Svetloba. Vir: Arsgera (1070).
26.03.2018
Kaj je svetloba? (vir)
Ko ste v čolnu, vidite valove vodnega kroga proti trupu. Če bi lahko zavezali zastavo na molekulo vode, bi lahko videli, da se molekula premika navzgor in navzdol. Ko ste na koncertu, slišite zvočne valove pritiskati proti ušesu. Če bi lahko zavezali zastavo na molekulo zraka, bi lahko videli, da se molekula premika naprej in nazaj.
Ko nastavite svoj radio na svojo najljubšo postajo, nastavite njegov senzorski organ – anteno in naravnano vezje – da se odzove na valove elektromagnetne potencialne energije. Če bi lahko zavezali zastavo na … um, na kaj točno bi lahko zavezali zastavo?
Molekule vode ali zraka se premikajo. Izmerite lahko njegovo prostorsko premikanje, saj se s časom spreminja, meritve pa lahko narišete na grafu s premikanjem vzdolž ene osi in časa po drugem. Rezultat je sinusoidna krivulja, ki spominja na obliko vodne površine, ki jo imenujemo val.
Zato govorimo o vodnih valovih, običajno brez razlikovanja »realne« površine od metaforične matematične oblike. Govorimo o zvočnih valovih, običajno ne da bi se zavedali, da je ta izraz v tem primeru popolnoma metaforičen. Razvili smo matematične manipulacije, ki nam omogočajo, na podlagi metaforičnih podobnosti, napovedati in uporabiti različne lastnosti periodično gibljivih vodnih in zračnih molekul. Valovna teorija vode in valovna teorija zvoka sta bili čudovito produktivni kognitivni orodji.
Torej, tudi govorimo o elektromagnetnih valovih. In razvili smo matematične manipulacije, ki so bile čudovito produktivne. Merimo napetosti ali tokove; z grafom merimo njihovo spremembo s časom; grafi pa imajo obliko valov. Toda kaj se premika? Variacija je sprememba potenciala, ne sprememba lokacije. Lahko bi si zamislili spremembe v svojem razmišljanju s časom in ustvarili val mnenja. Bi bila kvantna mehanika potem uporabna? Mnenja postanejo zapletena in se pogosto zrušijo, vendar to skorajda ni bilo v mislih dr. Schrodingerja s svojo valovno enačbo. Mislil je na nekaj “materialnega”, ki se je premaknilo.
Predpostavka, da je svetloba nekaj, kar se premika iz enega kraja v drugega, presega celo analogijo z vodo: V vodnih in zvočnih valovih se delci gibljejo le naprej in nazaj. Molekula vode se ne premika s čolna do plaže; molekula zraka se ne premika iz hupe do ušesa. Navidezno gibanje »od-do« je zaporedna periodičnost pri nihanju molekul.
Zamisel, da je svetloba nekaj, kar se premika iz ene lokacije do druge, povzroča nadaljnje zamisli o »žarkih« svetlobe in, če jih prekinemo v segmente, »izstrelke« svetlobe. Najkrajši segment, ki si ga lahko zamislimo, si predstavljamo kot drobni delec, je foton, izstreljen iz oddajnega atoma, ki potuje v drug atom in se absorbira. Podobna slika z vodo ali zvokom ni povezana z valovi, temveč s takšnimi stvarmi, kot so požarne cevi in reaktivni motorji – »tokovi« vode ali zraka.
Vprašanje, kaj se premika s svetlobo, je odprto. To vprašanje gre nazaj 300 let. In-presenečenje-nikoli se ni rešilo. Odločeno je bilo, a ni bilo rešeno.
Danski astronom, Olaus Roemer, je izmeril razlike v času okultacij Jupiterove notranje lune Io, ko je bila Zemlja na nasprotnih točkah v svoji orbiti. Pripisoval je razlike v času potovanja nekaj, kar se je premikalo od Io do Zemlje, t.j. na hitrost svetlobe.
Direktor Kraljevega observatorija v Parizu, Gian Domenico Cassini, prvi od štirih generacij kraljevih astronomov, se ni strinjal. Mislil je, da je svetloba kumulativni odziv očesa, morda na spremembe v določeni sili, ki delujejo takoj na razdalji, kakršna je Newtonova gravitacija. Opozoril je, da so bile Roemerove meritve odvisne od velikega števila spremenljivk – različnih hitrosti Zemlje in Io, različnih vidnih kotov, različnih intenzitet svetlobe, različnih pogojev opazovanja itd. – kateri koli od njih, ali kakšna kombinacija, bi lahko predstavljale za razlike v njegovih (Roemerjevih) opazovanjih. Cassini je opravil tudi meritve ne le za Io, ampak tudi drugih Galilejevih satelitov Jupiterja. In drugi sateliti niso pokazali enakih razlik kot Io.
Edmund Halley iz slovesnosti Halleyjeve kometa, ki je pomagal objaviti in promovirati Newtonovo Principia, se je obudil z Roemerjevo idejo (da je bila svetloba nekaj, kar se je premikalo) in ga promoviral v zananstvenih literaturah svojega časa. Roemer in Cassini sta umrla. Halley je nosil baklo in Roemerjeva zamisel se je prijela. Množica znanstvenikov je drvela navzdol po ulici Nekaj, ki se premika in izpraznilo ulico Kumulativnega odziva. Nihče ni niti mislil, da bi poiskal druge ulice razlag v vasi Elektromagnetizma. Tudi Cassinijev sin, ki ga je nasledil na Kraljevem observatoriju, je opustil svoje ugovore.
Kot sem rekel, je bilo vprašanje odločeno – po pravilih tolpe – vendar ne rešeno. Kaj je v resnici? Svetloba je lahko nekaj, kar se premika, ampak kaj drugega bi bilo?
Da je svetloba nekaj, kar se premika je verjetno. Ta predpostavka obrazloži številna opazovanja – čeprav ne vsa. Vendar verjetnost ni zanesljivost: Razen , če se ne išče sistematično, kaj bi svetloba lahko bila in pripravili teste, ki bodo razlikovali med različnimi verjetnostmi, nihče ne bo vedel, če je »premikajočega« resnica ali zgolj verjeten artefakt izbranih podatkov.
Roemer je preprosto obrnil starejšo intuitivno idejo, ki je razumela, da je videti podobno kot dotikanje: nekaj, kar je “očesni žarek”, se razkrije kot prst in se dotakne / vidi viden predmet. Roemer je predpostavil, da žarki ne pridejo iz oči, temveč v oči, in to je tudi intuitivno. Toda, več opazovanj kot se je zbralo, bolj so stvari postale zapletene. Danes je Kvantna mehanika morala popolnoma opustiti intuitivnost in objeti »Kvantno čudaškost«. Njeno opravičilo je, da dobi rezultate: matematika gre iz empiričnega začetka do empiričnega zaključka. Napoveduje zelo, zelo, zelo veliko stopnjo natančnosti.* Kdo bi to lahko dvomil? Množica je po vsem sploh morala iti po ulici Resnice. Kaj drugega bi lahko svetloba bila!
Ta klicaj postavlja vprašanje, ki ga je treba obravnavati resno. To je vprašanje, ki leži v središču zanesljivosti. Leži v središču znanstvenega odkritja. Kaj zares bi še lahko bila svetloba? Matematika (kvantne mehanike) gre od 1, ki jo opazujemo, do 4, pri čemer jo tudi opazujemo: 1 + 1 + 1 + 1 = 4. Toda ni nobenega jamstva, da resničnost gre na ta način: Mogoče je prava pot 1 + 3 = 4. Kvantna čudaškost je morda le dvoumnost v naših kategorijah (valov / delcev, ki se premikajo) in ne v svetlobi.
Kaj, če je svetloba “kumulativni odziv”? Nihče se ni trudil razviti matematično teorijo za to … še. Kaj, če je svetloba nekaj drugega? Nihče se ni trudil, da bi razkril kognitivne steze za tretjo ali četrto možnost: Razmislite, da so plazemske razelektritve pojav, ki je razširljiv na vsaj 14 velikostnih razredov, od lestvice galaksij do lestvice atomov. Zakaj bi se zaustavili s »temeljnimi« subatomskimi delci? Kaj, če »živalski vrt« subatomskih delcev so le majhne električne iskre-plazmoidi – opažene na različnih stopnjah njihovega razvoja ali pri različnih pogojih razelektritve? (Predstavljajte si zvezdo Herbig-Haro s subatomsko velikostjo ali aktivno galaksijo Seyfert – »krof na palico«, ki je značilna za tako veliko pojavov v plazmi.) Kaj pa, če resničnost sestavljajo večje iskre, ki vodijo manjše iskre po lestvici, in ne obstaja nekaj takega kot »delec« ali »val«?
Z elektromagnetizmom se električna in magnetna polja razlikujejo po moči in polarnosti. Ni takoj očitno, da se kaj premika, razen mnenj znanstvenikov o tem. In premikajo se bolj kot tolpa: gorečnost verovanja tako zlahka ovira razsvetljenje. Že je bilo 300 let, a vprašanje je še vedno odprto: kaj se premika?
* Točna napoved je znak uporabnosti teorije in ne njene resničnosti. Teorija je lahko le instrumentalna.
Avtor: Mel Acheson
Prevod: Angelo Mohorovič
Električni Univerzum 