Atrašanās vietas noteikšana (fizika)
Mūsdienu zinātnes pamatideja ir kaut kā atrašanās vietas noteikšana, kaut kā atrašanās vietas atrašana vai definēšana. Fizikā, lai pateiktu, ko nozīmē "lokalizēt" vai "atrašanās vieta", mums ir skaidri jāizskaidro, kā mēs veicam darbu, lai kaut ko lokalizētu.
Mūsu izmēra lietām mēs parasti izmantojam divus sākuma punktus, par kuriem visi zina, un tad mēra no šiem punktiem līdz lietai, kurai vēlamies noteikt atrašanās vietu. Mēs varētu sākt ar Plimutas klinti un Blarney Stone. Tad mēs varētu teikt: "Kapteiņa Smita kuģis atrodas 1400 jūdžu attālumā no Plimutas klints un dodas uz Blarney Stone." Vai arī citā gadījumā mēs varētu teikt: "Kapteiņa Džonsa kuģi var atrast, uzzīmējot līniju no Plimutas klints līdz Blarney akmenim, atrodot punktu 700 jūdžu gar šo līniju no Plimutas klints, veicot 90° pagriezienu pa kreisi, sasniedzot šo punktu no Plimutas klints, un tad veicot vēl 90 jūdžu attālumu.
Ja mums ir kāds labs veids, kā uzzināt kompasa virzienus, mēs varam teikt kaut ko līdzīgu: "Ejiet trīs jūdzes uz ziemeļiem no tās lielās baltās klints turpat un tad ejiet divas jūdzes uz austrumiem no šī punkta. Tur es ieliku zeltu."
Lai noteiktu, kur kaut kas atrodas, parasti to kaut kur redz, kaut kur dzird, kaut kur jūt utt. Dažreiz mēs zinām, kur kaut kas atrodas, aplūkojot fotogrāfiju, atrodot to ar radaru vai pingojot ar sonaru.
Daudz grūtāk ir atrast elektronu, fotonu vai jebko citu, kas ir tik mazs. Mēs varam uzbūvēt gaismas avotu, kas vienlaikus rada tikai vienu fotonu. Mēs varam vērst gaismas avotu pret fotofilmas gabaliņu, ļaut gaismas avotam radīt vienu fotonu un pēc tam attīstīt fotofilmu. Ja mums būtu ļoti jutīga fotofilma, kuru varētu aptumšot tikai ar vienu fotonu, tad mēs atrastu sīku sudraba plankumiņu vietā, kur fotons nokļuva. Sudraba atoms ir daudz lielāks par fotonu, tāpēc būtu zināmas neskaidrības par to, kur fotons nokļuva, bet cilvēki, iespējams, piekristu, ka fotonam bija jānonāk kaut kur sudraba atoma izveidotajā mērķa zonā. Tomēr viss, ko mēs varam teikt, ir tas, ka fotonam bija jāatrodas tajā punktā, kad tas beidza savu eksistenci. Kad fotonu absorbē elektrons, tas atdod savu enerģiju elektronam un pazūd. Tātad, kad tas uz īsu brīdi atradās kādā noteiktā vietā, tas uzreiz zaudēja visu savu kustību.
Vēl viens veids, kā noteikt fotona atrašanās vietu, ir likt tam iziet cauri nelielai vietai. Zinot, kad gaismas avots izstaro fotonu, un zinot gaismas ātrumu, mēs varam zināt, kad tam jāiet caur caurumu plāksnē, kas novietota tā ceļa uz plēvi centrā. Pakāpeniski mēs varam arvien tuvāk un tuvāk noskaidrot, kur tieši tā atrodas sava lidojuma vidū. Tomēr ceļš, pa kuru tā dosies tālāk, kļūst arvien mežonīgāks. Tas ir tāpēc, ka, kad fotons iet caur šādu caurumu, tas piedzīvo difrakciju.
Jautājumi un atbildes
J: Kāda ir mūsdienu zinātnes pamatideja?
A: Mūsdienu zinātnes pamatideja ir atrast kaut ko vai noteikt kaut kā atrašanās vietu.
J: Kā mēs parasti atrodam sava izmēra preces?
A: Mēs parasti izmantojam divus sākuma punktus, kurus visi zina, un pēc tam mēra no šiem punktiem līdz objektam, kuram vēlamies noteikt atrašanās vietu.
J: Kā mēs varam atrast kuģa atrašanās vietu?
A: Mēs varētu teikt: "Kapteiņa Smita kuģis atrodas 1400 jūdžu attālumā no Plimutas klints un dodas uz Blarney Stone". Vai arī citā gadījumā mēs varētu teikt: "Kapteiņa Džonsa kuģi var atrast, nospraužot līniju no Plimutas klints līdz Blarney Stone, atrodot punktu 700 jūdžu gar šo līniju no Plimutas klints, pagriežot 90° pa kreisi, kad no Plimutas klints sasniedz šo punktu, un tad dodoties vēl 90 jūdzes. Ja mums ir kāds labs veids, kā uzzināt kompasa virzienus, mēs varam teikt kaut ko līdzīgu: "Ejiet trīs jūdzes uz ziemeļiem no tās lielās baltās klints turpat un tad divas jūdzes uz austrumiem no šī punkta. Tur es ieliku zeltu."
J: Kā jūs atrodat mazus objektus, piemēram, elektronus vai fotonus?
A: Atrast elektronu vai fotonu ir daudz grūtāk nekā noteikt lielāku objektu atrašanās vietu. Viens no veidiem, kā tos atrast, būtu izveidot gaismas avotu, kas vienlaikus rada tikai vienu fotonu, un vērst to pret fotofilmu; ja izmantotu ļoti jutīgu fotofilmu, ko var aptumšot tikai ar vienu fotonu, sudrabam būtu sīks plankumiņš tur, kur tas nokļūst. Cits veids būtu likt tai iziet cauri nelielam caurumiņam; zinot, kad gaismas avots izstaro fotonu un tā ātrumu, mēs varam zināt, kad tam ceļā uz fotofilmu jāiziet cauri minētajam caurumiņam.
J: Kas notiek, kad fotonus absorbē elektroni?
A: Kad fotonus absorbē elektroni, tie atdod savu enerģiju elektronam un pazūd. Tāpēc, tiklīdz viņi kādu laiku atrodas noteiktā vietā, viņi uzreiz zaudē jebkādu kustību.
