In che modo un fotone accelera rapidamente alla velocità della luce?

The design of the universe | George Smoot (Giugno 2019).

Anonim

Non solo un fotone viene letteralmente creato dall'essenza del puro nulla, ma anche, non appena nato, vola a 300 milioni di metri al secondo. No, non accelera, o non esiste o lo fa, e se lo fa, corre sempre alla velocità della luce, fino a quando non si immerge nel nulla quando viene assorbito.

I fotoni non accelerano, ma stanno già viaggiando a 300 milioni di metri al secondo quando emessi. (Credito fotografico: Pexels)

La nascita di un fotone

Gli elettroni si trovano all'interno di atomi in diversi livelli di energia. Quando eccitiamo gli elettroni, ad esempio, nel caso di una lampadina, riscaldando gli atomi di tungsteno, li eleviamo a livelli di energia più elevati. Tuttavia, la natura cerca stabilità; gli elettroni aboruiscono l'arrampicata a livelli più alti. Per raggiungere la stabilità, gli elettroni tornano ai loro livelli originali o addirittura inferiori. Quando un elettrone fa questo salto verso il basso, l'atomo emette un fotone. Mentre milioni e miliardi di elettroni scendono simultaneamente verso livelli più bassi, il tungsteno scatena un enorme torrente di fotoni.

Quindi, fondamentalmente, la luce o un fotone nasce quando un elettrone passa da un livello di energia più alto a un livello di energia più basso. Tuttavia, lo scrittore allora chiede:

Se dovessi sbirciare dentro un atomo, troveresti un esercito nascosto di innumerevoli fotoni, pronto a tendere un'imboscata al comando dell'elettrone?

Beh no. L'elettrone salta a un livello di energia più basso perché desidera la stabilità, e per riuscirci, deve perdere l'energia che l'ha costretta a scalare in primo luogo. Come spiega l'articolo:

L'universo, a differenza del caso dell'energia termica, non può sprecare questa energia organizzata; deve mettere l'energia in più per qualche uso. Il risultato è la creazione istantanea di un fotone; letteralmente esplode dal nulla, qualunque cosa sia.

Come vengono creati i fotoni. (Photo Credit: Brighterorange / Wikimedia Commons)

Il fotone emesso capita semplicemente di viaggiare o sta già viaggiando a 300 milioni di metri al secondo. Non accelera da 0 m / sa 300 milioni di m / s istantaneamente. Alcuni potrebbero attribuire questa eccentricità alla totale mancanza di massa del fotone, ma questo non è vero. Quando un neutrone libero decade alla fine a un protone, creando un elettrone e un anti-neutrino nel processo, anche per pura nullità, a proposito, l'elettrone emesso è costantemente osservato che sta già viaggiando a una velocità fissa. Non accelera, nonostante possieda massa. Quindi, cosa sta succedendo nel mondo?

Una comprensione migliore si ottiene quando guardiamo un fotone - e un elettrone, per quello - non come un globo rigido, non come una particella ma come un'onda, come un'increspatura in uno stagno.

Il fotone come un'onda

Gli elettroni si comportano come le onde mentre, dopo essere stati lanciati attraverso due fessure, disegnano uno schema di interferenza, l'impronta digitale delle onde, su uno schermo davanti a loro.

Una particella elementare può essere considerata come un disturbo o eccitazione nel suo campo d'onda corrispondente. Quindi, mentre un elettrone è un disturbo o l'eccitazione del campo di elettroni, un fotone è un disturbo o eccitazione del campo elettromagnetico. È un'increspatura nello stagno elettromagnetico. Ora, tieni presente che le increspature in uno stagno provocato da una pietra gettata in esso non accelerano; non iniziano come immobili e aumentano gradualmente la velocità. Invece, si irradiano verso l'esterno nello stesso istante in cui la pietra tocca l'acqua. Il fotone o l'onda elettromagnetica sta già viaggiando a 300 milioni di metri al secondo perché è così che si comportano le onde!

(Credito fotografico: Pixabay)

Se trovi questo assurdo, non ti preoccupare, non sei solo. L'assurdità deriva dal fatto che tendiamo a scambiare le particelle meccaniche quantistiche per oggetti di massa di tutti i giorni m che , sottoposti a una forza F, sono accelerati da un m / s² . Le particelle meccaniche quantistiche, tuttavia, sono tutto tranne che oggetti quotidiani; sono diversi da tutto ciò che abbiamo ancora incontrato. Persino il premio Nobel e una delle menti più brillanti del secolo scorso, Richard Feynman, pur essendo un pioniere della Quantum Electrodynamics (QED), rifletteva: "Se pensi di comprendere la meccanica quantistica, non capisci la meccanica quantistica “.