by 
Ερώτηση προς τους φίλους Φυσικούς και διδάσκοντες τη Φυσική:
Αν θέλει κάποιος να εισαγάγει την κυματοσωματιδιακή φύση του φωτός, συνήθως ξεκινά από φαινόμενα που ερμηνεύονται κυματικά ώστε να μιλήσει για μήκος κύματος και συχνότητα (συμβολή, περίθλαση), μετά από φαινόμενα που ερμηνεύονται σωματιδιακά (πίεση ακτινοβολίας, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) για να εξηγήσει οτι το φως μεταφέρει ενέργεια και ορμή και στη συνέχεια θέτει ένα ερώτημα του κατα πόσο είναι συμβατά αυτά τα δύο — ενδεχομένως παραθέτοντας το πείραμα της διπλής οπής για μονήρη φωτόνια.
Η ερώτηση είναι:
Το πιο άμεσο παράδειγμα που έχουν τα παιδιά αναφορικά με τα κύματα είναι τα “θαλάσσια κύματα” που παρατηρούν, στα οποία έχουμε και μεταφορά μάζας. Ένα θαλάσσιο κύμα μπορεί να με “πετάξει έξω”. Τα “ξεμπερδεύουμε” όταν τους διαχωρίζουμε τις κυματικές ιδιότητες από τις σωματιδιακές κατα τον παραπάνω τρόπο, ή διαιωνίζουμε την παπαγαλεία και τυχόν παρανοήσεις που μπορεί να έχουν;
Γειά σου Μανώλη. Οι εμφανίσεις σου βλέπω είναι σαν τον κομήτη του Haley.
Κατ΄ αρχήν, και για να βάλουμε τα πράγματα στη θέση τους, η μεταφορά ενέργειας και ορμής από το φως, και από οποιοδήποτε κύμα, δεν είναι ασύμβατη με την έννοια του κύματος. Κάθε κύμα μεταφέρει ενέργεια και ορμή. Το είχε δει και ο Maxwell.
Το φως εμφανίζει σωματιδιακές ιδιότητες πχ στο πείραμα των δυο σχισμών. Αν πέσει ένα φωτόνιο στις δυο σχισμές, στο πέτασμα θα εμφανιστεί μαύρη κουκίδα.
Το φωτόνιο πέρασε και από τις δύο σχισμές, άρα είναι κύμα. Το φωτόνιο άφησε μαύρη κουκίδα, άρα είναι σωματίδιο. Πως γίνεται να είναι και τα δύο ταυτόχρονα;
Το φωτόνιο δεν είναι και τα δύο ταυτόχρονα. Το φωτόνιο είναι κύμα, αλλά το πέτασμα το βλέπει ένας παρατηρητής. Το φωτόνιο από "μη παρατηρούμενο" γίνεται "παρατηρούμενο". Και τότε μετατρέπεται σε σωματίδιο.
Καλημέρα Μανώλη.
Το θέμα της "διττής φύσης" το είχαμε δει παλιότερα…
Μια θέση που διατυπώθηκε εκεί ήταν:
Το φως είναι πάντα φωτόνια. Η συμπεριφορά του φωτός είναι κβαντική, όπως κβαντική είναι και η συμπεριφορά όλων των πολύ μικρών «πραγμάτων».
Μήπως πρέπει να συμφωνήσουμε στη θέση αυτή;
Καλημέρα παιδιά.
Το θέμα είναι πως βλέπει κανείς το φωτόνιο. Πολλοί από εμάς το βλέπουμε σαν σωματίδιο που έχει τροχιά. Δεν πρέπει να το βλέπουμε έτσι.
Καλημέρα Νίκο.
Γι΄αυτό έδωσα παραπάνω σύνδεσμο σε παλιότερη συζήτηση.
Νομίζω ότι η θέση του Μαχαίρα που έδωσα, είναι πολύ ισχυρή.
Δεν έχουμε άμεση εμπειρία του μικρόκοσμου και προσπαθούμε να περιγράψουμε τη συμπεριφορά του φωτονίου, με αναγωγές σε γνωστές μας συμπεριφορές όπως είναι αυτές των σωματιδίων ή των κυμάτων. Ενώ πρόκειται για κάτι άλλο…
Και βέβαια αυτό το νέο "πράγμα" δεν έχει τροχιά…
Ας πούμε Διονύση ότι έχω χάσει το πορτοφόλι μου και είναι βράδι. Το μόνο φως στη γειτονιά μου είναι αυτό ενός δημοτικού φωτιστικού απέναντι από τον πεζόδρομο του σπιτιού μου. Γι΄ αυτό και γω ψάχνω κάτω από το φωτιστικό να βρω το πορτοφόλι μου. Δε θα το βρω γιατί δεν είναι εκεί. Το ίδιο συμβαίνει και με την κβαντική φυσική. Δεν είναι εκεί που ψάχνουμε.
Όταν οι φυσικοί λένε ότι έχουν κατανοήσει το φωτόνιο, εννοούν ότι ξέρουν τις εξισώσεις της κυματοσυνάρτησής τους και μπορούν να τις δουλέψουν.
Γειά σας,
και εγώ πάντα ξεκινάω από το πείραμα της διπλής οπής και πάντα καταλήγω στο οτι το φωτόνιο είναι "κβαντομηχανική οντότητα" η οποία εμφανίζει και κυματικές και σωματιδιακές ιδιότητες.
Το ζητούμενο είναι οτι πολλές προσεγγίσεις ξεκινάνε από τις κυματικές ιδιότητες εν γένει, τις σωματιδιακές εν γένει και μετά τις συνθέτουν αφού εξάρουν το ασυμβίβαστο ανάμεσα στις δύο – και το ερώτημα είναι κατα πόσο είναι σωστό κάτι τέτοιο. Σε αυτό νομίζω οτι μου απαντήσατε πολύ πειστικά.
Χαιρετισμούς,
Μανώλης
Σαν νάσαι λίγο βιαστικός Μανώλη. Ίσως να νόμισες ότι αν συνεχιστεί η συζήτηση, θα καταλήξει σε καβγά. Θα σου πω λοιπόν κάτι: έχουμε συχνά καβγάδες επειδή συνήθως η άποψή μου διαφέρει από των υπολοίπων. Είμαι συνήθως στη μειοψηφία και, κάποιες φορές (ως πολλές) σε μονοψηφία (υφίσταται η έννοια;).
Σε τέτοιες περιπτώσεις, και επειδή είμαι πεπεισμένος ότι καβγάδες σε επιστημονικά θέματα δεν μπορεί να υφίστανται, αποχωρώ.
Όποιος έχει τις απόψεις του στη φυσική, ας ανοίξει κανένα βιβλίο να ξεστραβωθεί.
Παιδιά ούτε ειδικός είμαι, ούτε καν καλός στο θέμα αυτό.
Και εμένα με έπεισε ο Θρασύβουλος. Κατανοώ ότι οι πιθανότητες προστίθενται και στα κύματα έχουμε υπέρθεση.
Επιχειρώ παράδειγμα χοντρό. Φυσικά δεν πρόκειται για μαθηματικό ανάλογο. Ούτε για απλούστευση ή εκλαΐκευση.
Καθένας κουβαλάει ένα κόκκινο μπαλάκι.
Υποχρεούται να διασχίσει την πόρτα και να φτάσει στον άσπρο τοίχο προχωρώντας ευθεία και εκτελώντας 10 βήματα ή 15 βήματα ή 20 βήματα ή …….
Όταν φτάσει στον τοίχο να αφήσει το μπαλάκι του και να φύγει.
Επειδή λογικά τα βήματά τους δεν έχουν σημαντικές διαφορές, θα δούμε μπαλάκια να μαζεύονται σε κάποιες θέσεις , ενώ από κάποιες θέσεις θα απουσιάζουν μπαλάκια.
Αν οι επιλογές πλήθους βημάτων είναι ισοπίθανες θα δούμε την εικόνα αυτήν.
Αν η πιθανότητα μειώνεται με το πλήθος των βημάτων, θα δούμε μεγαλύτερη συγκέντρωση απέναντι από την πόρτα και ασήμαντες συγκεντρώσεις μακριά.
Είναι φανερό πως τα μπαλάκια είναι σώματα και όχι κύματα. Το ότι το αποτέλεσμα θυμίζει περίθλαση δεν τα καθιστά κύματα.
Θα μπορούσαμε να βάλουμε δύο πόρτες (ως η ζωή) και άλλους κανόνες. Θα μπορούσε να προκύψει κάτι ως συμβολή.
Η πιθανότητα είναι άθροισμα δύο πιθανοτήτων. Αυτής του να αφήσει το μπαλάκι, έχοντας περάσει από την πόρτα Α και αυτής να αφήσει το μπαλάκι έχοντας περάσει από την πόρτα Β.
Αντιλαμβάνομαι την “κυματική φύση” ως αποτέλεσμα πιθανοτήτων υλοποίησης καταστάσεων που λαμβάνουν ορισμένες τιμές (κβάντωση).
Γιάννη δεν είναι ακριβώς έτσι. Οι πιθανότητες δεν υπερτίθενται.
Έστω ότι κάνουμε το πείραμα της διπλής σχισμής με φωτόνια. Έστω ότι κλείνουμε τη μια σχισμή και εκτοξεύουμε 500 φωτόνια. Θα περάσουν όλα από την άλλη σχισμή και θα δώσουν εικόνα περίθλασης .Έστω ότι κλείνουμε την άλλη σχισμή και εκτοξεύουμε 500 φωτόνια. Θα περάσουν όλα από την πρώτη σχισμή και θα δώσουν εικόνα περίθλασης.
Αν και οι δυο σχισμές είναι ανοικτές και εκτοξεύσουμε 1000 φωτόνια θα περάσουν και από τις δυο σχισμές. Αλλά η εικόνα περίθλασης θα είναι πολυ διαφορετική από το άθροισμα των δυο προηγούμενων. Θα υπάρχουν πολλές κοιλίες και όρη.
Υπάρχουν πολλοί που πιστεύουν ότι ένα φωτόνιο που περνά από τη μια σχισμή συμβάλλει με ένα άλλο που περνά από την άλλη. Αυτό δεν συμβαίνει γιατί, απλούστατα, τα 1000 φωτόνια που πέρασαν και από τις δυο σχισμές πέρασαν ένα-ένα και όχι δυο-δυο. Αυτό που συνέβει είναι ότι το καθένα από αυτά τα φωτόνια πέρασε ταυτόχρονα και από τις δύο σχισμές και έκανε συμβολή με τον εαυτό του.
Ας μη δεχόμαστε ερμηνείες που μας "κάθονται" Αυτό είναι κακή φυσική.
Νίκο μου λες:
Γιάννη δεν είναι ακριβώς έτσι.
Έχεις απόλυτο δίκιο. Είσαι μάλιστα πολύ ευγενικός. Δεν είναι καθόλου έτσι και όχι "δεν είναι ακριβώς έτσι" . όπως ευγενικά γράφεις.
Είπα όμως ότι
Επιχειρώ παράδειγμα χοντρό. Φυσικά δεν πρόκειται για μαθηματικό ανάλογο. Ούτε για απλούστευση ή εκλαΐκευση.
Το παράδειγμά μου δεν υπακούει σε εξίσωση Σρέντιγκερ. Το κακόμοιρο ήθελε απλά να δείξει ότι κάποιες ομάδες σωμάτων μεγάλων "κυματοφέρνουν" ενίοτε. Έτσι ας μην αποκαλέσουμε και τα φωτόνια "κύματα".
Κάτσε όμως να γράψω κάτι που θα μιλάει για σώματα που υπακούουν στη εξίσωση Σρέντιγκερ.
Εκεί δεν θα μου πεις το ίδιο. Το παράδειγμα δεν θα είναι χοντράδα. Όμως η χοντράδα έπρεπε να προηγηθεί.
Πάμε λοιπόν Νίκο σε κάτι λιγότερο χοντροκομμένο.
Σε κάτι που μπορούμε να λεπτύνουμε όσο θέλουμε:
Δυο πόρτες έχει η ζωή.
Αν διαφωνήσεις, σκέψου με ποιον θα διαφωνήσεις. Εγώ αντιγράφω ή έστω μεταγράφω.
Ένα υπέροχο βίντεο:
Από τον Ηλία Σιτσανλή.
Αγαπητέ Γιάννη,
Το παράδειγμα με τις χελώνες που μου ανέφερες με έφερε σε βαθιά περισυλλογή. Κατέληξα λοιπόν στο συμπέρασμα ότι απαραίτητο εφόδιο για την απάντηση είναι η λήψη 500 ml malamatinas. Έχοντας αποκτήσει αυτό το εφόδιο, νομίζω ότι βρήκα τη σωστή απάντηση:
Πρέπει να συμβαίνει η μια από τις δυο παρακάτω περιπτώσεις:
1. Οι χελώνες του παραδείγματος δεν πρέπει να είναι του είδους caretta-caretta, γιατί σαν τακτικός επισκέπτης της Ζακύνθου, δεν έχω παρατηρήσει οι χελώνες αυτές να συμπεριφέρονται με τον προαναφερθέντα τρόπο.
2. Ενδεχομένως οι χελώνες να είναι κάποιου είδους που ζει στο υγρό στοιχείο εδώ και πολλά εκατομμύρια χρόνια. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα να έχουν συμφιλιωθεί με τα κύματα της θάλασσας με αποτέλεσμα η συμπεριφορά τους να είναι ημισωματιδιακή-ημικυματική.
Ότι από τα δύο και να ισχύει νομίζω ότι η μελέτη της συμπεριφοράς της εν λόγω χελώνας θα είχε να προσφέρει πολλά στην επιστήμη.
Φαίνεται ότι τα 500 ml malamatinas έχουν ενισχύσει τις πνευματικές μου ικανότητες. Στην επόμενη ερώτησή σου θα ανεβάσω τη δόση στα 1000 ml.
Καλημέρα Νίκο.
Μου αρέσει η πλάκα που κάνεις. Όμως δεν είναι το θέμα η επιλογή του ζώου. Ας αλλάξουμε τα χελωνάκια με φωτόνια. Με ηλεκτρόνια.
Σου έγραψα και πριν ότι:
Αν διαφωνήσεις, σκέψου με ποιον θα διαφωνήσεις. Εγώ αντιγράφω ή έστω μεταγράφω.
Διαφωνείς με την παρουσίαση του Feynman, που επιλέγει στο βιβλίο του QED;
Δεν μου αρέσει η επίκληση διασήμων για να στηρίζω τη θέση μου, όμως κάνοντας πλάκα σε όσα έγραψα κάνεις πλάκα στον Feynman διότι μεταγραφή όσων είπε έκανα.
Υποθέτω πως ούτε την παραπομπή για τη δουλειά του Ηλία Σιτσανλή διάβασες.. Δουλειά που έκανε με τον Χαρίτωνα Πολάτογλου.
Μη μένεις στο ζώο ή στο αντικείμενο. Δεν καθορίζει αυτό την σοβαρότητα όσων γράφονται.
Η μορφή της εξίσωσης Σρέντιγκερ την κάνει να έχει λύσεις μιγαδικές. Κάθε μιγαδική της λύση παριστάνεται από ένα στρεφόμενο διάνυσμα που δεν είναι κάτι άλλο από την εικόνα του μιγαδικού αριθμού. Τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια περιγράφονται από τα "ρολόγια αυτά". Όμως και οι κουκίδες της προσομοίωσης Σιτσανλή "υπακούουν" σ' αυτά και συμπεριφέρονται ως εάν ήσαν κύματα.
Τα μπαλάκια της προσομοίωσης Σιτσνλή φυσικά δεν είναι ούτε φωτόνια ούτε ηλεκτρόνια. Θα μπορούσε ο Ηλίας να βάλει στη θέση τους χελωνάκια, κερασάκια ή ότι άλλο ήθελε. Εσύ όμως δεν πρέπει να σταθείς στη μορφή αναπαράστασης αλλά στην ουσία.
Ουσία που μάλλον δεν διάβασες και κράζεις το ότι με χελωνάκια αναπαρέστησα τα σωματιδια. Αν μιλούσα για φωτόνια θα ήταν σοβαρότερα όσα έγραψα;
Η επιλογή των χελωνακίων έγινε ώστε να φανεί πως κάτι που εμφανώς δεν είναι κύμα μπορεί να περιγραφεί από ένα κύμα. Ένα κύμα πιθανότητας. Το κάθε χελωνάκι δεν περνάει ταυτόχρονα από δύο τρύπες, ούτε συμβάλει με τον εαυτό του.
Κάθε ηλεκτρόνιο περνάει ταυτόχρονα από δύο τρύπες και συμβάλει με τον εαυτό του;