Cómo probar experimentalmente que la luz es una partícula

Comience con la siguiente cita; http://people.whitman.edu/~beckm …

“Si bien los fenómenos bien conocidos, como el efecto fotoeléctrico y la dispersión de Compton, sugieren fuertemente la existencia de fotones, no son una prueba definitiva de su existencia”.

Así que ahora se proponen experimentos más sofisticados para probarlo, utilizando un enfoque estadístico como los puntos individuales que aparecen en una película fotográfica. La forma en que lo veo es que el fotón es similar a la partícula fonónica, o el agujero y los excitones de los semiconductores … todas herramientas de cálculo muy útiles, pero no necesitan existir en realidad.

Hay muchos problemas conceptuales con la idea del fotón como una partícula en el sentido convencional como la entendí primero. El tamaño de un fotón puede tener kilómetros de longitud para las ondas de radio, y los fotones se cruzan entre sí a energías muy altas en el espacio vacío (como se cruzan los rayos de luz de Tera hertz) y no se sienten entre sí. También tiene experimentos que muestran una división de un solo fotón y están hechos para interferir consigo mismo y así sucesivamente.

El fotón que encuentro más apetecible es quizás una partícula de la que no sabemos de qué está hecho, y debe ser muy pequeño … el tamaño del electrón (¡casi cero!) O menos y todas las ecuaciones relacionadas con el fotón como E = hf y otros, realmente se refieren a la ‘probabilidad’ de encontrar este fotón, no el fotón en sí mismo, la pequeña partícula. Este hallazgo debe hacerse por la materia, por lo que es la probabilidad de interactuar con la materia como fue postulado por primera vez por Plank.

Tomemos el ejemplo de una onda que se extiende como una superficie esférica que puede llegar a ser casi infinita … como las que provienen del borde del universo … entonces, ¿cómo puede el fotón extenderse en todo este espacio …? La respuesta que obtienes es que esta gran superficie es el espacio para la probabilidad de encontrar el fotón, no el fotón mismo. Entonces, en cierto sentido, estamos reemplazando la onda electromagnética con una onda de probabilidad. Funciona tan bien como una onda … porque todas las ondas se comportan igual … y poseen las mismas ecuaciones.

La pregunta ahora es si existe una interpretación clásica de todas las afirmaciones de una partícula. Esto no elimina la partícula de fotones como una herramienta de cálculo útil, por supuesto. Pero es útil saberlo para tener una imagen completa de las cosas. Y para que nadie venga y rechace algunos hallazgos útiles solo porque son clásicos, y hay muchos ejemplos de esto en la literatura.

En el experimento de la doble rendija, por ejemplo, se observó que si atenúas la luz solo obtienes puntos de luz dispersos, lo que demuestra que son fotones … y cuando los recoges durante mucho tiempo obtienes flecos … y te dicen ‘ nunca obtienes dos clics al mismo tiempo “. Esto se considera una prueba estándar de que los fotones son partículas en el barrio de la ciencia.

La explicación clásica es simple. La materia vibra internamente todo el tiempo. No puede agregar o tomar energía cinética a / de la materia a menos que esté en sintonía con esta vibración. es decir, la interacción materia-energía se cuantifica (para usar la jerga). Tal movimiento vibratorio también debe sincronizarse en fase, y por esta razón si envía una luz tenue (onda electromagnética) que cubre todo el detector (la película fotográfica o el fotosensor) y hace que la luz sea muy tenue, en realidad está reduciendo la probabilidad de interacción entre la onda y el material del objetivo … una probabilidad muy pequeña produce puntos únicos. La reducción de la intensidad reduce la energía según la vista clásica, y reduce el número de fotones de acuerdo con la vista cuántica, lo que equivale al mismo resultado al final.

Encienda una bandeja con agua poco profunda y observe cómo hierve. Si baja el calor lo suficiente, puede alcanzar un estado en el que obtiene una pequeña burbuja a la vez y al azar, y nunca obtiene dos burbujas al mismo tiempo, ¡si baja el calor lo suficiente como para alcanzar eso! Podemos concluir que el calor son partículas como explicación, ciertamente NO. En las palabras de una respuesta en los foros de física; ‘la cuantización puede ser en el campo o en la materia (lo que significa que no necesita ambos)’.

‘Opticks’ de Newton (1704) tiene una cita que dice que la luz nunca se dobla en una sombra proyectada o en un pasaje torcido, por lo que se puede usar una barrera para llevar a cabo un experimento que pruebe que es una partícula, sin embargo, ciertas otras observaciones de la luz pueden aparentemente contradice lo que se muestra en la observación que se muestra en la imagen.

¡PERO!

Después de muchos años de debate e investigación, iniciados por Isaac Newton y Christiaan Huygens, ha llegado a la conclusión de que la luz tiene la extraña propiedad de la dualidad onda-partícula, por lo que debe saberlo.

Por alguna razón, tengo un libro engañoso que dice que la luz es una u otra, pero no ambas. O eso, o lo malinterpreté. Es de los libros de DK y se llama ‘The Way Science Works’.

De todos modos, recibí la información de:

Luz: ¿partícula u onda?

Hay algunos que dirían que solo necesitas medir uno. Debe medir un evento atribuido a un fotón. Si tiene esa medida, tiene su prueba de que tiene una naturaleza de partículas. Ahora, cómo haces eso es otro asunto. También tengo un gran interés en la respuesta y no veo ningún aparato en mi cocina que haga el trabajo, me dé la prueba de un fotón, incluido su sello de llegada, el evento que lo produjo y los parámetros habituales que describen cualquier viejo Evento. Vector que une los puntos finales, unidades de Planck que definen el intervalo en unidades de longitud de Planck, velocidad (1 en el caso de un fotón), amplitud y quizás fase del evento. Ya sabes, es el sello del universo.

Si uno puede obtener dos de los eventos de fotones que se originan en dos Velas estándar bien ubicadas que coinciden en el tiempo, uno puede triangular una relación de intervalo en The Cosmos y cualquier otra persona con Eventos vinculados a puntos cercanos estará de acuerdo en todos los aspectos importantes de lo que Se llama El Cosmos. Un intervalo en él siempre separará los mismos dos puntos.

Todos los observadores en todas partes en este Cosmos estarán de acuerdo sobre “dónde están las cosas y cuándo sucedieron las cosas” solo por referencia mutua. Una elección recíproca si se hace por inteligencia.

Ayuda, creo, si los dos puntos de anclaje están en una región local, uno podría llamar plano, pero estoy seguro de que eso realmente importa. Sin embargo, va a simplificar muchos cálculos. Después de eso, no importa cómo las ecuaciones de campo de Einstein agiten las cosas en el espacio-tiempo, la historia seguirá siendo la historia de registro en la totalidad del espacio de eventos. UOS incorpora ese modelo de guardar y recordar eventos dentro de sí mismo hasta un pequeño chip que es una pequeña bestia óptima para realizar transformaciones canónicas y retener los datos que definen los eventos en UOS.

Observe que la idea de posición de sentido muy común se ha desvanecido en la vista UOS. Algunas otras características de UOS son que todos los números son racionales. Definido por dos enteros y el cociente que forman. Lo siento, irracionalistas. Cada uno de esos números tiene un rango dinámico suficiente para abordar un Universo en unidades de Planck que es un gran número de veces mayor que el cono de luz que llamamos el Universo Visible en todas sus dimensiones conocidas. Tal vez lo suficientemente grande como para probar las consecuencias de múltiples universos espaciales.

Cada número entero en UOS se implementa como dígitos de residuos mutuamente primarios donde el tamaño de los dígitos de residuos está determinado por el silicio subyacente y el número de dígitos de residuos está determinado por los grandes números necesarios para cubrir la región prometida en las unidades de Planck antes de que se vuelva modular. Sorprendentemente, permanece en solo unos pocos cientos de bits de estado. (Me di cuenta de que me iba a dormir recientemente que 1, “uno”, uno está representado en cada dígito residual como un 1 en el dígito).

El “hardware” se encarga de hacer la aritmética real involucrada en sus operaciones en Números y Eventos y lo hace con una explotación extrema del paralelismo (la normalización del mínimo divisor es la única pregunta de cálculo pendiente en este momento. ¿Hay buenos métodos paralelos para el mínimo común denominador? ?) Se puede suponer que se necesita un ciclo de reloj (o menos con la tubería) por átomo canónico elemental complicado de la operación de la máquina de transformación aritmética o canónica. Todo esto puede ser servido arbitrariamente por un grupo que tiene filas y columnas de elementos paralelos y elementos con tubería. Gestionar eso es lo que maneja un planificador de hardware.

La parte más divertida de todos estos Decretos es que cada transformación, cada bit de aritmética es inherentemente invertable. Consecuencia del decreto entero racional normalizado. La consecuencia más sorprendente de esto es que todos los procesos pueden ejecutarse al revés. Exactamente. Los mismos bits Todas las transformaciones numéricas como la Fourier corren naturalmente hacia atrás. Exactamente. Puede tomar un poco para que se asimilen todas las consecuencias. Todo el puto Universo puede ser “simulado” hacia adelante y hacia atrás con imágenes almacenables y reproducibles de WorldLines reales, un objeto UOS de segundo nivel después del Evento. Construya una máquina en UOS y siempre puede ejecutarla al revés para ver qué hizo mal. Una y otra vez, una y otra vez. Examínelo con un microscopio. Esa es la punta de la punta del Iceberg que es el poder de la reversibilidad.

Sé lo que significa _exactamente_ en términos de trabajo para hacer esto y creo que puedo explicarlo. Cualquiera que quiera saltar al corazón de ese problema será bienvenido como asesor o actor.

Parece que las nuevas tarjetas gráficas de Nvidia podrían aprovecharse en una matriz de este tipo utilizando su última arquitectura CUDA y de red. Si puede ejecutar un Node o Javascript REPL con poco o nada, pero los fanáticos adjuntos es un contendiente para el espacio físico de UOS como un servidor realmente rápido, un elemento de nube independiente que podría diseñarse e implementarse muy rápidamente debido a que UOS se ha aventurado como un estado de un espacio de trabajo de Node REPL y debe admitirse de esa manera para siempre. Tengo que tener tiempo para jugar allí y acertar con los Fundamentos antes de soltarlo. (Gestionado en GitHub lo será. Eso puedo garantizarlo 🙂

Mi primer código UOS que funcionaba se ejecutó en un Raspberry Pi 3 Node REPL. No se ejecuta en este momento, esperando algún relleno importante antes de que pueda reaparecer en toda su gloria. Lo primero que debe hacer después de que se depure es hacer que el RPi entregue un evento a mi computadora portátil Lenovo de la línea principal a través de un canal anónimo colocado sobre el nodo que mueve los bits. Debería girarlo rápido.

Mi Lenovo es un caballo de carreras ahora que lo tengo afinado. Vale la pena, te lo digo.

Siguiente paso, obtenga un Node REPL como BookMarklet en Firefox que simplemente hace lo que hace un Node REPL y en un programa Term altamente utilizable en una ventana FF. Cualquier persona con un navegador FF y un Nodo instalado puede abrir ese BookMarklet en una pestaña y estar allí. Sentirá que está lejos de imaginar dónde está en relación con todo lo demás. Encima de esto son posibles shells y otras cosas y, por extensión, también lo son los shells gráficos.

A continuación, con ese funcionamiento, ver si puedo lanzar eventos sin que me noten entre el RPi y el Lenovo. Creo que sé cómo hacer lo que digo, pero el trabajo preliminar es agotador. Ayuda con todo esto más que apreciado. (Y luego un poco será.)

Los ‘fotones’ hacen lo que hacen los fotones.

Sabemos de sus características por las interacciones que parecen causar, no más. En algunas circunstancias, por ejemplo, experimentos de doble rendija, sus interacciones con cosas como sábanas, películas fotográficas y fotodetectores se pueden describir de la manera más elegante usando el lenguaje que los observadores de los siglos XVII y XVIII utilizaron para describir ondas, ergo, ‘los fotones tienen características similares a las ondas’ . Hacen patrones de interferencia porque las “cosas onduladas” están interactuando entre sí.

En otras circunstancias, por ejemplo, la respuesta de los materiales fotovoltaicos, sus interacciones se describen de manera más elegante como ‘partículas’ con la capacidad de hacer trabajo solo en cantidades discretas. No puedes tener medio fotón, por así decirlo. Se describen como gruesos o cuánticos o ‘como partículas’.

Ahora, intente el experimento de Young con una iluminación muy baja (digamos, un fotón por segundo que va a las rendijas dobles) y obtendrá un montón de golpes individuales en el detector que con el tiempo se convierten en un interferograma a pesar de que nunca hay dos fotones que interfieran fuertemente .

Bienvenido a Quantum Mystery. Los fotones no son ondas ni partículas. Tampoco lo son los electrones, protones, neutrones, buckyballs o pequeños virus. Todos pueden , en el contexto correcto, exhibir un comportamiento ondulado a pesar de que generalmente y de manera más elegante, pero incompleta, se describen como partículas.

Los fotones hacen lo que hacen los fotones y de ninguna manera están obligados a cumplir con nuestras descripciones de ellos.

Tu profesor quiere la respuesta ‘fotovoltaica’.

Te sugiero que intentes recrear el experimento de Young utilizando materiales simples como el cartón y, en lugar de las pistolas de electrones normales, puedes usar una luz láser barata que demostrará efectivamente la verdadera naturaleza de la luz, es decir, la dualidad, la luz nunca es solo un partícula o una ola.

Incluso sin el brillo anterior, un láser desde muy lejos puede permitirte evaluar aproximadamente que la luz también puede ser una partícula.

La respuesta histórica, y con mucho la mejor respuesta experimental, es el efecto fotoeléctrico. Esto no puede explicarse de otra manera, pero esa luz está compuesta de fotones, y la fórmula de Plank E = hf es consistente con los resultados. Incluso podría medir h, midiendo la frecuencia de la luz, utilizando una rejilla de difracción.

Necesitaría una bomba de vacío, una campana y una plataforma, así como una fuente de luz blanca brillante, con un conjunto de filtros puros, dependiendo de cuán cuantitativo desee ser. También necesitaría un conjunto de metales adecuados.

Si solo desea mostrar que se produce el efecto, necesitaría muy poco. Todo lo que necesitaría demostrar es que una superficie de metal limpia, aislada, cargada negativamente, se descarga rápidamente con una luz azul bastante tenue, pero no con una luz roja muy brillante.

La dificultad es encontrar un metal adecuado, que tenga una longitud de onda de corte dentro del rango visible. Los metales más comunes tienen un límite en el ultravioleta. Los metales del grupo 1, como el sodio o el litio, funcionarían bien, pero existen graves dificultades prácticas para obtenerlos y manipularlos. Podrías usar zinc, pero la luz azul tendría que ser principalmente ultravioleta.

Busca el efecto fotoeléctrico. Puede reproducir eficazmente la gran parte de los resultados con cualquier fotocélula barata (como la que se puede encontrar en una calculadora o una luz o juguete con energía solar barata) y un par de punteros láser de color diferentes. Puede argumentar con solo un brillo en el objeto oscuro y un puntero láser rojo y violeta. También uso el verde cuando hago esto como una demostración.

Los dos experimentos principales que demostraron que la luz también puede comportarse como partículas son el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton. Puedes mirar a ambos.

Busque el efecto fotoeléctrico …