איך פוטון להאיץ את מהירות האור כל כך מהר?

Why is our universe fine-tuned for life? | Brian Greene (מרץ 2019).

Anonim

לא רק פוטון פשוט לקום לתוך קיום מתוך שום דבר, אבל זה גם, ברגע שזה נולד, ברגים משם ב 300 מיליון מטרים לשנייה. לא, זה לא להאיץ, זה גם לא קיים או שהוא עושה, ואם כן, הוא תמיד רץ במהירות האור, עד שהוא צולל לתוך האין כאשר הוא נספג.

פוטונים לא להאיץ אבל הם כבר נוסעים ב 300 מיליון מטרים לשנייה כאשר הנפלט. (צילום: Pexels)

לידתו של פוטון

אלקטרונים מתגוררים בתוך אטומים ברמות אנרגיה שונות. כאשר אנו מעוררים אלקטרונים על ידי, למשל, במקרה של נורה, חימום אטומי טונגסטן, אנו מרוממים אותם לרמות אנרגיה גבוהות יותר. עם זאת, הטבע מחפש יציבות; אלקטרונים abhor טיפוס לרמות גבוהות יותר. כדי להשיג יציבות, האלקטרונים יורדים בחזרה לרמות המקוריות שלהם או אפילו נמוכות יותר. כאשר אלקטרון עושה את זה לקפוץ למטה, האטום פולט פוטון. כמו מיליונים ומיליארדים של אלקטרונים יורדים בו זמנית לרמות נמוכות יותר, הטונגסטן משחררת סופה אדירה של פוטונים.

אז, בעצם, אור או פוטון נולד כאשר אלקטרונים מעברים מרמת אנרגיה גבוהה יותר לרמה אנרגיה נמוכה יותר. עם זאת, כותב אז שואל:

אם היית מציץ בתוך אטום, היית מוצא צבא נסתר של פוטונים לא ברורים, מוכן למארב על הפיקוד של האלקטרון?

ובכן לא. האלקטרון קופץ לרמת אנרגיה נמוכה יותר משום שהוא משתוקק ליציבות, וכדי להשיג זאת, עליו לאבד את האנרגיה שאילצה אותו לטפס מלכתחילה. כפי שמסביר המאמר:

היקום, שלא כמו במקרה של אנרגיית חום, אינו יכול לבזבז אנרגיה מאורגנת זו; זה חייב לשים את האנרגיה הנוספת לשימוש כלשהו. התוצאה היא יצירה מיידית של פוטון; זה ממש קופץ לתוך קיום מתוך שום דבר, מה שזה לא יהיה.

כיצד נוצרים פוטונים. (צילום: Briterorange / ויקיפדיה)

הפוטון הנפלט פשוט מתרחש בנסיעה או כבר בנסיעה ב -300 מיליון מטרים לשנייה. זה לא להאיץ מ 0 מ '/ ים ל 300 מיליון מ \ ש / באופן מיידי. חלקם עשויים לייחס את המוזרות הזאת לחוסר המסה המוחלט של פוטון, אבל זה לא נכון. כאשר נויטרון חופשי מתפרק בסופו של דבר לפרוטון, יוצר אלקטרון ואנטי-נוטרינו בתהליך, גם מתוך האין טהור, אגב, האלקטרונים הנפלטים נצפים בעקביות כבר נוסעים במהירות קבועה. זה לא להאיץ, למרות בעל מסה. אז מה קורה בעולם?

הבנה טובה יותר מושגת כאשר אנו מתבוננים בפוטון - ואלקטרון, לצורך העניין - לא כגלגל נוקשה, לא כאל חלקיק אלא כגל, כמו אדווה בבריכה.

פוטון כגל

אלקטרונים המתנהגים כמו גלים, כשהם משוגרים דרך שני חריצים, מציירים תבנית התערבות, טביעת האצבעות של הגלים, על מסך לפניהם.

חלקיק בסיסי יכול להיחשב כהפרעה או עירור בשדה הגל המתאים. לכן, בעוד האלקטרון הוא הפרעה או עירור של שדה אלקטרונים, פוטון הוא הפרעה או עירור של השדה האלקטרומגנטי. זהו אדווה בבריכה האלקטרומגנטית. עכשיו, זכור כי אדוות בבריכה המושרה על ידי אבן נזרק בו לא להאיץ; הם לא יוצאים לדרך ללא תנועה ומרוויחים בהדרגה. במקום זאת, הם מקרינים החוצה ברגע שהאבן נוגעת במים. הפוטון או הגל האלקטרומגנטי כבר נוסעים ב -300 מיליון מטרים לשנייה, כי ככה מתנהגים גלים!

(צילום: Pixabay)

אם אתה מוצא את זה אבסורדי, אל תדאג, אתה לא לבד. האבסורד נובע מהעובדה שאנו נוטים לטעות בחלקיקים מכאניים קוונטיים עבור חפצים יומיומיים של מסה m, אשר כאשר הם נתונים לכוח F, מואצים על ידי m / s² . חלקיקים מכניים קוונטיים, לעומת זאת, הם דבר מלבד חפצים יומיומיים; הם שונים מכל מה שעוד לא נתקלנו בו. אפילו זוכה פרס נובל ואחד המוחות המבריקים ביותר של המאה שעברה, ריצ'רד פיינמן, למרות היותו חלוץ של האלקטרודינמיקה הקוונטית (QED), הרהר: "אם אתה חושב שאתה מבין את מכניקת הקוונטים, אתה לא מבין את מכניקת הקוואנטים .