) 
Men naturligtvis genereras alla färg- eller 3d-effekter i STM-bilder datorgenererade. Nyligen (2013) har vissa hävdat att de kan bilda atomorbitaler, till exempel:
( http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/may/23/quantum-microscope-peers-into-the-hydrogen-atom ) 
Hur som helst, kom ihåg att analogier går sönder och mycket lite om elektroner och andra partiklar har till och med ett vagt analogt fenomen med vatten i en damm. Analogin var bara att få dig att tänka två gånger på det vanliga antagandet att en partikel har en punktposition.
Kommentarer
- Men vänta, så då något som rör sig (klassiskt och kvant) har ’ t en bestämd position? Vi mäter verkligen sakernas position makroskopiskt, eller menar du att vi bara kan mäta vad som helst till en viss grad av precision men fortfarande skulle klassificeras som ’ ’ osäkert ’ ’? Jag ’ fokuserar på din sista punkt om det gemensamma antagandet.
- @whatwhatwhat: Enligt min mening finns ingen partikel vid en enda punkt i rymden när som helst , oavsett om det rör sig eller rör sig inte ’. Detta överensstämmer med några av kvantmekanikernas tolkningar och står inte inför problemet med vågfunktionskollaps som vissa andra tolkningar kräver. Bara för att en partikel verkar träffa en skärm i ett lokaliserat område betyder inte att det var vid en enda punkt alls! Varför antog någon det?
- @whatwhatwhat: Vad du mäter är aldrig en partikel i sig. Du försöker ’ förstora ’ någon effekt till den makroskopiska nivån som du kan observera. Genom att göra detta kommer du att möta problemet med att din förstoringsmekanism påverkar partikeln, så att du aldrig kan observera samma partikel i det tillstånd du vill ha den två gånger. Så vanligtvis måste du replikera den effekten många gånger (hoppas du) och mäta många partiklar som är (förmodas vara) i det specifika tillstånd du vill ha, och sedan få en fördelning, vilket är vad som händer med dubbelspårsexperimentet och bilder i mitt svar.
Svar
Enligt standardmodellen har elektronen ingen utsträckning; en radie på noll. Som sådan kunde en sådan partikel aldrig observeras (eftersom den inte finns där …) utan bara indirekt observeras av till exempel effekten av dess elektriska fält på andra partiklar eller föremål.
Kommentarer
- Din idé påverkade först att jag skrev den här frågan. Undrar du ’ t att vi kanske bara tror att det inte finns där för att vi ’ inte kan observera det ordentligt? Jag vet att de säger att kvantvärlden är kontraintuitiv, men vad händer om den här galna förklaringen bara beror på att vi ännu inte har lämpliga verktyg för att avgöra något annat? Till exempel – Pluto. Vi var så säkra på att det var en planet tills vi visade något annat. För begrepp som det du nämner, kommer jag ihåg Pluto och tänker ’ ’ denna idé är sant …. så långt vi vet. ’ ’
- Vilken idé ??????
- @whatwhatwhat Medan tanken på vetenskapliga hängare att ställa in goda teorier som absolut faktum är korrekt, är ditt exempel dåligt. Galen ’ teori om att människor hade ett delat käftben är till exempel bättre.
- Personligen gör jag inte ’ t som begreppet en elektron som en punktpartikel (skapar konstiga oändligheter, etc.) kontra bara något mycket, väldigt litet. Jag vet inte ’ varför standardmodellen accepterar detta, igen på grund av oändlighetsproblemet, men tydligen väljer jag en radie som bara något mycket, mycket litet anses vara annorlunda än att välja en radie på 0.
- @jiminion skulle inte ’ ta en radie på noll innebär att de indirekta effekterna vi skapar skapas från ingenstans?
Svar
Det är inte helt korrekt att det inte kan observeras. Det kan och har. Observation är dock bara en liten aspekt av fenomenet elektroner.
Även om det kan observeras omedelbart, kan det inte bestämmas både var det är och dess hastighet. Elektronens hastighet kan observeras, men inte med att känna till dess position. En elektrons position kan observeras, men inte med vetskap om dess hastighet.
Det ofta visade exemplet på detta i teknik- och fysikklasser i bilden av en pil i skogen. Du kan tydligt se var det är, men från en bild på pilen kan du inte säga hur snabbt det går.
Kommentarer
- Tja för omfattningen av denna fråga jag ’ är bara intresserad av dess ståndpunkt då.
- Men vad om en häst som springer runt en racerbana? Vi kan mäta dess position runt banan med hjälp av markörer och hastigheten kan mätas med en hastighetspistol. Låt ’ säga att hästen springer förbi min hastighetspistol och registrerar en hastighet. Samtidigt som min pistol registrerar det tar jag en bild av hästens ’ position i förhållande till markörerna. Skulle det ha lyckats mäta både hästens hastighet och position vid en viss tidpunkt?
- @whatwhatwhat – Jag tror att du hittar mer om detta ämne här: en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle än vad jag kan tillhandahålla.
Svar
Enligt relationell QM kan en annan observatör av en elektron helt enkelt vara en annan elektron; säg en annan elektron som avstöt den.
Detta betyder att observationer görs av elektroner hela tiden; bara inte av oss.
Men detta tror jag inte är känslan av att observera du använder i din fråga; vilket verkar vara det direkta observationen av det mänskliga ögat.
Men en gång kunde vi inte se bakterier; och nu kan vi se dem genom ett mikroskop; ingen säger att ”de är inte där.
Kanske kommer samma sak att gälla elektroner, en dag.