Kaip fotonas pagreitina šviesos greitį taip greitai?

Exposing Digital Photography by Dan Armendariz (Liepa 2019).

Anonim

Fotonas ne tik prasiskverbia iš vienintelio nieko, bet ir iš karto, kai jis gimsta, atsukamas 300 milijonų metrų per sekundę. Ne, ji nespėja pagreitinti, ji nei egzistuoja, nei nėra, o jei taip, visada lenktyniauja prie šviesos greičio, kol ji vėl sugrįžta į nieką.

Fotonai nepajėgia pagreitinti, bet jau eina per 300 milijonų metrų per sekundę. (Nuotraukų kreditas: "Pexels")

Photono gimimas

Elektronai gyvena skirtingų energijos lygių atomų viduje. Kai mes sužadiname elektronus, pavyzdžiui, lemputės atveju, kaitindami volframo atomus, pakelkime juos į aukštesnius energijos lygius. Tačiau gamta siekia stabilumo; elektronai abhor aukštėjimo iki aukštesnio lygio. Norint pasiekti stabilumą, elektronai nusileidžia atgal į pradinį arba net žemesnį lygį. Kai elektronas daro šį šuolį žemyn, atomas išmeta fotoną. Kadangi milijonai ir milijardai elektronų vienu metu nusileidžia žemesniuose lygiuose, volframas išlaisvina didžiulį fotonų srautą.

Taigi, iš esmės šviesa arba fotonas gimsta, kai elektronas pereina nuo aukštesnio energijos lygio iki žemesnio energijos lygio. Tačiau rašytojas klausia:

Jei tu atrodysi atomo, pamatysi paslėptą neišskaitomų fotonų kariuomenę, pasiruošusią įsibrauti į elektronų komandą?

Gerai ne. Elektronas šokinėja į žemesnį energijos lygį, nes jis trokšta stabilumo, ir, norėdamas tai pasiekti, jis turi prarasti energiją, kuri privertė ją lipti pirmiausia. Kaip paaiškinama straipsnyje:

Visata, skirtingai nei šilumos energijos atveju, negali išsilaisvinti šios organizuotos energijos; ji turi naudoti papildomą energiją tam tikram naudojimui. Rezultatas yra momentinis fotono sukūrimas; tai tiesiog prasiskverbia iš egzistencijos nieko, kas tai yra.

Kaip sukurti fotonai. (Nuotraukų kreditas: "Brighterorange" / "Wikimedia Commons")

Išmetamas fotonas tiesiog eina keliauti arba jau keliauja po 300 milijonų metrų per sekundę. Tai nedelsiant pagreitėja nuo 0 m / s iki 300 milijonų m / s akimirksniu. Kai kurie gali priskirti šį ekscentriškumą fotonui visiškai išspręsti masę, tačiau tai nėra tiesa. Kai laisvasis neutronas ilgainiui susiliečia su protonu, procese sukuriamas elektronas ir anti-neutriinas, be to, iš elektroninio spinduliuotės, be to, beveik nieko nepastebima, kad nuolat eina fiksuotu greičiu. Ji nesikeičia, nepaisant masės. Taigi, kas vyksta pasaulyje?

Geresnis supratimas pasiekiamas, kai mes žvelgiame į fotoną - o elektronas šiuo klausimu - ne kaip standus rutulys, o ne kaip dalelė, o kaip banga, kaip purškimas tvenkinyje.

Photon kaip banga

Elektronai elgiasi kaip bangos, nes po to, kai jie paleidžiami dviem plyšiais, įterpkite interferenciją, labai bangų pirštų atspaudus, ekrane prieš juos.

Elementarioji dalelė gali būti laikoma sutrikimu ar sužadinimu atitinkamame bangų lauke. Taigi, nors elektronas yra trikdymas ar elektronų lauko sužadinimas, fotonas yra elektromagnetinio lauko sutrikimas ar sužadinimas. Tai elektromagnetinio tvenkinio pulsas. Dabar atminkite, kad tvenkinys, kurį sukelia jame išmestas akmuo, nepadidėja; jie neprasideda nuo judesio ir pamažu gauna greitį. Vietoj to, jie skleidžia iš išorės akimirką, kai akmuo paliečia vandenį. Fotonas ar elektromagnetinė banga jau keliauja 300 milijonų metrų per sekundę, nes būtent taip bangos elgiasi!

(Nuotraukų kreditas: Pixabay)

Jei pastebėsite šį absurdiškumą, nesijaudinkite, jūs ne vieni. Absurdas kyla dėl to, kad mes dažniausiai klaida kvantines mechanines daleles kasdieniams masės m objektams , kurie, veikiant jėga F, pagreitinami m / s² . Tačiau kvantinės mechaninės dalelės yra kasdienybės objektai; jie skiriasi nuo to, ką mes dar susidūrėme. Net Nobelio premijos laureatas ir vienas iš ryškiausių proto praėjusio amžiaus Richardas Feynmanas, nepaisant to, kad jis yra "Kvantinės elektrodinamikos" (QED) pradininkas, mąstė: "Jei manote, kad suprantate kvantinę mechaniką, jūs nesuprantate kvantinės mechanikos "