Helymeghatározás (fizika)
Valaminek a helymeghatározása, valaminek a helyének a megtalálása vagy meghatározása a modern tudomány egyik alapgondolata. Ahhoz, hogy a fizikában meg tudjuk mondani, mit jelent a "lokalizálni" vagy "lokalizálni", világos beszéddel meg kell magyaráznunk, hogyan végezzük valaminek a lokalizálását.
A mi méretünkkel kapcsolatos dolgok esetében általában két olyan kezdőpontot használunk, amelyeket mindenki ismer, és ezektől a pontoktól mérünk el addig a dologig, amelynek helyét meg akarjuk adni. Kezdhetjük a Plymouth-sziklával és a Blarney-kővel. Akkor azt mondhatnánk: "Smith kapitány hajója 1400 mérföldre van a Plymouth-sziklától a Blarney-kő felé tartva". Vagy egy másik esetben azt mondhatnánk: "Jones kapitány hajóját úgy találjuk meg, ha húzunk egy vonalat a Plymouth-sziklától a Blarney-kőig, megkeresünk egy pontot 700 mérföldre ezen a vonalon a Plymouth-sziklától, a Plymouth-sziklától ezt a pontot elérve 90°-kal balra fordulunk, majd további 90 mérföldet utazunk.
Ha valamilyen módon jól ismerjük az iránytű irányait, akkor mondhatunk valami olyasmit, hogy "Menjünk három mérföldre északra attól a nagy fehér sziklától, és onnan két mérföldre keletre". Oda tettem az aranyat."
Valaminek a helyét általában úgy találjuk meg, hogy valahol látjuk, valahol halljuk, valahol érezzük stb. Néha úgy tudjuk meg, hogy hol van valami, hogy megnézünk egy fényképet, megtaláljuk radarral, vagy szonárral bemérjük.
Egy elektron, egy foton, vagy bármi más, ilyen kis méretű dolog sokkal nehezebben lokalizálható. Megépíthetünk egy olyan fényforrást, amely egyszerre csak egy fotont állít elő. A fényforrást egy darab fényképészeti filmre irányíthatjuk, hagyjuk, hogy a fényforrás egy fotont hozzon létre, majd előhívjuk a fényképészeti filmet. Ha nagyon érzékeny fotófilmünk lenne, amelyet csak egyetlen foton sötétíthetne el, akkor egy apró ezüstpöttyöt találnánk ott, ahol a foton véget ért. Egy ezüstatom sokkal nagyobb, mint egy foton, így nem lenne egyértelmű, hogy a foton hol kötött ki, de az emberek valószínűleg egyetértenének abban, hogy a foton valahol az ezüstatom által alkotott céltáblán belül kötött ki. Annyit azonban elmondhatunk, hogy a fotonnak azon a ponton kellett lennie, amikor véget vetett létezésének. Amikor egy foton elnyelődik egy elektron által, energiáját átadja az elektronnak, és eltűnik. Tehát amikor rövid ideig egy meghatározott helyen volt, azonnal elvesztette minden mozgását.
Egy másik módja a foton lokalizálásának az, hogy egy kis helyen áthalad. Ha tudjuk, hogy a fényforrás mikor küld ki egy fotont, és ismerjük a fény sebességét, akkor tudjuk, hogy mikor kell áthaladnia egy lyukon, amelyet a filmhez vezető út közepén elhelyezett lemezen helyezünk el. Fokozatosan egyre közelebb juthatunk ahhoz, hogy pontosan megtudjuk, hol van a repülése közepén. Az út, amelyet onnantól kezdve be fog járni, azonban egyre vadabbá válik. Ez azért van, mert amikor egy foton egy ilyen lyukon keresztül halad át, diffrakciót tapasztal.
Kérdések és válaszok
K: Mi a modern tudomány alapgondolata?
V: A modern tudomány alapgondolata, hogy valaminek a helyét meg kell találni, vagy meg kell határozni valaminek a helyzetét.
K: Hogyan találjuk meg általában a méretünkhöz tartozó dolgokat?
V: Általában két olyan kiindulási pontot használunk, amelyet mindenki ismer, majd ezektől a pontoktól mérünk a tárgyig, amelynek helyét meg akarjuk adni.
K: Hogyan találhatjuk meg egy hajó helyét?
A: Mondhatnánk: "Smith kapitány hajója 1400 mérföldre van a Plymouth-sziklától, a Blarney-kő felé tart". Vagy egy másik esetben azt mondhatnánk: "Jones kapitány hajóját úgy lehet megtalálni, ha húzunk egy vonalat a Plymouth-sziklától a Blarney-kőig, megkeresünk egy pontot 700 mérföldre ezen a vonalon a Plymouth-sziklától, 90°-kal balra fordulunk, amikor elérjük ezt a pontot a Plymouth-sziklától, majd további 90 mérföldet megyünk. Ha jól ismerjük az iránytű irányait, akkor mondhatunk valami olyasmit, hogy "Menjünk három mérföldre északra attól a nagy fehér sziklától ott, és aztán két mérföldre keletre attól a ponttól". Oda tettem az aranyat."
K: Hogyan lehet kis objektumokat, például elektronokat vagy fotonokat lokalizálni?
V: Egy elektron vagy foton helyének meghatározása sokkal nehezebb, mint a nagyobb objektumoké. A helyük meghatározásának egyik módja az lenne, ha olyan fényforrást építenénk, amely egyszerre csak egy fotont bocsát ki, és azt a fényképészeti filmre irányítanánk; ha nagyon érzékeny fényképészeti filmet használnánk, amelyet csak egy foton sötétíthetne el, az ezüstön egy apró pötty lenne ott, ahol végül is végezte. Egy másik módszer az lenne, ha egy kis lyukon engednénk át; ha tudjuk, hogy a fényforrás mikor bocsát ki egy fotont, és annak sebességét, akkor tudjuk, hogy mikor kell áthaladnia a lyukon a fényképezőfilmre vezető úton.
K: Mi történik, amikor a fotonokat elnyelik az elektronok?
V: Amikor a fotonok elnyelődnek az elektronok által, energiát adnak le az elektronnak, és eltűnnek. Tehát amint egy ideig egy bizonyos helyen tartózkodnak, azonnal elveszítik minden mozgásukat.
